BAB II LANDASAN TEORI

(1)

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Dasar Komunikasi Radio 2.1.1 Frekuensi

Frekuensi adalah jumlah siklus per detik dari sebuah arus bolak balik.

Satuan frekuensi adalah Hertz disingkat Hz. Satu (1) Hz adalah frekuensi dimana sebuah arus bolak balik menyelesaikan satu siklus dalam satu detik. Gambar 2.1.

menunjukan subscriberan spectrum frekuensi.

Gambar 2.1. Spektrum Frekuensi

Untuk menghitung jumlah frekuensi (f) dalam satu periode (T) dapat dilihat dari persamaan berikut :

dimana :

f = frequency dalam Hertz (getaran/detik) T = periode dalam detik

4

(2)

BAB II Landasan teori

2.1.2 Panjang Gelombang

Panjang Gelombang atau Wavelength adalah jarak antar dua titik identik dalam sebuah siklus. Dalam sistem komunikasi radio, biasanya diukur dalam satuan meter, centimeter atau milimeter.

Gambar 2.2. Panjang Gelombang

Frekuensi dan panjang gelombang digambarkan dalam persamaan:

dimana :

λ = wavelength dalam meters

f = frequency dalam Hertz (getaran/detik) c = kecepatan cahaya (3x10⁸ meter/detik)

Analisa Performansi Akses BWA Pada Jaringan Passport

Studi Kasus Lintasarta Surabaya 5

(3)

Tabel 2.1. Hubungan antara Spektrum dan Panjang gelombang

Band Singkatan Frekwensi Panjang Gelombang Extremely Low Frequency ELF 30 Hz - 300 Hz 10 Mm - 1 Mm

Very Low Frequency VLF 3 kHz - 30 kHz 100 km - 10 km Low Frequency LF 30 kHz - 300 kHz 10 km - 1 km Medium Frequency MF 300 kHz - 3 MHz 1 km - 100 m High Frequency HF 3 MHz - 30 MHz 100 m - 10 m Very High Frequency VHF 30 MHz - 300 MHz 10 m - 1 m Ultra High Frequency UHF 300 MHz - 3 GHz 1 m - 100 mm Super High Frequency SHF 3 GHz - 30 GHz 100 mm - 10 mm Extremely High Frequency EHF 30 GHz - 300 GHz 10 mm - 1 mm

2.1.3 Daya Pancar / Transmit (Tx) Power

Radio mempunyai daya untuk menyalurkan sinyal pada frekuensi tertentu, daya tersebut disebut transmit (Tx) Power dan dihitung dari besar energi yang disalurkan melalui satu lebar frekwensi (bandwidth).

Daya pancar biasanya di ukur dengan salah satu satuan berikut : dB = daya relative terhadap satu (1) milliwatt

W = daya linier sebagai Watts

2.1.4 Received (Rx) Sensitivity / Sensitivitas Penerima Radio

Semua radio memiliki point of no return, yaitu keadaan dimana radio menerima sinyal kurang dari Rx Sensitivity yang ditentukan, dan radio tidak mampu melihat data-nya. Rx Sensitivity yang sebetulnya dari radio akan bervariasi tergantung dari banyak faktor.

Bagi sebagian besar radio, sensitifitas RX di definisikan sebagai level dari Bit Error Rate (BER). Standard Bit Error Rate (BER) yang digunakan yaitu 10^-9 (99.999%) artinya dari pengiriman data sebanyak 10⁹bit hanya boleh ada satu bit yang error.

