Propagasi Radio Dalam Ruangan

1

Propagasi Radio Dalam Ruangan

Aqwam Rosadi Kardian, STMIK Jakarta STI&K Abstraks

Tekhnologi dalam komunikasi gelombang atau freukensi memiliki suatu konsep kehandalan tersendiri didalam penguasaan tentang karakteristik transmisi frekuensi radio dalam ruangan merupakan sesuatu yang sangat perlu dalam mendesain Indoor Wireless Communication (IWC) dengan sukses. pengelolaan dan konfigurasi secara tepat. Model Wireless Local Area Netwok (WLAN) dengan menggunakan gelombang RF (Radio Frequency) termasuk bagian yang penting sebagi suatu model alternatif dari LAN fibre optic dengan bantuan infrared (Sinar Infra Merah). Disini diuraikan suatu analisa kelayakan perhitungan propagasi penggunaan WLAN dengan model dua konfigurasi secara teori yang dapat dikembangkan pada dunia tekhnologi komunikasi informasi dan dapat membantu perencanaan sistem WLAN yang unggul.

Pendahuluan

Permasalahan tentang Wireless Local Area Network (WLAN). Dimana hal tersebuti merupakan telahan lebih lanjut tentang parameter teknologi WLAN. Pada dasarnya WLAN memiliki dua konfigurasi, pertama ad hoc yaitu penggunaan WLAN pada suatu tempat bersifat sementara dan dibangun tanpa infrastruktur, contohnya di kelas, ruang rapat, ruang seminar, dan sebagainya Kedua konfigurasi infrastruktur yaitu penggunaan WLAN pada suatu tempat bersifat permanen dan memiliki infrastruktur, contohnya di kantor, pabrik dan sebagainya. Untuk membangun WLAN diperlukan banyak elemen yang termasuk ke dalam perangkat keras, perangkat lunak, standarisasi dan pengukuran dan analisis kelayakan (misalnya, untuk menentukan posisi antena base station / BS).

Media transmisi RF (Radio Frequency) termasuk elemen yang sangat penting. Media RF menentukan banyak hal diantaranya teknik transmisi, hasil pengukuran untuk perencanaan dan analisa kelayakan. Dan hal-hal yang telah ditentukan oleh media RF di atas dapat membantu perencanaan sistem WLAN yang unggul. Tabel 1 dan 2.

Tabel 1. Perbandingan WLAN dengan RF dan IR (infrared) Teknologi Spesifikasi Optikal RF DFIR DBIR RF DSSS FHSS Frekuensi/panjang

gel 800-900 nm 18 GHz Pita ISM

Data rate (Mbps) 1.0 10 15 2-10 1-3

Daerah cakupan (ft) 70-200 (ber-spot) 80 (ber-spot) 40-130 (tdk ber-spot) 100-800 (tdk ber-spot) 100-300 (tdk ber-spot)

2

Terdeteksi Sulit Mudah Sulit sekali

Modulasi PPM FSK/QPSK QPSK GFSK

Daya Terkecil 25 mW  1 W

Line of Sight (LOS) tidak _perlu perlu tidak perlu tidak perlu Biaya

(Data Maret/April

1994) < $ 10 > $ 20 -

Lisensi tidak perlu perlu tidak perlu

Metode akses CSMA R. Aloha/ CSMA/TDMA CSMA/CDMA

Tabel 2. Pita ISM (Industrial Scientific and Medical) Frekuensi 915 MHz 2.4 GHz 5.8 GHz Spesifikasi Frekuensi 902-928 MHz 2400-2483.5 MHz 5725-5850 MHz Bandwidth 26 MHz 83.5 MHz 125 MHz

Jangkauan Transmisi Paling jauh 5 % < 915 MHz 20% < 915 MHz

Pemakaian Sangat ramai sepi Sangat sepi

Delay Besar sedang kecil

Sumber Interferensi banyak sedang sedikit

Daya Tembus Tembok Baik baik kurang

Penguasaan tentang karakteristik transmisi frekuensi radio dalam ruangan merupakan sesuatu yang sangat perlu dalam mendesain Indoor Wireless Communication (IWC) dengan sukses.

