BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Teori Dasar Time Division Multiple Access ( TDMA )
Time Division Multiple Access ( TDMA ) adalah metode transmisi digital dimana beberapa pengguna bisa mengakses satu kanal radio frekuensi tanpa gangguan dengan teknik mengalokasi slot waktu bagi setiap pengguna dalam satu kanal tersebut. Teknologi TDMA merupakan teknik dasar yang digunakan oleh teknologi selular 2G seperti Global System for Mobile Communications ( GSM ), Personal Digital Cellular
( PDC ), Digital Enhanced Cordless Telecommunications ( DECT ) . Pada tahun
1980an, industri nirkabel mulai mengeksplorasi kemungkinan untuk merubah jaringan komunikasi analog menjadi digital yang berarti juga untuk meningkatkan kapasitas jaringan. Dan pada tahun 1989, Cellular Telecommunication Industry Association ( CTIA ) memilih TDMA daripada FDMA ( Frequency Division Multiple Access ) untuk menjadi metode pilihan untuk teknologi selular 800-900 MHz .
Satu lagi teknologi transmisi digital adalah CDMA ( Code Division Multiple
Access ). CDMA adalah teknologi yang memberi unik kode pada setiap paket data
digital yang terkirim. Teknologi TDMA dan CDMA adalah teknologi yang sampai saat ini bersaing ketat dalam industri selular. Untuk sekarang ini pengunaan TDMA lebih luas daripada penggunaan CDMA di seluruh dunia.
Teknologi TDMA didesain untuk penggunaan di berbagai kondisi lingkungan dan situasi. Sistem ini bisa digunakan secara outdoor , indoor ataupun dalam keadaan bergerak dengan kecepatan tinggi. Sistem ini juga sudah mendukung berbagai aplikasi dan berbagai macam data seperti suara, data, fax, dan SMS .
data transmisi bisa disamakan dengan satu siklus waktu dalam TDMA. Dalam satu siklus waktu bisa terdapat puluhan slot waktu yang bisa dialokasikan ke beberapa pengguna. Disisi penerima , pecahan data digital tersebut lalu disusun kembali menjadi informasi yang penuh kembali.
gbr.2.1. Spektrum frekuensi TDMA
Jenis data yang bisa ditransmisikan oleh sistem TDMA bisa bermacam-macam. Dalam teknologi GSM, sinyal suara ( voice ) merupakan informasi utama yang harus bisa ditransmisikan dan diterima dengan baik. Sedangkan untuk telemetri ( Pengukuran digital jarak jauh dengan sensor tertentu ) informasi yang dikirimkan umumnya merupakan data serial dengan baudrate 9600.
Sistem GPS nirkabel bisa kita klasifikasikan dalam kelompok sistem telemetri. Dimana data GPS yang diterima oleh penerima GPS akan berupa data digital. Lalu dengan sebuah mikroprosessor yang sudah terintegrasi akan memproses dan memecah data GPS tersebut menjadi beberapa paket-paket data untuk ditransmisikan pada slot waktu tertentu dan melalui gelombang radio UHF. Setiap perangkat harus di konfigurasi supaya perangkat tersebut mempunyai slot waktu yang berbeda dengan perangkat sejenis yang lainnya.
2.1.1. Komponen TDMA
Pengolahan sinyal digital adalah hal yang terpenting dalam pengaplikasian teknologi ini di berbagai bidang dan penelitian. Tentunya pengolahan sinyal digital akan lebih melibatkan sebuah prosesor data atau sejenisnya untuk menjalankan beberapa algoritma-algoritma dalam perangkat lunak yang menunjang pengolahan sinyal digital tersebut.
Semua input data akan diolah supaya bisa digabungkan dengan input data yang lainnya, lalu di sisi penerima harus bisa memisahkan kembali gabungan data yang dikirimkan tersebut tanpa ada kesalahan data ( error ) .