(4)

2.1.5 Decible (dB)

Decibels (dB) adalah Perbandingan daya dalam logaritmik dimana:

mW mW P_dBm P

1 ) log (

=10 (2.1)

Contoh :

mW dBm

mW 20

1 log 100

10 =

Sinyal 100 milli Watt jika dijadikan dBm akan menjadi :

0 dBW = 0 dB + 30 dBm = 30 dBm

2.1.6 Penguatan Antena

Dalam komunikasi radio, antena digunakan untuk merubah gelombang listrik menjadi gelombang elektromagnit yang akan merambat di udara. Penguatan antena adalah besarnya penguatan energi yang dapat dilakukan oleh antena pada saat memancarkan dan menerima sinyal. Penguatan antena diukur dalam :

- dBi : relative terhadap antena isotropic (antenna titik) - dBd: relative terhadap sebuah antena dipole

dimana 0 dBd = 2,15 dBi

Pengaturan yang dilakukan oleh FCC harus memenuhi ketentuan dari besarnya daya yang keluar dari antena. Daya ini diukur berdasarkan dua cara :

1. Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) ) ( ) ( ) ( )

(dB P dB G dBi L dB

EIRP = _TX + _TX − _TX (2.2)

2. Effective Radiated Power (ERP)

) ( ) ( ) ( )

(dB P dB G dBd L dB

ERP = _TX + _TX − _TX (2.3)

(5)

2.1.7 Kehilangan Daya (Losses)

Pada komunikasi radio, ada banyak faktor yang menyebabkan kehilangan kekuatan sinyal, seperti kabel, konektor, penangkal petir dan lainnya yang akan menyebabkan turunnya unjuk kerja dari radio jika dipasang sembarangan. Pada radio yang daya-nya rendah , setiap dB adalah sangat berarti, dan harus diingat “3 dB Rule”. Setiap kenaikan atau kehilangan 3 dB, kita akan mendapatkan dua kali lipat daya (gain) atau kehilangan setengahnya (loss), contoh :

-3 dB = 1/2 daya (kehilangan setengah daya) -6 dB = 1/4 daya (kehilangan seperempat daya) +3 dB = 2x daya (double daya)

+6 dB = 4x daya (naik daya empat kali)

Sumber yang menyebabkan kehilangan daya dalam sistem komunikasi radio : free space, kabel, konektor, jumper dan hal-hal yang tidak terlihat.

2.1.8 Antena

Jenis antena yang akan dipasang harus sesuai dengan sistem yang akan kita bangun, juga disesuaikan dengan kebutuhan penyebaran sinyalnya. Ada dua jenis antena secara umum :

1. Directional

Antena jenis ini merupakan jenis antena dengan narrow beamwidth, yaitu punya sudut pemancaran yang kecil dengan daya lebih terarah, jaraknya jauh dan tidak bisa menjangkau area yang luas, contohnya : antena Yagi, Panel, Sektoral dan antena Parabolik

2. Omni Directional

Antena ini mempunyai sudut pancaran yang besar (wide beamwidth) yaitu 360º; dengan daya lebih meluas, jarak yang lebih pendek tetapi dapat melayani area yang luas.

(6)

2.2 BWA (Broadband Wireless Access)

BWA merupakan salah satu contoh media akses berbasis Radio Frekuensi.

BWA mentransmisikan informasi dengan menggunakan gelombang radio antara pelanggan dengan perusahaan penyedia jasa layanan BWA. Kecepatannya di atas 64 Kbps. Konfigurasi jaringannya umumnya bersifat point to multipoint dengan teknologi multiplexing TDMA (Time Division Multiple Access). Cakupan areanya (coverage) antara 2 s/d 6 Km. Teknologi BWA muncul disebabkan oleh :

1. Keterbatasan jaringan terrestrial

2. Kecepatan pemenuhan kebutuhan jaringan pelanggan 3. Kebutuhan perluasan coverage

4. Kebutuhan backup jaringan dengan media lain

BWA merupakan salah satu produk Lintasarta yang berbasis wireless.

