Sistem Komunikasi Radio dan Laboratorium

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM ii

Sistem Komunikasi Radio dan Laboratorium Hak Cipta © Ir. Hudiono, M.T.

Mochammad Taufik, ST., M.T.

Koesmarijanto, S.T, M.T Hendro Darmono, B.Eng., M.T.

Hak Terbit pada POLINEMA PRESS

Penerbit POLINEMA PRESS, Politeknik Negeri Malang Jl. Soekarno-Hatta no.09 PO BOX 04 Malang 65141 Telp. (0341) 404424, 404425

Fax. (0341) 404420

UPT. Percetakan dan Penerbitan Gedung AU ground floor polinemapress@gmail.com www.polinemapress.org press.polinema.ac.id

Anggota APPTI (Asosiasi Penerbit Perguruan Tinggi Indonesia) no. 207/KTA/2016

Anggota IKAPI (Ikatan Penerbit Indonesia) no. 177/JTI/2017 Cetakan Pertama, April 2018

ISBN : 978-602-5952-09-8 xviii; 245 hlm.; 15,5 x 23 cm

Setting & Layout : S. Hariyanto Cover Design : S. Hariyanto

Hak cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak karya tulis ini dalam bentuk dan dengan cara apapun, termasuk fotokopi, tanpa izin tertulis dari penerbit. Pengutipan harap menyebutkan sumber.

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM iii Sanksi Pelanggaran Pasal 113

Undang-Undang Nomor 28 Tahun 2014 Tentang Hak Cipta

1) Setiap Orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp100.000.000 (seratus juta rupiah).

2) Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).

3) Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf a, huruf b, huruf e, dan/atau huruf g untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 4 (empat) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp1.000.000.000,00 (satu miliar rupiah).

4) Setiap Orang yang memenuhi unsur sebagaimana dimaksud pada ayat (3) yang dilakukan dalam bentuk pembajakan, dipidana dengan pidana penjara paling lama 10 (sepuluh) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp4.000.000.000,00 (empat miliar rupiah).

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM iv

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan limpahan rahmatNya, penulis dapat menyelesaikan modul ajar Sistem Komunikasi Radio dan Laboratorium.

Modul Ajar ini disusun sebagai pedoman dalam pelaksanaan perkuliahan Sistem Komunikasi Radio dan Lab. dan sebagai buku acuan bagi mahawiswa dalam memahami materi Komunikasi Radio gelombang mikro pada Program Studi Jaringan Telekomunkasi Digital Politeknik Negeri Malang. Harapan yang ingin dicapai dari penyusunan modul ajar pada mata kuliah ini adalah memperluas wawasan mahasiswa, terutama materi Desain dan Instalasi komunikasi Radio gelombang mikro guna mendukung dalam pelaksanaan tugas akhir.

Secara garis besar modul ajar berisi tentang materi desain system komunikasi radio LOS dan tropospheric scatter, analisis parameter hingga instalasi. Tujuan utama modul ajar ini adalah untuk memberikan pemahaman tentang bagaimana melakukan desain system komunikasi radio LOS dan troposcatter. Secara keseluruhan modul ini menunjukkan ruang lingkup materi sebagai berikut :

1. Konsep gelombang mikro 2. GPS (Global Positioning System) 3. Komunikasi Line of sight

4. Survey Lintasan Line of sight 5. Desain Komunikasi Line of sight 6. Troposheric Scatter

Mata kuliah ini pada intinya memberikan teori dan praktek. Mulai desain sistem, penentuan parameter kebutuhan perangkat, dan simulasi instalasi.

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM v Penulis menyadari sepenuhnya bahwa modul ajar dalam matakuliah ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu segala saran dan kritik perbaikan akan penulis terima dengan tangan terbuka. Kritik dan saran tersebut sangat berguna demi sempurnanya pelaksanaan pembelajaran pada matakuliah serupa di masa mendatang.