TDMA akan karena menggunakan waktu sebagai salah satu komponen pendukungnya maka kepresisian waktu atau clock merupakan keharusan bagi sistem ini agar tidak adanya bentrokan ( collision ) antara pengirim. Stasiun pusat penerima akan membutuhkan input waktu. Lalu dengan 1 siklus pengumpulan ( polling ) data , penerima akan menerima data secara bergantian dari beberapa pengirim dengan paket data yang telah ditentukan besarnya. Lalu apabila masih ada paket data yang tersisa di sisi pengirim akan dilanjutkan di siklus polling selanjutnya. Sebuah stasiun pusat penerima Seatrack mempunyai siklus waktu selama 2 detik, dengan kapasitas 25 slot waktu. Yang berarti 1 slot waktu sama dengan 2 detik / 25 = 80 milidetik.
Pengolah data di sisi stasiun harus bisa memilah-milah data dengan paket-paket data. Lalu menunggu siklus polling berikutnya untuk menggabungkan paket data sebelumnya sehingga data yang diterima bisa utuh kembali.
2.2.
Teori Dasar Global Positioning System ( GPS )
Global Positioning System atau yang lebih kita kenal dengan GPS adalah suatu siste beberapa satelit yang mengorbit ini terdiri dari 24 susunan satelit, dengan 21 satelit aktif dan 3 buah satelit sebagai cadangan. Dengan susunaGPS
•
bisa diterima diseluruh permukaan bumi dengan penampakan antara 4 sampai 8 buah satelit. GPS dapat memberikan informasi posisi dan waktu dengan ketelitian sangat tinggi.
Saat ini aplikasi GPS bisa diterapkan di berbagai macam bidang , seperti :
•
GPS banyak juga digunakan sebagai alat navigasi seperti kendaraan telah dilengkapi dengan GPS untuk alat bantu navigasi, dengan menambahkan peta, maka bisa digunakan untuk memandu pengendara, sehingga pengendara bisa mengetahui jalur mana yang sebaiknya dipilih untuk mencapai tujuan yang diinginkan.
•
Untuk keperlua dalam pembuatan peta, seperti mengukur jarak perbatasan, ataupun sebagai referensi pengukuran.
•
Kegunaan lain GPS adalah sebagai pemilik kendaraan/pengelola armada bisa mengetahui ada dimana saja kendaraannya/aset bergeraknya berada saat ini.
•
Bahkan saat ini, GPS dengan ketelitian tinggi bisa digunakan untuk memantau pergerakan tanah, yang ordenya hanya milimeter dalam setahun. Pemantauan pergerakan tanah berguna untuk memperkirakan terjadinya gempa, baik pergeraka
2.2.1. Komponen GPS
Komponen-komponen GPS terdiri dari 3 segmen yaitu Space , Control dan User segmen.
gbr.2.2. Komponen GPS
•
Space segmenAdalah terdiri dari 24 GPS satelit yang mengorbit mengitari bumi dan mempunyai daerah cakupan seluruh dunia. Semua satelit ini mempunyai 6 daerah orbit dengan sudut inklanasi 55º, dan dengan ketinggian 20.183 km
• Control Segmen
Adalah stasiun pemantau dan pengendali GPS satelit. Stasiun-stasiun ini berada di Hawaii, Kwajalein, Pulau Ascension, Diego Garcia, dan Colorado Springs. Stasiun ini akan memantau kinerja dari semua GPS satelit dan menentukan apakah diperlukan pergeseran orbit dari salah satu satelitnya.
• User Segmen
User segmen terdiri dari semua alat penerima GPS seperti pada pesawat, kapal laut, kendaraan bermotor, atau perangkat saku GPS. Sebuah penerima GPS akan mengubah semua sinyal GPS yang diterima dari satelit-satelit GPS untuk menentukan posisi, kecepatan dan waktu.
2.2.2. Sinyal GPS
Sinyal yang dipancarkan oleh satelit GPS mempunyai 2 frekuensi yaitu L1 = 1575,42MHz dan L2 = 1227,60MHz. Untuk frekuensi pendetak ( clock ) adalah f0=10,23MHz.