Ruangan WLAN

WLAN didesain untuk jumlah pengguna yang terbatas dan berada pada area yang kecil (dalam ruangan kantor atau pabrik). Karena itu WLAN termasuk salah satu aplikasi IWC. IWC memiliki beberapa unsur yaitu spektrum yang digunakan, klasifikasi bangunan (pabrik, kantor dan yang lainnya, karena setiap ruangan memiliki isi yang berbeda-beda), bahan konstruksi dinding, lantai dan langit-langit bangunan (bangunan dengan konstruksi baja (pabrik) dapat meningkatkan jumlah sinyal radio yang dipantulkan sehingga jumlah multipath menjadi lebih banyak akibatnya tingkat interferensi meningkat), karakteristik propagasi radio dalam ruangan dan kanal propagasi radio [3]. Gambar 1.

3

Gambar - 1 : WAN dalam ruang kantor dan pabrik

Untuk merencanakan instalasi WLAN, kita harus memperhatikan unsur-unsur IWC di atas. Pada IWC, dapat saja, antena penerima dan pengirim berada pada satu ruangan dan saling membayangi (shadowed) sehingga semua barang dan gerakan yang terjadi dalam ruangan akan memiliki efek yang nyata pada statistik sinyal yang diterima pada penerima. Mempertimbangkan hal-hal di atas, maka ada beberapa obyek yang harus direncanakan utuk mengukur dan menganalisis efek dari:

1. Perbedaan mebel/berkakas dan banyaknya yang ada dalam ruangan. 2. Densitas dari personel dan barang dalam ruangan.

3. Konstruksi bangunan dan jumlah lantai. 4. Meja karyawan dengan partisi atau tidak.

Semua obyek yang direncanakan di atas akan menghasilkan ukuran-ukuran yang berbeda-beda pada frekuensi yang berbeda-beda pula (misalnya, 2,34 _{GHz hasil} ukurnya berbeda dengan hasil ukur pada frekuensi 915 MHz).

Propagasi Radio dalam Ruangan

Sinyal radio menjalar dari pengirim ke penerima melalui free space, pantulan, difraksi, Line of Sight (LOS) dan Obstructed LOS (OLOS). Gambar - 2.

4

Gambar – 2 : Propagasi radio di kantor dilihat dari atas

Hal ini berarti sinyal radio tiba di penerima melalui banyak jalur (Multipath), dimana tiap sinyal (pada jalur yang berbeda-beda) memiliki level kekuatan sinyal, delay dan fasa yang berbeda-beda Gambar - 3.

Gambar – 3 : Sinyal pada propagasi radio

Pengukuran dan pemodelan karakteristik unsur-unsur IWC sangat penting dalam jaringan wireless untuk mencapai efisiensi perencanaan. Hasil pengukuran dan pemodelan dapat digunakan untuk menaksir kelayakan teknik komunikasi dan menentukan lokasi yang optimum untuk instalasi antena base station (BS).

Dan untuk mempermudah pembahasan tentang propagasi radio, maka propagasi radio dikarakteristikan ke dalam Daya-Rugi-Jalur (Path Loss Power/PLP), RMS Multipath Delay Spread (RMDS) dan Doppler Shift (DoS).

A. Path Lower Power (PLP)

Untuk propagasi radio dalam ruangan dipilih hukum :

5 atau :

P(d) 10q _{log d (dB) ...(2)}

Dimana P(d) adalah daya rugi jalur, d adalah jarak antara pengirim dan penerima (dalam meter), q adalah eksponen rata-rata rugi jalur yang tergantung pada lingkungan IWC. Untuk free space, q = 2 (ini merupakan ketentuan) maka untuk d = 10 m, P(d) = 20 dB. Jika pengirim (Tx) dan penerima (Rx) ada pada satu ruangn yang sama, luas dan terbuka (jumlah penghalang sedikit) maka q <2, jika Tx dan Rx berada pada ruangan yang berbeda atau terhalang oleh suatu benda q > 2. q = 6 dapat dijumpai pada ruangan dengan dinding terbuat dari besi. Sehingga terlihat di sini bahwa q tergantung pada keadaan ruangan (bahan konstruksi, jumlah lantai dana penghalang).

