ANALISA LINK BUDGET KOMUNIKASI PELABUHAN KE KAPAL MENGGUNAKAN KANAL VHF

Transkripsi

1 ANALISA LINK BUDGET KOMUNIKASI PELABUHAN KE KAPAL MENGGUNAKAN KANAL VHF Sherli D. J 1, Laode M. A 2, Hani ah M. 3, Ari W. 4, Okkie P. 5, Nur Adi S. 6 Program Studi Teknik Telekomunikasi Departemen Teknik Elektro Politeknik Elektronika Negeri Surabaya 1 sherli.dwijayanti@gmail.com, 2 laodemuh.andrianto@yahoo.com, 3 haniah@pens.ac.id Abstract Indonesia is a maritime nation which consists of approximately 78,86% ocean territory and become one of the highest shipping traffic in Southeast Asia. Therefore, it requires an integrated system to enable traffic entry and exit communication of oceangoing vessels in the port. Tanjung Perak Port has classified as high-traffic port resulting in high communication traffic. The objective of this research is to observe propagation model that established by transmitter and receiver. Maritime radio communication is required to send ships location and other mandatory information for emergency case. Generally, maritime communication has been implemented by utilizing VHF communication systems, but not every part of the sea has a good signal coverage and quality. In this study, some input and output parameters of VHF are necessary to calculate link budget, such as pathloss, acceptance, fade margin, and etc. The propagation characteristics affect the quality of the received power and coverage area. The reduction percentage of received power in distance is 7,63%, whereas the effect of losses on a coverage area that is 12,5%, as same as the cable attenuation. Kata Kunci: VHF, link budget, pathloss 1. Pendahuluan Indonesia merupakan Negara maritim dengan wilayah sebesar 5,8 juta Km 2 atau sekitar 78,86% wilayahnya adalah lautan dan merupakan salah satu Negara kepulauan dengan lalulintas pelayaran yang cukup sibuk di Asia Tenggara, Ramdhan & Arifin (2013). Oleh karena itu, membutuhkan sebuah sistem yang dapat memantau dan memudahkan komunikasi pada lalu lintas kapal atau keluar masuknya kapal di pelabuhan. Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya tergolong pelabuhan kelas satu di Indonesia dimana lalu lintas kapal yang keluar dan masuk pelabuhan sangat tinggi sehingga berdampak pada tingkat komunikasi pelabuhan ke kapal yang sangat sibuk. Pada umumnya, komunikasi yang dilakukan di laut sudah menggunakan sistem komunikasi VHF namun tidak semua wilayah memiliki kualitas sinyal yang baik dan jangkauan areanya luas. Komunikasi radio dibutuhkan dibidang maritim untuk mengirimkan data berupa posisi kapal dan beberapa informasi penting lainnya seperti keadaan darurat. yang memungkinkan untuk mengikuti kelengkungan bumi, Tunaley (2011). Sehubungan dengan hal tersebut maka pada penelitian kali ini akan dilakukan analisa link budget pada kanal VHF band maritim dengan maksud agar dapat mengetahui tentang model propagasi antara pemancar dan penerima, sehingga dapat dimaksimalkan dan digunakan pada pengembangan komunikasi maritim yang dapat mencakup area yang lebih luas dengan penambahan beberapa parameter yang mempengaruhi efek propagasi VHF. Selain itu juga dapat diterapkan pada pelabuhan Tanjung Perak Surabaya dan sebagai dasar analisa perhitungan link budget untuk pengembangan teknologi VHF di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya. 2. Perencanaan Link Budget Pada penelitian ini dilakukan perhitungan link budget antar pelabuhan ke kapal menggunakan VHF maritim. Gambar 1 merepresentasikan diagram alir perhitungan link budget. Dalam hal ini faktor yang mempengaruhi yaitu karakteristik propagasi, dimana sinyal mengalami difraksi di atas permukaan yang halus seperti laut, D-22