L1 = 154f0 = 1575.42 MHz ( λ ≈ 19 cm)
L2 = 120f0
• Kode C/A adalah kode binary selama 1 milidetik = 1227.60 MHz (λ ≈ 24 cm)
Sinyal GPS dipancarkan dalam bentuk kode-kode digital yang dengan siklus yang berbeda. Sinyal GPS terdiri:
• Kode P adalah kode binary dengan durasi 267 hari. • Kode Y adalah kode P yang telah ter-enkripsi.
• Pesan satelit adalah 1500 bit data binari yang termodulasi pada 50 Hz.
2.2.3. Kalkulasi Posisi Dengan Sinyal GPS
Perangkat penerima GPS mempunyai kemampuan untuk menentukan koordinatnya melalui perhitungan jarak antara penerima dan GPS satelit. Diperlukan minimal 4 GPS satelit untuk mendapatkan solusi dalam posisi yang tetap. Tipe pengukuran jarak antara penerima dengan satelit adalah dengan pengukuran Pseudo-range.
Pseudo-range adalah pergeseran waktu yang diperlukan untuk mensejajarkan kode replika yang dihasilkan oleh perangkat penerima dengan kode yang diterima dari satelit. Perbedaan waktu tersebut lalu dikalikan dengan kecepatan cahaya. Disebut Pseudo-range karena ada faktor koreksi dari beberapa faktor seperti kesalahan pendetak pada satelit dan penerima, waktu tunda pada propagasi sinyal melewati Troposphere dan Ionosphere.
gbr.2.4. Perbedaan waktu sinyal GPS
True Range = Δt x kecepatan cahaya
True range adalah jarak mutlak antara penerima dan satelit GPS. Tetapi untuk mendapatkan tingkat kepresisian yang tinggi diperlukan adanya koreksi pada pendetak yang ada pada sisi satelit dan penerima. Juga diperlukan perhitungan terhadap gangguan multipath dan atmosfir noise. True range ditambah dengan dengan faktor koreksi disebut juga pseudo-range.
Sinyal datang dari satelit GPS Replika sinyal pada penerima GPS Perbedaan waktu (pseudo-range)
Gbr.2.5. Koreksi pada Pseudo-range
Perangkat penerima GPS akan menerima sinyal GPS dari beberapa satelit. Posisi dari penerima satelit akan diketahui dari perhitungan jarak vektor dari beberapa satelit tersebut. Diperlukan minimal 4 satelit untuk mendapatkan solusi, 3 untuk menentukan posisi penerima dan 1 untuk koreksi pendetak. Untuk lebih jelasnya bagaimana 4 satelit GPS menentukan posisi dari suatu penerima GPS, bisa dilihat pada gambar dibawah ini.
Gbr.2.6. Perhitungan posisi dengan jarak dari satelit
Faktor-faktor yang mempengaruhi kepresisian pada pengukuran pada penerima GPS adalah:
• Satellite error seperti error pada pendetak dan ephemeris
1. 3 jarak akan memotong pada satu posisi
2. Hanya dengan 3 jarak, koreksi pendetak akan ditambahkan. Sehingga perpotongan posisi akan ditempat yang sesungguhnya
• Signal error seperti multipath, gangguan atmosfir, dan gangguan propagasi.
• Receiver error seperti error pada pendetak.
2.3.
Teori Dasar Sistem Transmisi Gelombang Radio UHF
Komunikasi radio menggunakan gelombang elektromagnetis yang dipancarkan lewat atmosfer bumi atau ruang bebas unutk membawa informasi melalui jarak-jarak yang panjang tanpa penggunaan kawat. Gelombang radio dengan frekuensi yang berkisar 100Hz dalam jalur ELF sampai lebih dari 300GHz dalam jalur EHF ( Extra High Frequency ) telah digunakan untuk tujuan-tujuan komunikasi, dan dalam waktu akhir-akhir ini radiasi pada dan dekat dengan daerah gelombang-gelombang yang dapat terlihat ( dekat dengan 1000 THz ) juga sudah digunakan.
Beberapa sifat dasar dari sebuah gelombang elektromagnetis melintang (
Transverse Electromagnetic = TEM ) adalah untuk dapat melontarkan suatu
gelombang elektromagnetis ke dalam ruang angkasa, muatan listrik harus diberi percepatan, yang dalam praktek berarti bahwa arus dalam radiator harus berubah dengan waktu.