Persamaan (2) dapat dimodifikasi menjadi :

P = L(Ro) + 10q log d (dB) ...(3)

Dimana P = Pt – Pr = rugi jalur (Pt adalah daya yang dikirim dan Pr adalah daya yang diterima), L(Ro) adalah rugi jalur dari Tx ke Rx terhadap refrensi jarak Ro pada propagasi free space (dalam dB), Ro adalah referensi jarak Tx ke Rx yaitu 1 (satu) meter.

Pada bangunan dengan banyak lantai maka persamaan (3) dapat dimodifikasi kembali menjadi :

P = L(Ro) + 10q log d + zxf + uxw ...(4)

Dimana z adalah jumlah lantai, f adalah redaman tiap lantai (dB) u adalah jumlah dinding dan w adalah redaman tiap dinding (dB). Catatan semakin tinggi frekuensi yang digunakan (915 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz) semakin besar redaman yang dialami.

Hasil pengukuran menunjukkan:

Untuk LOS, q = 1,5 – 1,8 dan untuk OLOS dalam pabrik q = 1,8 – 5,22. Untuk frekuensi 433 MHz dan 861 Mhz, q = 1 – 3. Untuk LOS pada frekuensi 900 MHz q = 1,2 – 6,5. Untuk 2,4 GHz q = 3,3, untuk frekuensi 4,75 GHz q = 3,8 dan untuk 11,5 GHz q = 4,5 [3].

o q = 2,0 – 12 sesuai jarak. q = 2 untuk 1 m < d < 10 m, q = 3 untuk 10 m < d <

20 m, q = 6 untuk 20 m < d < 40 m, q = 12 untuk d > 40 m. [3]

o Rugi jalur dipengaruhi pula oleh konstruksi bangunan yang ditembusnya. Misalnya untuk dinding blok beton kira-kira selebar 8 inci akan meredam daya sebesat 7 dB, untuk dinding kayu dan batu batu akan meredam 3 dB, dinding aluminium akan meredam 2 dB dan dinding besi meredam 12 dB. Mebel dapat juga meredam daya propagasi sebesar 1 dB/m. Daya transmisi akan berkurang pada setiap menembus lantai yang satu dan yang berikutnya. [3].

6

B. Rate Multipath Delay Spread ( RMDS )

RMDS merupakan parameter penting yang dapat menentukan performa sistem digital dan alat baik untuk membantu dalam mengidentifikasi multipath fading dan menanggulanginya. Dengan memperkecil pengaruh RMDS maka Intersymbol Interference (ISI) (ISI adalah tumpang tindihnya informasi yang datang dari jalur satu dengan informasi yang sama melalui jalur dua akibat multipath) dapat diperkecil sehingga error rate kecil dan data rate (R) meningkat.

Hal ini dapat dibuktikan dari rumus R yaitu :

(5) (6)

Jika suatu sinyal informasi mengalami gejala multipath, maka antara satu jalur dengan jalur lain ada delay, misal panjang jalur 50 – 100 m dan delaynya (RMDS) = 100 ns maka data rate (R) adalah [5,8] :

= 1 Mbps Catatan :

RMDS pada IWC adalah dalam satuan nanosecond (ns) dan pada outdoor s) ini akibat besar frekuensi yang digunakan dan ruang dimana komunikasi tertentu terjalin.

RMDS dapat dihitung melalui rumus :

(7)

(8)

Dimana Tm = RMDS (ns), L = banyaknya jalur, k = pemakai ke-k (k=1,2,3...), tk =

delay propagasi (ns), D = delay propagasi rata-rata, Bk = amplitudo dari daya

yang diterima (dB).

(9)

7 yang sama atau lebih kecil dari x.

RMDS memiliki harga yang berbeda pada tempat yang berbeda pula. Dan untuk menyederhanakan perubahan RMDS yang bersesuaian dengan klasifikasi bangunan maka digunakan faktor q (tabel 3 dan 4). Tabel 3. RMDS dan q[8] Faktor q 2.348 3.329 2.184 2.196 1.398 4.21 RMDS (ns) 15.64 29.03 52.38 73.13 33.13 55.19

Tabel 4. RMDS dan jarak Tx ke Rx [4]

Jarak 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m Mean (ns) 14,6 20,7 44,9 56,2 676,2

RMDS dapat mempengaruhi koherensi Bandwidth (

frekuensi yang akan dipakai untuk mentransmisikan data informasi.