Malang, April 2018

Penyusun

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM vi

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR i

DAFTAR ISI ii

DAFTAR TABEL iv

DAFTAR GAMBAR v

BAB I KONSEP KOMUNIKASI RADIO GELOMBANG MIKRO

1.1 PENGERTIAN KOMUNIKASI RADIO

GELOMANG MIKRO 1

• Komunikasi Radio 1

• Gelombang Radio 2

• Gelombang Mikro 3

• Komunikasi Radio Gelombang Mikro 3 1.2 PARAMETER DASAR SISTEM

KOMUNIKASI RADIO 7

• Desibel 8

• Level Daya Sinyal (Power Level

Signal) 9

• Penguatan (Gain) 10

• Redaman (Attenuation) 11

• Distorsi 12

• Noise 13

• Interferensi 14

• Carrier to Noise Ratio (C/N) 15

• Signal to Noise Ratio (S/N) 17

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM vii

• Energi per bit terhadap Noise (Eb/No) 18

• Bit error rate 18

• Difraksi 19

• Hamburan (Scattering) 19

• Fading (Pemudaran) 20

• Refraksi 21

• Pantulan (Reflection) 22

BAB II GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)

2.1 SISTEM KOORDINAT GEOGRAFIS 24

• Bentuk Bumi 24

• Sistem Koordinat 25

• Satuan Sudut 27

2.2 PRINSIP KERJA GLOBAL POSITIONING SYSTEM (gps)

28

• Pengertian GPS 28

• Perangkat GPS 28

• Sistem Kerja GPS 29

2.3 PEMAKAIAN PERANGKAT GPS 31

2.4 DOWNLOAD DATA GPS 34

2.5 TUGAS 1 - KELOMPOK 35

BAB III SISTEM KOMUNIKASI LINE OF SIGHT

3.1 PROPAGASI GELOMBANG RADIO 36

• Propagasi Gelombang Tanah (ground

wave) 37

• Propagasi Gelombang Ionosfer 37

• Propagasi Troposfer (Trroposphere

Scatter) 40

• Propagasi Garis Pandang (Line of Sight) 41

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM viii

3.2 PROFIL LINTASAN 42

3.3 DAERAH FRESNEL PERTAMA (First Fresnell Zone)

45

3.4 REDAMAN UDARA BEBAS 48

3.5 REDAMAN DIFRAKSI 50

• Difraksi Knife Edge 51

• Difraksi Knife Edge (Multiple) 56

3.6 REDAMAN HUJAN 63

3.7 TUGAS 2 - KELOMPOK 65

BAB IV SURVEY LINK KOMUNIKASI POINT TO POINT

4.1 SURVEY JARINGAN LINE OF SIGHT 67

• Persiapan Awal Survey LOS 68

• Preliminary Map Study 68

• Pelaksanaan Survey Lapangan 69 4.2 MENGENAL SOFTWARE APLIKASI

PATHLOSS-4

74

4.3 PEMAKAIAN PATHLOS-4 UNTUK ANALISIS LINE OF SIGHT

76

• Memasukkan Data Hasil Survey Lapangan 76

• Menampilkan Profil Lintasan 83 4.4 PENGATURAN PARAMETER TERKAIT

ANALISIS LINE OF SIGHT

87

• Pengaturan Frekuensi 87

• Pengaturan kelengkungan bumi dan Jari-

jari Fresnell 87

• Menu Konfigurasi 88

4.5 TUGAS 3 (KELOMPOK) 90

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM ix BAB V DESAIN SISTEM KOMUNIKASI RADIO