Jenis-jenis perambatan gelombang adalah :
• Ground wave
Gelombang ini merambat melalui permukaan bumi. Dengan rentang frekuensi kerja antara ELF ( 30-300Hz ), VLF ( 3-30Khz ), LF ( 30-300KHz ) dan sampai MF ( 0,3-3MHz ) untuk ground wave jarak pendek.
• Sky Wave
Gelombang ini merambat melalui udara dan menggunakan permukaan ionosfer di langit untuk memantulkan gelombangnya sehingga bisa menjangkau stasiun penerima.
Dengan rentang frekuensi kerja VLF , LF , MF , dan sampai HF ( 3-30 MHz )
• Space Wave
rentang frekuensi kerja dari VHF ( 30-300MHz ) , UHF ( 0,3GHz ) , SHF ( 3-30GHz ) dan sampai EHF ( 30-300GHz ).
Rambatan pada jalur-jalur VHF dan UHF di antara 30 MHz dan 3 GHz terjadi dalam ragam troposferik atau termasuk dalam kelompok space wave.
Penggunaan utama dari komunikasi radio dua arah pada jalur VHF dan UHF adalah komunikasi antara sebuah stasiun induk ( base station ) dan beberapa unit bergerak, yang ditempatkan pada kendaraan-kendaraan, kapal-kapal, atau kapal terbang pada jalur frekuensi 30 – 470 MHz . Penerapan-penerapan khas adalah pada komunikasi antara menara pengawas dan pesawat udara ( control tower to aircraft ) pada lapangan udara, pemadam kebakaran, pengawasan kapal di pelabuhan-pelabuhan , kepolisian , operasi medan bagi angkatan bersenjata, pemerliharaan saluran pipa dan saluran transmisi, pemeliharaan jalan-jalan raya, taksi dan kendaraan-kendaraan antar jemput barang, dan juga sistem pemanggilan personil ( personnel paging system ). Karena sistem ini berkerja pada frekuensi di atas 30 MHz, jangkauan kerjanya terbatas pada garis pandangan stasiun induk, atau ditambah lagi sejauh itu, bila digunakan stasiun pengulang. Halangan-halangan yang besar , seperti misalnya bukit-bukit atau gedung-gedung yang tinggi di daerah perkotaan akan menimbulkan bayangan-bayangan dan pola-pola pemantulan yang aneh, yang membuat lingkupan menyeluruh untuk daerah itu dan satu stasiun induk saja menjadi sulit. Karena alasan ini, dan untuk sedikit memperluas horison, dalam praktek biasanya antena stasiun induk ditempatkan di puncak suatu bukit atau gedung yang tinggi untuk mendapatkan tinggi tambahan.
Di dalam spektrum ada tersedia sejumlah terbatas saluran-saluran yang ditetapkan, yang kebanyakan terletak pada jalur-jalur 148 dan 174 MHz dan 450 sampai 470 MHz. Pengoperasian FM ( frequency modulation ) biasanya lebih disukai, dan jarak antar saluran maksimum diizinkan untuk fasilitas ini secara berangsur-angsur telah dikurangi dari 120 KHz sampai yang sekarang diizinkan yaitu 15 KHz, sehingga demikian lebih banyak saluran yang dapat ditempatkan. Karena sempitnya lebar-jalur yang digunakan ini, pemancar-pemancar dan penerima-penerima harus sangat stabil , dan harus menjaga frekuensi kerjanya di dalam ± 5 bagian per juta . Untuk merealisasi kestabilan setinggi ini, pengaturan dengan kristal adalah suatu keharusan.
antena-antena yang dipolarisasikan tegak dan mengarah ke semua jurusan (omnidirectional ), baik pada stasiun induk maupun pada unit-unit bergerak. Pada beberapa penggunaan, seperti misalnya sistem-sistem pemeliharaan pipa dan jalan raya, medan kerja terbentang dalam suatu garis yang panjangnya bermil-mil, dan untuk sistem ini antena-antena yagi yang berelemen banyak dan dipolarisasikan tegak serta diarahkan ke sepanjang jalur kerja sering digunakan. Cara ini memberikan liputan yang kecil saja di daerah-daerah diluar garis, sedangkan liputan di sepanjang garis sampai ke horison adalah jauh lebih baik. Antena yang digunakan pada kendaraan-kendaraan hampir selalu dari jenis cambuk-tanah ( ground whip ) pendek, yang dipasang di atas kendaraan.