2 Tabel 2. Parameter antenna penerima Parameter (Rx) simbol Nilai Satuan Sumber Tinggi antena Hr 20, 17,5, & 15 Meter (m) PT. Pelni Gambar 1. Diagram alir perhitungan link budget Frekuensi F MHz JRV 500 Parameter input link budget berupa letak koordinat, frekuensi yang digunakan, daya pancar, gain antenna dan konfigurasi menara yang mencakup tinggi menara pengirim, polarisasi, panjang antena dan jarak antara pengirim dan penerima. Link budget merupakan perhitungan redaman dan penguatan yang digunakan sebagai perhitungan awal dalam perencanaan suatu sistem komunikasi wireless pada suatu kawasan tertentu. Perhitungan power link budget atau analisa path memiliki peranan penting agar hasil perencanaan dapat mencapai hasil optimum dan efisiensi baik dari segi kehandalan teknis maupun biaya. Dalam penelitian ini apabila semua parameter pendukung terpenuhi maka dapat dilakukan perhitungan link budget dengan beberapa variasi ketinggian yang berpengaruh terhadap daya terima berdasarkan jarak yang ditempati oleh penerima. Perhitungan link budget dibutuhkan input parameter frekuensi dan jarak sehingga hasil akhir dari perhitungan yaitu berupa nilai pathloss propagasi antara pengirim dan penerima dan tingkat kualitas sinyal terima. Tabel 1. Parameter antenna pemancar Parameter (Tx) Tinggi Antena simbol Nilai Satuan Sumber Ht 60 Meter (m) Frekuensi F Disnav MHz JRV 500 Daya Pancar Ptx 46 dbm JRV 500 Gain Tx Gtx 3 dbi JRV 500 Panjang Kabel 65 Meter (m) Disnav Gain Rx Grx 3 dbi NRE 332 Guard Receiver Sensitivi-tas Rth -101 dbm NRE 332 Guard Receiver Data Tabel 1 dan 2 diasumsikan bahwa kondisi kapal dalam keadaan diam dimana posisi kapal disekitar selat Madura dengan kondisi laut yang tenang dan menunggu panggilan dari pelabuhan untuk sandar ke pelabuhan dan melakukan proses bongkar muat, sehingga pelabuhan melakukan komunikasi kepada kapal melalui channel 12 dengan range frekuensi MHz, Dirjen Perhubungan Laut. Spesifikasi kabel yang digunakan pada kapal adalah RG-58, yang akan dibandingkan dengan kabel RG-8x dan RG-213 sehingga dapat diketahui mengenai daya terima berdasarkan losses kabel jika mengacu pada persamaan (1). Redaman Kabel(Lr) = atenuasi 100 x panjang kabel (1 Tabel 3. Loss kabel berdasarkan panjang kabel Jenis/panjang kabel 10 m 8 m 6 m RG 58 2,0 db 1,6 db 1,2 db RG 8x 1,5 db 1,2 db 0,9 db RG ,9 db 0,7 db 0,5 db Tabel 3 merupakan data nilai losses kabel penerima berdasakan jenis dan panjang kabel. Losses kabel tersebut digunakan sebagai parameter pembanding dari kabel yang digunakan, sehingga didapatkan kabel yang bagus untuk digunakan pada penerima berdasarkan daya terima. D-23

3 Pada penelitian ini menggunakan perangkat simulasi yaitu matlab. Matlab adalah sebuah software komputasi numerikal dan bahasa pemrograman komputer generasi keempat. Dikembangkan oleh The Math 7 Works, matlab memungkinkan manipulasi matriks, pem-plot-an fungsi dan data, implementasi algoritma, pembuatan antarmuka pengguna, dan pengantarmuka-an dengan program dalam bahasa lainnya. PL 2-ray=-10log 10 {( λ 4πd )2 [2 sin ( 2πh thr λd )]2 } PL2-ray = 2-ray propagation loss (db) Λ = panjang gelombng (m) hthr = tinggi transmitter dan receiver (m) d = jarak propagasi (m) (3 2.1 Daya Terima (Pr) Radio propagasi di atas permukaan laut berbeda dengan model propagasi darat. Hal ini dikarenakan jumlah power penerima dari mobile station yang terletetak diatas laut merupakan jumlah dari gelombang langsung, gelombang yang dipantulkan dari permukaan laut, dan gelombang yang dipantulkan dari darat. Sehingga mengakibatkan gangguan ke basis-stasiun lain dan mobile unit. Daya yang diterima di atas permukaan laut diberikan oleh persamaan (2), Hebert, James (2005). PR = PT Lp + GantT + GantR Lt Lr (2) PR = Daya Terima (dbm) PT = Daya Pancar (dbm) Lp = Loss propagasi FSL (db) GantT = Gain transmitter antena (dbi) GantR = Gain receiver antenna (dbi) Lt = Loss cabel transmitter antenna (db) Lr = Loss cabel receiver antenna (db) 2.2 Loss Propagasi 2-ray Pada loss propagasi 2-ray refleksi permukaan laut merupakan komponen yang mentransmisikan sinyal radio, maka pada proses tersebut dapat terjadi loss propagasi yang dapat dimodelkan menggunakan L2-ray. Gambar 2 adalah simulasi L2-ray dengan tinggi pemancar dan penerima yang berbeda. Oleh karena itu, model 2-ray path loss di sederhanakan menjadi persamaan (3). 2.3 Loss Propagasi L3-ray Pada umumnya, over the sea propagasi dapat diklasifikasikan berdasarkan posisi radio platform dekat dengan permukaan laut dan ratusan meter di atas permukaan laut atau lebih tinggi, Yong bai, Wencai Du, Chong Shen (2012). Path loss model 3- ray (termasuk LoS ray langsung, reflected ray dari permukaan laut, dan juga sinar refracted oleh saluran penguapan) digunakan untuk pemodelan dan memprediksi propagasi LoS preliminarily dekat permukaan laut. Secara matematis, dapat ditulis berdasarkan persamaan (4). PL 3-ray = -10 log 10 {( λ 4πd )2 [2 (1 + )] 2 } (4 Dengan: = 2 sin ( 2πh thr ) sin λd ( 2π(h e h t )(h e h r ) ) λd ht, hr = panjang transmitter dan receiver (meter) he = panjang saluran yang efektif 2.4 Loss Permukaan Laut Permukaan laut bekerja sebagai reflektor untuk propagasi radio, dan sebagai hasilnya, degradasi sinyal lengkap di sepanjang jalur. Dalam lingkungan terestrial, ada kendala dari berbagai ukuran, yang mengakibatkan refleksi, refraksi dan hamburan dari sinyal dalam saluran komunikasi. Path loss di lingkungan terestrial lebih tinggi daripada di ruang bebas, dan itu ditentukan oleh Elliott. (5 LT(d) = Ls(do) + 10 n log + d d 0 Xf (6 Gambar 2. Simulasi komunikasi kapal dan SROB menggunakan metode 2-ray Ls(do) = PLFSL (dbm) N = pathloss komunikasi maritim (dbm) Xf = representasi ketinggian gelombang (dbm) D-24

4 2.5 Fade Margin Fade Margin merupakan nilai selisih antara daya terima (RSL) terhadap threshold level (Rth). Nilai fade margin diberikan pada desain link untuk mempertahankan kualitas pelayanan jaringan komunikasi agar tetap stabil dan memenuhi minimal kualitas layanan. Untuk menghitung Fade Margin digunakan persamaan (7). FM = RSL - Rth (7 FM = Fade margin (db) RSL = Daya terima (dbm) Rth = Batas level minimum yang diterima antena peneriman (dbm) coverage terjauh dari sisi penerima adalah pada jarak 302 km dengan menggunakan jenis kabel RG-213 sedangkan pada kabel RG-58 dapat mencapai jarak sejauh 272 km dengan nilai atenuasi yang berbeda dari setiap kabelnya. Dari hasil tersebut dapat diketahui mengenai semakin kecil atenuasi kabel akan semakin jauh jarak cakupan areanya sebab pengaruh terhadap losses sedikit berkurang. 