LINE OF SIGHT

5.1 LINK KOMUNIKASI RADIO LINE OF SIGHT

92

• Daya Pancar 93

• Redaman Feeder dan Konektor 94

• Gain Antena Microwave 95

• Effective isotropic radiated power (EIRP) 97

• Redaman Udara Bebas (Free Space Loss) 98

• Redaman Difraksi 98

• Redaman karena kombinasi dua gelombang (2-ray propagation model) 99

• Isotropic Receive Level (IRL) 101

• Receive signal Level (RSL) 102

• Fading Margin 103

• Contoh : Perhitungan Link Budget 104 5.2 PEMAKAIAN PATHLOSS 4.0 UNTUK

ANALISIS LINTASAN

105

5.3 IMPLEMENTASI SISTEM KOMUNIKASI LINE OF SIGHT

115

• Parameter Instalasi Komunikasi Radio Line

Of Sight 115

• Instalasi Sistem Komunikasi Radio Line Of

Sight 116

5.4 TUGAS 4 dan 5 (KELOMPOK) 119

BAB VI SISTEM KOMUNIKASI TROPOSCATTER 6.1 KONSEP SISTEM KOMUNIKASI

TROPOSCATTER

120

• Mengenal Troposcatter 121

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM x

• Karakteristik Lintasan Troposcatter 122

• Arsitektur Sistem Troposcatter 124

• Diversity Penerimaan 125

6.2 DESAIN LINK KOMUNIKASI TROPOSCATTER

128

• Pendahuluan 128

• Pemilihan Lokasi 128

• Pemilihan Rute 128

• Profil Lintasan 128

• Perhitungan Link Sistem Troposcatter 129

DAFTAR PUSTAKA

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xi

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 : Alokasi Frekuensi 2

Tabel 3.1 : Nilai Koefisien k dan



yang bervariasi terhadap Frekuensi

45

Tabel 3.2 : Nilai Koefisien k dan



yang bervariasi terhadap Frekuensi

64

Tabel 6.1 : Keuntungan Troposcatter dibandingkan dengan sistem Transmisi Lain

121

Tabel 6.2 : Nilai rugi-rugi transmisi untuk service probability 50%

169

Tabel 6.3 : Nilai rugi-rugi transmisi untuk service probability 95% dan yang lain

170

Tabel 6.4 : Hasil rugi-rugi transmisi dengan service probability 50%

170

Tabel 6.5 : Hasil rugi-rugi transmisi untuk nilai q yang lain 171

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 : Prinsip Komunikasi Radio 1 Gambar 1.2 : Blok Diagram Sistem Transmisi Radio

Gelombang Mikro

4

Gambar 1.3 : Contoh aplikasi Sistem Komunikasi Radio 6 Gambar 1.4 : Diagram blok Indoor Unit (IDU) 6 Gambar 1.5 : Contoh soal pemakaian satuan dB 8 Gambar 1.6 : Blok diagram Penguat (Amplifier) 10 Gambar 1.7 : Blok diagram Attenuator (Redaman) 11 Gambar 1.8 : Obstacle pada Lintasan Komunikasi Radio 12 Gambar 1.9 : Interferensi Interchannel 15

Gambar 1.10 : Gambaran Nilai CNR 16

Gambar 1.11 : Difraksi karena obstacle 19 Gambar 1.12 : Gelombang datang pada penerima dari

berbagai lintasan (multipath)

20

Gambar 1.13 : Difraksi karena obstacle 21 Gambar 1.14 : Gelombang Pantul (Reflected Wave) 22 Gambar 2.1 : Bentuk Bumi Elipsoid 24 Gambar 2.2 : Garis Meredian dan Katulistiwa 25 Gambar 2.3 : Posisi Lintang dan Bujur 26

Gambar 2.4 : Skema system GPS 29

Gambar 3.1 : Mekanisme propagasi gelombang radio 36 Gambar 3.2 : Ilustrasi efek skipping gelombang ionosfer 38 Gambar 3.3 : Lapiran ionosfer yang berpengaruh pada

propagasi

39

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xiii Gambar 3.4 : Ilustrasi propagasi troposfer (troposcatter) 40 Gambar 3.5 : Propagasi Line of Sight (LOS) 41 Gambar 3.6 : Profile Lintasan dengan nilai faktor K =

4/3

43

Gambar 3.7 : Gambaran Profil Lintasan, dengan Kelengkungan Bumi K = 4/3

44

Gambar 3.8 : Daerah Fresnel Pertama Di sekitar Lintasan Lurus

45

Gambar 3.9 : Pemetaan Daerah Fresnel 46 Gambar 3.10 : Profil Lintasan untuk contoh 3-1 47 Gambar 3.11 : Jari-jari fresnel pada titik Obstacle

tertinggi

48

Gambar 3.12 : Difraksi Knife Edge 51

Gambar 3.13 : : Difraksi knife edge dengan ht = hr 52 Gambar 3.14 : Difraksi knife edge dengan ht ≠ hr 52 Gambar 3.15 : Kondisi geometris difraksi knife edge

yang berbeda

53

Gambar 3.16 : Difraksi knife edge untuk Kebutuhan

Analisis jika d1,d2 >> h 53 Gambar 3.17 : Knife edge Ekivalen Bullington 56 Gambar 3.18 : Model Epstein-Peterson 57

Gambar 3.19 : Model Deygout 58

Gambar 3.20 : Model Giovaneli 59

Gambar 3.21 : Model Giovaneli untuk dua Obstruction 61

Gambar 3.22 : Model Japanese 62

Gambar 4.1 : Manajemen Survei 67

Gambar 4.2 : Alur Proses Pelaksanaan Survei 68

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xiv Gambar 4.3 : Contoh Dokumentasi View LOS ke Near

end

71

Gambar 4.4 : Contoh hasil Pemetaan Jalur Lintasan di atas Peta Google

72

Gambar 4.5 : Contoh Profile Lintasan menggunakan Pathloss 4.0

74

Gambar 4.6 : File data redaman hujan standar ITU 75 Gambar 4.7 : Tampilan Awal Pathloss 4.0 untuk

Module Summary

77

Gambar 4.8 : Tampilan Menu Module Summary Lab.