Produk ini dipakai dalam rangka untuk mengatasi apabila dilokasi pelanggan sudah tidak memungkinkan lagi untuk memakai jasa terestrial. BWA Lintasarta menggunakan produk Netro type Air Star dan sudah mendapatkan lisensi dari Postel tanggal 17 Juni 2002 yaitu :

1. Base Station : Sertifikat Nomor 01368/POSTEL/2002

2. Subscriber Terminal : Sertifikat Nomor 01369/POSTEL/2002

Alokasi Frekuensi 10 GHz yang telah diberikan oleh Postel kepada PT.Lintasarta berdasarkan :

1. Surat Ditjen Postel No. 324/IV.1.2/DITFREK/X/02 tgl. 25 Oktober 2002, perihal Penetapan Alokasi Pita Frekuensi Radio

2. Surat Ditjen Postel No. 125/IV.1.2/DITFREK/II/2003 tgl. 14 Februari 2003, perihal Pemberitahuan Alokasi Pita Frekuensi Radio.

2.3 PASSPORT

Passport merupakan suatu konsep jaringan yang memanfaatkan jaringan umum untuk membentuk suatu jaringan khusus yang menggunakan perangkat passport untuk menyediakan layanan multimedia (Data, video, suara dan gambar).

(7)

PC DOV DOV

Telepon

To PSTN Passport memanfaatkan teknologi DOV (Data Over Voice) yang merupakan salah satu metode penumpangan data dengan pada media line telepon, dengan telepon tetap dapat kita gunakan.

Server Gambar 2.3. Konfigurasi umum jaringan DOV

2.4 Propagasi Gelombang Radio 2.4.1 Dasar Propagasi Gelombang

Sinyal yang meninggalkan antena, maka akan merambat dan menghilang di udara. Pemilihan antena akan menentukan bagaimana jenis rambatan yang akan terjadi. Pada komunikasi radio sangat penting jika kita memasang kedua perangkat pada jalur yang bebas dari halangan. Jika rambatan sinyal terganggu, maka penurunan kwalitas sinyal akan terjadi dan mengganggu komunikasinya.

Pohon, gedung, tanki air, dan tower adalah perangkat yang sering mengganggu rambatan sinyal.

Dalam mendisain sistem komunikasi radio, sangat penting untuk memahami karakteristik kondisi lintasan propagasi sinyal. Rugi-rugi lintasan dapat sangat besar dikarenakan adanya pengaruh dari tinggi antena terminal yang rendah, banyaknya halangan pada kondisi lingkungan sekitar yang banyak pepohonan atau bangunan-bangunan seperti di kota besar. Oleh karena itu kondisi Line of Sight (LOS) sangat kecil atau jarang sekali kemungkinannya untuk terjadi.

(8)

Pengaruh perambatan gelombang terhadap RSL (Receive Signal Level) ada dua macam, yaitu :

1. LOS (Line Of Sight)

Gambar 2.4. Kondisi Line Of Sight (LOS)

Pada kondisi LOS, akan menghasilkan signal yang bagus sehingga sehingga signal yang dihasilkan akan mencapai nilai maksimal.

2. NLOS (No LOS)

Gambar 2.5. Kondisi No LOS (NLOS)

Pada kondisi NLOS, terdapat penghalang pada daerah fresnel sehingga signal yang dihasilkan kurang maksimal

(9)

Macam propagasi gelombang yang dipilih dipengaruhi oleh frekuensi radio (RF) dan sistem komunikasi radio yang digunakan. Jika dilihat dari frekuensi radio yang digunakan, maka propagasi gelombang yang umum digunakan adalah sebagai berikut :

1. Gelombang permukaan, merambat “relatif dekat” dengan permukaan bumi jika dibandingkan terhadap panjang gelombangnya, contohnya pada band frekuensi LF ke bawah.

2. Gelombang ruang (merupakan resultante antara gelombang langsung dan gelombang pantul), merambat “relatif jauh” dengan permukaan bumi jika dibandingkan terhadap panjang gelombangnya, contohnya pada Frekuensi Radio > 1GHz, yang juga dikenal sebagai gelombang

“mikro”.