Daya pemancar yang digunakan baik pada unit bergerak maupun pada unit-unit stasiun induk dibatasi hingga kira-kira 150 W, terutama karena terbatasnya daya yang tersedia dari sistem kendaraan itu. Untuk unit bergerak, tersedia 13 sampai 15 V, untuk pesawat terbang yang populer adalah 28 V dan 48 V, sedangkan dalam kereta api yang biasa tersedia adalah 48 V. Stasiun-stasiun induk biasanya dioperasikan langsung dari jaringan listrik 220 V 60 Hz, meskipun untuk beberapa penerapan disediakan juga daya cadangan dari batere untuk gangguan-gangguan daya yang dapat terjadi sewaktu-waktu.
Komunikasi dua arah bisa dilakukan dengan 2 metode, metode pertama dengan menggunakan satu frekuensi untuk mengirim dan menerima yang digunakan secara bergantian ( half duplex ). Hal ini dimungkinkan bila salah satu sisi menekan saklar untuk berbicara ( push-to talk ) dalam penyampaian pesan. Metode 2 dengan menggunakan 2 frekuensi berbeda, satu frekuensi untuk mengirim dan frekuensi lainnya untuk menerima. Komunikasi ini dikenal juga sebagai komunikasi full duplex
dimana pengguna bisa saling berbicara secara bersamaan. Teknik ini sangat umum digunakan pada teknologi telepon selular.
2.4.
Teori Dasar Survey Seismik 3 Dimensi
Tujuan utama diadakannya sebuah survey seismik 3 dimensi adalah untuk memetakan bagian bawah tanah dan struktur batuan geologis sebuah ladang minyak untuk menunjang keberhasilan proses eksplorasi sumber minyak dan gas bumi. Survey seismik juga punya fungsi-fungsi lainnya seperti pemetaan struktur batuan untuk infrastructure bangunan, penelitian gempa bumi, dan lain-lain. Pembahasan survey seismik ini akan dibatasi pada kegiatan survey yang dilakukan di lepas pantai dan melibatkan kapal laut untuk melaksanakan sebuah survey seismik
Biasanya geofisikawan melihat data seismik untuk mencari traps ( jebakan ) . Dimana ada kemungkinan akan ditemukannya sebuah sumber minyak. Ada beberapa macam bentuk traps, tetapi secara umum sebuah traps bisa didefinisikan sebagai struktur batuan jebakan bawah tanah yang mungkin menyimpan cadangan fluida ( biasanya air, minyak atau gas ). Jadi sebuah survey seismik merupakan langkah pertama sebuah perusahaan minyak dalam proses eksplorasi sebuah ladang minyak yang potensial. Dan data seismik yang dihasilkan akan digunakan perusahaan tersebut untuk memutuskan tempat yang paling ideal untuk mengebor sebuah sumber minyak.
Gbr.2.7. Macam-macam struktur traps.
Survey seismik di lepas pantai menghasilkan data seismik dengan menggunakan sebuah sumber energi suara, dan merekam suara yang dipantulkan oleh struktur batuan bawah tanah dengan hydrophone. Sumber energi suara biasanya berupa Airgun
(semacam silinder baja yang dapat berulang kali melepaskan udara bertekanan tinggi didalam air) yang mempunyai tekanan udara 2000 psi. Udara bertekanan tinggi ini akan dilepaskan di laut dengan kedalaman 5 m dan menghasilkan ledakan suara yang keras sekali. Pelepasan udara tekanan udara tersebut dilakukan setiap 25 m ( 10-12 detik ) seiiring berjalannya kapal melewati daerah survey.