Telkom – UNMUH Masjid

77

Gambar 4.9 : Tampilan Menu drop down Configure 78 Gambar 4.10 : Tampilan Menu Configure Terrain

Database

78

Gambar 4.11 : Tampilan Menu Setup Primary 78 Gambar 4.12 : Tampilan Menu Set Directory 79 Gambar 4.13 : Tampilan Menu Operations 79 Gambar 4.14 : Tampilan Menu Generate Profile 80 Gambar 4.15 : Tampilan Terrain di bawah Jalur

Lintasan yang direncanakan

80

Gambar 4.16 : Tampilan Menu Memasukkan Data Strukture

81

Gambar 4.17 : Tampilan menu Range of structure 81 Gambar 4.18 : Tampilan Muka Bumi dengan ketinggian

struktur rata-rata

82

Gambar 4.19 : Tampilan menu pengisian single structure

82

Gambar 4.20 : Tampilan Terrain di bawah Jalur Lintasan dengan 2 titik halangan tertinggi

83

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xv Gambar 4.21 : Tampilan Menu Module Print profile 83 Gambar 4.22 : Hasil Print profile untuk link Polinema-

Lab.Tekom me UNMUH-Masjid

84

Gambar 4.23 : Tampilan menu Module – Antena Height 84 Gambar 4.24 : Tampilan menu Optimize 85 Gambar 4.25 : Tampilan menu pop up Set Clearence

Criteria

85

Gambar 4.26 : Hasil Print profile untuk tinggi antena yang optimal

86

Gambar 4.27 : Tampilan Isian Pengaturan Frekuensi 87 Gambar 4.28 : Tampilan menu Pengaturan k dan jari-

jari Fresnell zone

87

Gambar 4.29 : Tampilan 4 buah Nilai Jari-jari Fresnell 88 Gambar 4.30 : Tampilan menu Antena Configuration 89 Gambar 4.31 : Tampilan menu Geographic defaults 90 Gambar 5.1 : Komunikasi Radio Line of Sight 93

Gambar 5.2 : Outdoor unit 93

Gambar 5.3 : Data Teknik Outdoor unit 94 Gambar 5.4 : Data Teknik Kabel RG-8 Impedansi 50

Ohm

94

Gambar 5.5 : Data Teknik konektor ½” 95 Gambar 5.6 : Katalog Antena Microwave 97 Gambar 5.7 : Daya Keluaran Antena (EIRP) 97 Gambar 5.8 : Model propagasi Free Space 98 Gambar 5.9 : Model propagasi dua gelombang (2-ray

propagation model)

99

Gambar 5.10 : Isotropic Receive Level 102 Gambar 5.11 : Komunikasi Line of sight 103

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xvi

Gambar 5.12 : Kurva Level Daya 103

Gambar 5.13 : Hasil perhitungan link budget 105 Gambar 5.14 : Pengaturan Reliability Action 106 Gambar 5.15 : Pengaturan Daerah Hujan Berdasarkan

ITU

107

Gambar 5.16 : Pengaturan Data profile Topografi 107 Gambar 5.17 : Pengaturan Faktor Geoclimatic 108 Gambar 5.18 : Pengaturan Kanal Frekuensi 108 Gambar 5.19 : Impor Plan Frekuensi 109 Gambar 5.20 : Isian Data Radio yang digunakan 110 Gambar 5.21 : Memilih Data Radio berdasarkan

kebutuhan

110

Gambar 5.22 : Isian data redaman Perangkat tambahan 111

Gambar 5.23 : Isian data kabel 111

Gambar 5.24 : Isian data Antena 112

Gambar 5.25 : Memeriksa kelengkapan dan kelayakan data

113

Gambar 5.26 : Microwave link plan 114

Gambar 5.27 : Microwave link radio site Polinema- Lab.Telkom ke Unmuh-Masjid Malang

116

Gambar 5.28 : Ploting hasil path profile site Polinema- Lab.Telkom ke Unmuh-Masjid Malang