3.2 Pathloss 2-ray Loss 2-ray merupakan loss atau rugi-rugi yang terjadi pada lintasan pengirim dan penerima dengan menghitung pengaruh direct ray dan juga pengaruh gelombang tercermin atau memantul dipermukaan laut. 3. Hasil dan Analisa Hasil dari penelitian ini yaitu analisa link budget antara pelabuhan (Stasiun Radio Pantai) ke kapal pada frekuensi pancar MHz yang meliputi jarak lintasan antara pelabuhan ke kapal, frekuensi kerja yang digunakan, besaran losses antara pemancar (Tx) dan pengirim (Rx) serta parameter lainnya yang mempengaruhi nilai redaman pada system komunikasi VHF maritim. 3.1 Free Space Loss Propagasi free space loss merupakan salah satu parameter output, sebab dengan parameter tersebut dapat diketahui besarnya redaman antara pengirim dan penerima dalam kondisi line of sight tanpa adanya penghalang atau obstacle. Hubungan free space loss terhadap jarak dapat ditampilkan dalam bentuk grafik free space loss terhadap fungsi jarak pada gambar 3. Gambar 4. Grafik pathloss 2-ray dengan variasi tinggi penerima Nilai redaman yang disebabkan karena adanya penyerapan atmosfir dan reflected ground berdasarkan tinggi antenna penerima ditunjukkan oleh Gambar 4. Perbedaan nilai redaman tersebut menunjukkan adanya pengaruh terhadap tinggi antenna penerima dan panjang lintasan. Semakin tinggi antenna penerima dari ground maka nilai redamannya semakin besar. Pada jarak 50 km dengan tinggi antenna 20 m akan menerima loss sebesar 126,42 db. Sedangkan, ketika tinggi antenna 17,5 meter pada jarak yang sama yaitu 50 km akan menerima losses sebesar 127,54 db. Dari hasil tersebut menunjukkan tinggi atenna yang berbeda dengan jarak yang sama akan menghasilkan loss yang berbeda. Gambar 3. Grafik free space loss terhadap jarak Dari gambar 3 dapat diketahui kapal dapat berkomunikasi dengan radio pantai dengan memperhatikan jenis kabel yang digunakan. Jarak D Pathloss 3-ray Loss 3-ray merupakan loss atau rugi-rugi yang terjadi pada lintasan pengirim dan penerima dengan memperhatikan pengaruh direct ray, pengaruh gelombang tercermin atau memantul dipermukaan laut dan juga evaporation duct atau tinggi penguapan saluran. Evaporation duct dapat terjadi ketika posisi penerima berada diatas jarak d break dari pemancar.

5 Pada tinggi penguapan ini menurut penelitian sebelumnya adalah antara 20 sampai 40 meter, dalam perhitungan ini akan digunakan sampel dengan tinggi penguapan saluran yaitu 35 meter serta asumsi parameter tinggi antenna kapal yang berbeda. apabila kapal berada di tengah laut dengan keadaan ombak yang besar maka nilai redaman yang diterima juga akan besar sebab terdapat pengaruh gelombang yang membuat sinyal terganggu. 3.5 RSL berdasarkan pengaruh pathloss 2ray RSL (receive signal level) pathloss 2ray yaitu untuk mengetahui pengaruh dan daya terima berdasarkan besarnya redaman dengan memperhatikan pengaruh pantulan dari permukaan laut. Gambar 5. Perbandingan hr menggunakan loss 3-ray dengan he = 35 m Dari gambar 5 pada jarak lebih dari 10 km tinggi antenna kapal tidak lagi berpengaruh pada pemodelan 3- ray. Sehingga apabila lebih dari nilai d break tidak ada pengaruh penguapan saluran pada jalur pengiriman antara pemancar dan penerima. 