(10)

Hasil pengukuran dapat diperlihatkan pada tabel 5.

Tabel 5. RMDS dan Koherensi Bandwidth (BW) [2]

. L.O.S Party Obstructed Obstructed

RMS Delay Spread (ns) 16-31 41-74 58-90 Coherence BW (MHz) 36-100 6-30 5-9

 Doppler Shift (DoS)

DoS adalah penyebaran pergeseran frekuensi akibat gerakan (mobilitas). Ketika Rx sedang bergerak dengan kecepatan Vm, maka ternyata frekuensi pembawa (fc) dari sinyal yang diterima berbeda dari frekuensi pembawa sinyal (fc) yang dikirim.

8

Perbedaan ini disebut DoS dan diberi simbol fd.

Dimana c = kecepatan cahaya = 3 x 108 _m/det.

Pergeseran frekuensi (fd) dapat berharga positif atau negatif tergantung arah gerak penerima terhadap base station (BS), apakah ia mendekati atau menjauhi. Misalnya seseorang bergerak dengan kecepatan (Vm) 1,33 m/det (dengan membawa notebook) dengan frekuensi (fc) 910 MHz maka fd =

DoS tidak besar pengaruhnya pada kanal propagasi radio dalam ruangan (indoor) karena kecepatan tinggi tidak dijumpai pada IWC [8].

Penutup

Setiap ruang memiliki klasifikasi dan isi yang berbeda-beda yang dapat mempengaruhi penjalaran sinyal radio dalam ruangan. Ruangan dengan dinding besi, misalnya, dapat memantulkan sinyal radio dengan hebat, sehingga tercipta gejala multipah fading. Akibat dari gejala tersebut adalah ISI yang akan meningkattkan error rate. Salah satu cara mengantisipasi efek dari gejala di atas adalah mengkarakteristikkan propagasi radio kemudian memilih alat dengan teknologi yang sederhana dan murah ( misalnya antenna diversity dan modulasi spread spectrum). Disini terlihat pentingnya angka-angka yang dihasilkan dari pengkarakteristikan dan pengukuran tersebut dalam merencanakan aplikasi sistem IWC.

Daftar Pustaka

1. Bertoni, Henry L., Kim, Seongcheol and Honcharenko, Walter, Review of

In-Building Propagation Phenomena at UHF Frequencies, IEEE Proceedings

of ASILOMAR –29, pp. 761 – 765, Maret 1996.

2. Cheung, K.W., and Murch, R.D., Measurement, Characterization and

Modeling of the Wideband Indoor Channel, IEEE Proc. Of Vehicular

Technology Conf. – VTC Atlanta, GA, USA, pp 588 – 592, 28 April – 1 May 1996.

3. Hashemi, Homayoun, Indoor Radio Propagation Channel, Proceedings of the IEEE, vol. 81, No. 7, pp 943-968, July 1993

4. Honcharenko, Walter and Bertoni , Henry L, Mechanisms Governing UHF

Propagation on Single Floor in Modern Office Buildings, IEEE Trans. on

9

5. Janssen, Gerard J.M., Stigter, Patrick A., Prasad, Ramjee, Wideband Indoor

Channel Measurement and BER analysis of Frequency Selective Multipath Channel at 2.4, 4.75, and 11.5 GHz, IEEE Trans. On

Communication, Vol. 44, No. 10, pp. 1272 – 1286, October 1996. Molkdar, D.,

Review on Radio Propagation into and within Buildings, IEE

Proceedings-H, Vol. 138, No. 1, pp. 61 – 73, February 1991.

6. Poon, Lai-Shun, and Wang, Hong-Shen, Propagation Characteristic

Measurement and Frequency Reuse Planning in an Office Building, IEEE,

1994.

7. Pahlavan, Kaveh and Levesqne, A.H., Wireless Data Communications, Proc. Of IEEE, Vol. 82, No. 9, pp 1410 – 1430, September 1994.

8. Yahya A.B. ,Trisakti Teknik Elektro, Elektro OnLine,1999.