Gbr.2.8. Teknik survey seismik lepas pantai
Suara pantulan tersebut akan direkam oleh beberapa kabel seismik yang disebut juga Streamer . Streamer terbuat dari bahan karet yang berisi kerosene ( sejenis minyak tanah) dan terdapat puluhan kabel tembaga dan fiber optik. Serta yang terpenting di dalam streamer setiap 12,5 m terdapat sebuah hydrophone yang berfungsi untuk merekam suara pantulan dan mengubahnya menjadi sinyal elektris analog yang nantinya akan digitalisasi supaya bisa direkam di penyimpanan data dan bisa melalui pemprosesan data seismik. Panjang streamer yang digunakan pada sebuah survey seismik bisa mencapai 3 km sampai 8 km. Susunan sebuah streamer
terdiri dari 100m bagian yang disambung-sambung sehingga mencapai panjang yang diinginkan.
2.4.1. Navigasi Dalam Survey Seismik
Sebelum sebuah survey seismik dimulai, sebuah blok akan dibagi-bagi menjadi puluhan garis layar ( sail lines ). Setiap garis mempunyai koordinat titik awal dan akhir garis. Panjang garis tersebut juga dibagi setiap 25 m dimana tempat ditembakkannya energi suara pada Airgun, titik itu disebut juga titik tembak ( shot point ) . Satu garis bisa terdiri dari 1000-3000 titik tembak tergantung dari panjang garis tersebut. Survey akan dinyatakan selesai apabila semua garis tersebut sudah dilalui.
Gbr.2.9. Contoh blok survey
2.4.2. Konfigurasi dan Komponen Survey Seismik 3 Dimensi
Survey seismik 3 dimensi melibatkan berbagai macam teknologi terapan, seperti teknologi mekanika, elektronik, kelautan, dan Navigasi.
Sebuah kapal seismik mempunyai kemampuan untuk menarik sampai 12 kabel streamer secara paralel. Konfigurasi ini diperlukan agar bisa memetakan batuan bawah tanah secara 3 dimensi ( panjang , lebar , dan tinggi ) seperti yang tertera di gambar dibawah ini.
Gbr.2.10.konfigurasi 2 sources dan 8 streamers.
Jarak antara streamer harus terus dijaga agar antara satu streamer dengan lainnya agar satu sama lainnya tidak tersangkut. Jarak antara streamer biasanya 100 m. Kedalaman streamer akan berada pada kedalaman 7 meter.
Gbr.2.12. Plot kapal seismik sedang menarik 8 kabel
Diujung streamer akan terpasang sebuah pelampung yang dikenal dengan sebutan
tailbuoy . Pelampung ini akan dipasangkan sebuah unit GPS Seatrack 220 yang
mempunyai kemampuan mengirim data GPS tersebut ke kapal, sehingga didalam kapal kita bisa melihat posisi ujung dari semua streamer. Dibawah ini merupakan gambar sebuah tailbuoy ketika di laut dan konfigurasinya.
Gbr.2.13. tailbuoy atau front float
2.4.3. Jaringan Akustik Dalam Air Untuk Mengetahui Posisi Streamer
Penerapan jaringan akustik juga digunakan dalam survey seismik untuk mengetahui lokasi kabel seismik ketika didalam air. Jaringan akustik adalah jaringan yang menggunakan sinyal akustik ( 4Khz ) untuk mengetahui jarak antara streamer dan jarak antara hydrophone sehingga pengumpulan jarak-jarak tersebut bisa menghasilkan solusi untuk menentukan posisi, arah pergerakan dan bentuk dari kabel seismik ketika ditarik dibelakang kapal seismik. Posisi GPS yang dihasilkan oleh
tailbuoy dan front float ( tailbuoy yang dipasang didepan streamer ) berperan besar dalam kalkulasi solusi sebuah jaringan akustik dalam air. Posisi GPS tersebut menjadi pondasi posisi dari kabel relatif terhadap posisi kapal. Jaringan akustik mempunyai ribuan pengukuran jarak dari transmitter ke receiver ( hydrophone ) yang terdapat di seluruh kabel seismik. Gambar dibawah ini adalah jaringan akustik yang berada dari awal sampai ujung kabel.