3. Gelombang langit (merupakan gelombang ruang yang dipancarkan ke langit), contoh pada band frekuensi HF.

Lintasan gelombang langsung merupakan lintasan bebas pandang (Line of Sight space propagation). Hubungan antara daya pancar dan daya terima telah diturunkan oleh Friis dalam suatu fomula Friis Free Space Propagation Formula, sebagai berikut :

4 2

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

=⎛ λ πd

L _(2.4)

Sinyal informasi dipancarkan oleh antena pada stasiun radio. Pemancar ke udara berupa gelombang elektromagnetik, kemudian di stasiun radio penerima diterima oleh antena penerima. Pada pemodelan Friis semua kondisi di stasiun pemancar, stasiun penerima dan kanal radio di udara diasumsikan berada pada kondisi ideal.

Pemodelan Friis ini digunakan untuk menentukan besarnya pengaruh ruang bebas terhadap propagasi gelombang. Mula-mula diasumsikan antena di stasiun pemancar dan stasiun penerima berupa antena model, antena isotropis, berupa antena titik, dimana pola radiasinya berupa bola.

(10)

Gambar 2.6. Sistem Transmisi Radio Ideal

Pada model sistem transmisi radio ideal di atas, rapat daya yang diterima di antenna isotropis penerima :

Pd = ₂ ₂

4

4 d

P d

EIRP _TX π

π ⁼ (watt/m²) (2.5)

Jika antena di stasiun pemancar dan stasiun penerima diganti dengan antena real, misalnya antena dipole, antena yagi atau antena lainnya. Sedangkan saluran transmisi diasumsikan lossless, dengan :

EIRP = PTX.GTx (watt) (2.6)

maka rapat daya di antena penerima :

4 d2

P_d EIRP

= π _(watt/m²₎ _(2.7)

Sedangkan receiver signal level, RSL adalah :

RSL = Pd . Aeff (2.8)

(11)

Dimana Aeff adalah luas efektif antena adalah :

Aeff = η . AGeometri (2.9)

Dimana AGeometri adalah luas geometri dari antena, sedangkan hubungan antara gain antena dan luas efektif antena Aeff adalah sebagai berikut :

Gr = 4 .₂ λ π A_eff

(2.10)

π λ .4

2 r

eff G

A = _(2.11)

Sehingga RSL dapat ditulis kembali sebagai berikut :

= ₂

2

4 . 1 . 4 .

.G G d

P_Tx _Tx _Rx

π π λ ⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ (watt) (2.12)

=

2

. 4 .

. ⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ G d G P_Tx _Tx _Rx

π

λ (watt) (2.13)

Sedangkan rasio antara RSL terhadap daya pancar PTx, adalah :

2

. 4

. ⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ G d G_Tx _Rx

π

λ (2.14)

Dari persamaan di atas terlihat bahwa rasio tersebut tidak hanya dipengaruhi oleh GTx dan GRx, tetapi juga oleh suatu parameter

2

4 ⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ πd

λ yang

merupakan 1/Lfs. Jadi Lfs merupakan rugi-rugi ruang bebas yang dialami oleh pancaran gelombang elektromagnetik, yaitu :

4 2

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛ λ πd

L_fs (2.15)

(12)

Lfs _ dB = 32.4 + 20 log dkm + 20 log fMHz (2.16)

Gelombang radio yang merambat dari antena pengirim (transmitter) ke antena penerima (receiver) dipengaruhi oleh faktor-faktor propagasi.

2.4.2 Model Propagasi

Teknik pemodelan propagasi digunakan dengan tujuan untuk menentukan atenuasi gelombang radio selama menjalar dari antenna transmitter ke antenna receiver. Beberapa dari model propagasi yang terkenal adalah Hata model, COST – 231 Walfisch/Ikegami Model, COST – 231 Hata Model, Wideband PCS Microcell Model.