3.4 Pathloss Tinggi Gelombng Laut Pathloss gelombang laut merupakan pathloss yang memperhatikan pengaruh dari reflaksi, refraksi dan hamburan dari sinyal dalam chanel komunikasi, Chow Yen Desmond (2012). Dari hasil perhitungan pathloss tinggi gelombang laut dapat diketahui mengenai besaran losses dengan memperhatikan pengaruh tinggi gelombang rata-rata adalah setinggi 1 meter sehingga dapat menghasilkan loss pada jarak 10 mil laut adalah sebesar 109,49 db. Gambar 7. Grafik daya terima L2-ray pada tinggi antenna yang berbeda Dari gambar 7 dengan variasi tinggi antenna yang berbeda yakni dengan ketinggian 17,5 meter dan 15 meter masing-masing menghasilkan pathloss sebesar 75,69 db untuk kapal dengan ketinggian 17,5 meter dan ketinggian 15 meter pathloss yang dihasilkan sebesar 76,07 db. Sehingga pada kapal dengan ketinggian antenna 17,5 meter dan 15 meter pada jarak 1 mil masing-masing kapal dapat menerima daya terima sebesar -36,97 dbm dan -36,19 dbm. Berdasarkan persamaan pathloss 2-ray tersebut dengan asumsi jarak kapal ke pemancar sejauh satu mil laut dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi antenna penerima pada kapal maka pathloss akan semakin kecil sehingga dapat memaksimalkan kualitas daya terima. Gambar 6. Grafik pathloss dengan memperhatikan tinggi Gambar gelombang 6 dapat laut dianalisa bahwa semakin jauh jarak kapal dari pemancar maka losses yang terjadi akan semakin besar, begitu juga dengan tinggi gelombang apabila gelombang laut semakin tinggi maka losses juga akan semakin besar. Sehingga, D RSL berdasarkan pengaruh pathloss 3ray RSL pathloss 3ray bertujuan untuk mengetahui seberapa jauh pengaruh 3-ray pada propagasi VHF. Pathloss 3-ray memilki tiga pengaruh yaitu dari direct ray, reflected ray dan juga evaporation duct terhadap daya terima dengan tinggi antenna penerima serta loss kabel yang berbeda sesuai panjang kabel yang digunakan.

6 sebesar -84 dbm sedangkan pada jarak 20,160 km atau sejauh 10,88 mil laut dengan daya terima sebesar -97,88 dbm, nilai tersebut membuktikan bahwa semakin jauh jarak pengirim ke penerima maka daya terima akan semakin kecil. 3.8 Coverage Area Gambar Dari 8. gambar Grafik daya 8 dapat terima L3-ray diketahui pada bahwa tinggi pengaruh kapal yang 3-ray berbeda pada propagasi ketinggian VHF dan losses dengan kabel jarak diatas 5000 meter dari penerima sudah tidak dapat diprediksi lagi oleh persamaan (1) dengan menggunakan loss propagasi dan menggunakan persamaan (3), sehingga dapat disimpulkan pada propagasi VHF dengan jarak diatas 5000 meter untuk tinggi antenna 15, 17,5 dan 20 meter di penerima tidak ada pengaruh dari evaporation duct atau penguapan saluran sebab dari hasil tersebut pada jarak diatas 5000 meter tidak dapat di prediksi. Coverage area merupakan cakupan atau jarak terjauh yang dapat dijangkau pemancar dengan kualitas daya terima yang baik pada sisi penerima, coverage area juga dapat diketahui melalui perpotongan antara daya terima dengan level sensitivitas pada penerima. 3.7 RSL berdasarkan Loss tinggi gelombang RSL berdasarkan tinggi gelombang laut merupakan metode untuk mengetahui kualitas daya terima dengan mempertimbangkan pengaruh loss propagasi terhadap ketinggian gelombang laut dimana semakin tinggi gelombang laut maka akan semakin besar loss yang terjadi pada saluran propagasi. Gambar 10. Pengaruh loss kabel RG-58 terhadap jarak maksimum coverage area dengan Dari gambar 10 dapat diketahui bahwa sejauh mana kapal dapat berkomunikasi dengan radio pantai dengan memperhatikan jenis kabel yang digunakan. Pada gambar 3 dapat diketahui mengenai jarak coverage terjauh adalah pada jarak 302 km dengan menggunakan jenis kabel disisi penerima yaitu RG- 213 sedangkan pada kabel RG- 58 dapat mencapai jarak sejauh 272 km dengan nilai atenuasi yang berbeda dari setiap kabelnya. Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa semakin kecil atenuasi kabel akan semakin jauh jarak cakupannya sebab pengaruh terhadap losses sedikit berkurang. Gambar 9. Grafik daya terima dengan pengaruh tinggi gelombang laut Dari gambar 9 tersebut dapat diketahui bahwa semakin jauh jarak komunikasi antara pemancar kepada penerima maka daya terima akan semakin kecil sebab sangat di pengaruhi oleh besarnya nilai pathloss yang diterima penerima dengan memperhatikan tinggi gelombang laut. Pada jarak 53 km atau sejauh 28,61 mil laut mendapat daya terima D Fade Margin Fade margin merupakan gangguan karena pantulan dan lapisan udara yang tidak seragam. Fading bisa terjadi di sembarang tempat dimana sinyal gelombang diterima. Dari penelitian ini besaran nilai fade margin berdasarkan posisi kapal terhadap jarak dari pemancar dimana nilai fade margin dari setiap tabel berbeda sebab memperhatikan atenuasi dari kabel yang digunakan seperti pada jarak 7,76 mil dengan menggunakan kabel RG-58, RG-8x, dan RG-213 dapat menghasilkan besaran nilai fade margin yang berbeda,

7 dengan nilainya masing-masing adalah 32,31 dbm, 32,81 dbm dan 33,4 dbm. Dari data tersebut dapat diketahui mengenai semakin kecil atenuasi kabel yang di hasilkan maka nilai fade margin akan semakin besar. 4. Kesimpulan dan Saran Berikut kesimpulan yang didapat dari penelitian ini. 1. Parameter yang paling berpengaruh dalam komunikasi antara pemancar dan penerima adalah nilai dari loss propagasi. Pada ketinggian antenna 17,5 meter daya terima yang dihasilkan sebesar - 36,97 dbm. Semakin tinggi antenna maka berpengaruh pada kualitas daya terima. 2. Gelombang laut mempengaruhi kualitas daya terima ketika pada jarak 53 km atau sejauh 28,61 mil laut mendapat daya terima sebesar -84 dbm sedangkan pada jarak 20,160 km atau sejauh 10,88 mil laut dengan daya terima sebesar -97,88 dbm, nilai tersebut membuktikan bahwa semakin jauh jarak pengirim ke penerima maka daya terima akan berkurang sebeasar 7,63%. 3. Coverage area dapat diketahui berdasarkan coverage terjauh menggunakan kabel RG-213 disisi penerima dengan jarak 302 km dan losses kabel 0,9 db. Semakin jauh cakupan area maka semakin kecil atenuasi kabel karena pengaruh terhadap losses berkurang sebesar 12,5%. 4. Nilai fade margin kabel RG-213 sebesar 33,4 dbm. Berdasarkan nilai tersebut semakin kecil atenuasi kabel yang di hasilkan maka nilai fade margin akan semakin besar sehingga kabel RG-213 memiliki gangguan pantulan lapisan udara yang besar.. Daftar Pustaka: Chow Yen Desmond.(2012): The Propagation Of VHF & UHF Radio Waves Over Sea Paths, Thesis Submitted for The Degree of Doctor Philosophy, University of Lichester Direktorat Jendral Perhubungan Laut, Departemen Perhubungan RI, JRV-500 VHF Transceiver, Distrik Navigasi Kelas II Surabaya, Surabaya Hebert, James.(2005): Marine VHF Radio Communication, Unautorized Reproduction Prohibited Ramdhan, Muhammad. & Arifin, Taslim.(2013): Aplikasi Sistem Informasi Geografis Dalam Penilaian Proporsi Luas Laut Indonesia, Jurnal Ilmiah Geomatika Volume 19 No. 2: Tunaley, J. K. E.(2011): VHF Propagation Study, London Research and Development Corporation Yong bai, Wencai Du, Chong Shen.(2012): Over the Sea Propagation and Integrated Wireless Networking for Ocean Fishery vessels, College of Information Science & Technology, Hanian University D-28