117

Gambar 6.1 : Transmisi Troposcatter 120 Gambar 6.2 : Lintasan radio Troposcatter 122 Gambar 6.3 : Pemancaran Troposcatter 123 Gambar 6.4 : Sistem Troposcatter Quad Diversity 124 Gambar 6.5 : Sistem Troposcatter dengan Space

diversity

125

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xvii Gambar 6.6 : Sistem Troposcatter dengan Frequency

diversity

126

Gambar 6.7 : Sistem Troposcatter dengan Angle diversity

127

Gambar 6.8 : Sistem Troposcatter dengan diversity Polarisasi

127

Gambar 6.9 : Profile Lintasan Sistem Troposcatter 129 Gambar 6.10 : Nilai Jari-jari bumi efektif sebagai fungsi

dari indeks Refraktivitas Ns

131

Gambar 6.11 : Detail profile lintasan dengan parameter perhitungan lintasan Troposcatter

132

Gambar 6.12 : Bantuan Parameter x, y untuk menentukan 00 dan 00

133

Gambar 6.13 : Bentuk koreksi 0 dan 0 untuk Ns = 301

135

Gambar 6.14 : Koefisien C(Ns) 136

Gambar 6.15 : Reduksi Tinggi antena 138 Gambar 6.16 : Grafik nilai penyerapan uap air dan

oksigen (Aa)

139

Gambar 6.17 : Grafik fungsi redaman F(d) 139 Gambar 6.18 : Grafik fungsi redaman F(d) dengan Ns

= 250

140

Gambar 6.19 : Grafik fungsi redaman F(d) dengan Ns

= 301

141

Gambar 6.20 : Grafik fungsi redaman F(d) dengan Ns

= 350

142

Gambar 6.21 : Grafik fungsi redaman F(d) dengan Ns

= 400

143

Gambar 6.22 : Grafik untuk menentukan parameter s 144 Gambar 6.23 : Fungsi Gain Frekuensi, H0(r1) dan H0(r2) 145

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xviii Gambar 6.24 : Nomogram untuk menentukan H0 146 Gambar 6.25 : Enam mode difraksi propagasi 148 Gambar 6.26 : Redaman Difraksi knife edge A(v,0) 150 Gambar 6.27 : Fungsi Gain G(h1,2) sebagai fungsi tinggi

h1,2

151

Gambar 6.28 : Parameter K untuk radius bumi edektif a

= 8.497 km

152

Gambar 6.29 : Parameter b^o untuk ground propagation di atas bumi

153

Gambar 6.30 : Grafik untuk menentukan B(K, b^o) 154 Gambar 6.31 : Grafik untuk menentukan C1(K, b^o) 155 Gambar 6.32 : Fungsi F(x1), F(x2), dan G(x0) untuk 0 <

K < 1

156

Gambar 6.33 : Parameter R(0,5) untuk menentukan Lcr 158 Gambar 6.34 : Fungsi Vn (0,5, de) untuk delapan

climatic region

159

Gambar 6.35 : Fungsi Power fading Y(q,de, 100 MHz) untuk Region 1

160

Gambar 6.36 : Parameter g(q, f) untuk Region 1 161 Gambar 6.37 : Power fading Region 1 untuk 250 – 450

MHz

162

Gambar 6.38 : Power fading Region 1 untuk 450 – 1000 MHz

162

Gambar 6.39 : Power fading Region 1 untuk Frekuensi

> 1000 MHz

163

Gambar 6.40 : Faktor koreksi frekuensi g(q,f) Region 6 dan 8

164

Gambar 6.41 : Power fading Region 6 164 Gambar 6.42 : Power fading Region 8 165

SISTEM KOMUNIKASI RADIO DAN LABORATORIUM xix Gambar 6.43 : Power fading Region 2 Band III 166 Gambar 6.44 : Power fading Region 2 Band IV dan V

(450 – 1000) MHz

166

Gambar 6.45 : Power fading Region 3 Band III (150 – 250) MHz

167

Gambar 6.46 : Power fading Region 3 Band IV dan V (450 – 1000) MHz

167

Gambar 6.47 : Power fading Region 4 168 Gambar 6.48 : Power fading Region 7 168 Gambar 6.49 : Standar Normal Deviasi Zm0(Q) 169 Gambar 6.50 : Gain antena Lintasan Transhorizon 172 Gambar 6.51 : Nilai F(d) dari hasil ploting d = 9,10

radian km, Ns = 306

177

Gambar 6.52 : Nilai Redaman Atmosfer Aa untuk d = 283,1 km, F = 5.000 MHz

178

Gambar 6.53 : Cara menentukan faktor koreksi H0 180