2.4.3 Redaman Ruang Bebas (Free Space Loss)

Redaman propagasi dianggap sebagai redaman ruang bebas (free space loss) jika clearance bebas dari penghalang dirumuskan sebagai berikut :

) log(

. 20 ) log(

. 20 45 ,

32 _MHz _km

FS f d

L = + + _(2.17)

) log(

. 20 ) log(

. 20 6 ,

36 _MHz _miles

FS f d

L = + + (2.18)

Daerah Fresnel

Daerah Fresnel adalah tempat kedudukan titik-titik sinyal tak langsung dalam lintasan gelombang radio dimana daerah tersebut dibatasi oleh gelombang tak langsung yang lain dengan beda panjang lintasan kelipatan dari setengah panjang gelombang langsung. Jari-jari daerah fresnel ke-n dirumuskan pada persamaan berikut :

d f

d d R_n n

. . 3 .

,

17 ¹ ²

= (2.19)

(13)

Huygen Fresnel menyusun teori difraksi yang diakibatkan oleh obstacle, dengan asumsi difraksi terjadi pada medium yang homogen, dimana volume ruang obstacle sangat kecil sehingga efek gradien bisa diabaikan. Medan elektromagnetik yang diterima di penerima merupakan resultante/jumlahan dari medan langsung maupun medan tidak langsung yang diakibatkan reradiasi small meremental areas yang dekat dari pemancar. Medan magnet berada pada jarak konstan, misal r1 yang membentuk spherical surface, akan memiliki kecepatan phasa yang konstan pada semua arah dalam ruang bebas. Permukaan phase yang konstan ini disebut sebagai wave front.

Gambar 2.7. Fresnel Zone

Dengan menggunakan asumsi tersebut di atas, Fresnel mendefinisikan Fresnel Zone sebagai spherical surface yang merupakan tempat kedudukan titik- titik sinyal tak langsung dalam lintasan gelombang radio, dimana daerah tersebut dibatasi oleh gelombang tak langsung (indirect signal) yang mempunyai beda panjang lintasan dengan sinyal langsung sebesar 1/2λ atau n. 1/2λ.

Beberapa tipe fresnel Zone : 1. Fresnel Zone I

(14)

Jika beda panjang lintasan sinyal langsung dan sinyal tak langsung (pada batas zona) adalah 1/2λ.

2. Fresnel Zone II

Jika beda panjang lintasan sinyal langsung dan sinyal tak langsung (pada batas zona) adalah 2 kali 1/2λ.

Dengan asumsi Fn >> λ maka :

Rn = . . . 17.3

2 1

2

1 =

+ d d

d d nλ

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

+ ₂

1 2 1.

d d

d d f

n

GHz

(2.20) Dimana :

Rn = jari-jari Fresnel ke n (m) n = Fresnel zone ke n

d1 = jarak ujung lintasan (Tx atau Rx) ke titik refleksi (km) d2 = jarak ujung lintasan yang lain (Tx atau Rx) ke titik refleksi (km)

f = frekuensi (GHz)

Faktor Koreksi Kelengkungan Bumi

Perambatan gelombang dalam analisis selalu dimanipulasi sebagai garis lurus, sehingga bumi digambarkan dengan radius yang lain yaitu radius efektif bumi. Perbandingan antara radius efektif bumi dengan radius bumi yang sebenarnya diberikan oleh suatu faktor skala yang disebut dengan faktor K.

Berikut rumus dari faktor K :

K = Ro

Re (2.21)

Dimana :

K = faktor skala (Umumnya digunakan 4/3) Re = radius efektif bumi

Ro = radius bumi yang sebenarnya Fading

(15)

Fading adalah salah satu gangguan yang terjadi pada sistem komunikasi data. Fading adalah variasi/fluktuasi phase, polarisasi dan atau level daya terima/RSL sebagai fungsi waktu. Umumnya fading disebabkan oleh pengaruh mekanisme propagasi terhadap gelombang radio, berupa refleksi, refraksi, difraksi, hamburan, atenuasi, dan ducting. Dengan kata lain fading diakibatkan oleh kondisi geometri dan meteorologi lingkungan sistem tersebut. Fading terjadi disebabkan oleh dua faktor utama yaitu :

1. Multipath Fading

Perjalanan sinyal dari pemancar ke penerima melalui lebih dari satu lintasan yang disebabkan pantulan gelombang oleh benda – benda seperti gedung, rumah, pohon dan benda – benda disekitarnya.

2. Fluktuasi Path Loss

Variasi rata-rata sinyal local yang diterima selama mobile unit berubah posisi. Fluktuasi tersebut disebabkan variasi kontur daerah sepanjang lintasan propagasi antara base station dan mobile unit.

Interferensi

Ketika terjadi pengulangan frekuensi, terdapat resiko interferensi misal dari Perangkat radio lain yang menggunakan frekuensi yang sama (Co-channel Interference). Namun demikian dengan jarak yang cukup besar antar Perangkat terhadap radius memungkinkan interfernsi dapat dikendalikan atau dengan perencanaan pengulangan frekuensi dan sektorisasi sel dengan menggunakan antena berarah (Directional Antenna).

Kemudian interferensi kanal bersebelahan (Adjacent Channel Interfernce) terjadi akibat penggunaan kanal yang bersebelahan dalam satu sel atau penggunaan kanal pada sel yang bersebelahan dengan frekuensi yang berdekatan.

Interferensi lainnya yaitu interfernsi intersimbol (Intersymbol Interference) terjadi akibat yang ditimbulkan oleh efekmultipath sehingga menimbulkan delay spread khususnya daerah perkotaan (Urban).

(16)

Power Link Budget

Link budget merupakan salah satu elemen penting dalam design sistem radio. Link budget memasukkan semua masalah yang berkaitan dengan propagasi antara Base Radio Unit (BRU) dan Subscriber Radio Unit (SRU).

Link budget harus memperhitungkan semua gain dan loss serta margin untuk berbagai macam path impairment yang dialami oleh sinyal radio dari transmitter ke receiver.

Link budget memiliki dua jalur up link dan down link. Jalur uplink merupakan jalur dari unit pengguna (SRU) ke base station (BRU). Sedangkan jalur downlink merupakan jalur dari base station (BRU) ke unit pengguna (SRU).

Path loss didapat dengan menambahkan dan mengurangkan komponen – komponen link budget. Path loss maksimum yang digunakan adalah path loss terkecil diantara jalur uplink atau jalur downlink. Jarak maksimum antara base station dengan mobile station diturunkan dari path loss maksimum tersebut, dengan menggunakan model propagasi yang sesuai untuk daerah tersebut dan frekuensi yang digunakan.

Komponen – komponen link budget adalah sebagai berikut :

1. Daya kirim (Transmit power), pada jalur uplink yang diperhitungkan adalah daya kirim SRU (Tx Power) dan jalur downlink yang diperhitungkan adalah daya kirim BRU (BS Tx Power)

2. Gain Antena (Antena gain), ini merupakan ukuran dari kemampuan antena untuk menaikan daya sinyal.

3. Receiver sensitivity, Daya sinyal terendah yang masih dapat diterima oleh receiver dan masih dapat dimodulasi dengan baik pada tingkat kualitas yang masih dapat diterima. Pada jalur uplink yang diperhitungkan adalah BRU Receiver Sensitivity dan pada jalur downlink yang diperhitungkan adalah SRU Receiver Sensitivity.

(17)

4. Cable Loss, Loss yang berasal dari kabel yang menghubungkan antara base station dengan antena.

5. Propagation Loss, Loss yang berasal dari kabel atau noise yang terjadi pada waktu propagasi sinyal radio yang menghubungkan antara base station dengan Subcriber station.

Fade margin, Margin yang dibutuhkan untuk mengatasi multipath fading yang disebabkan oleh lingkungan disekitar Radio.