Analisa Interferensi Akibat Transmisi di Sisi Bumi pada Link Orbcomm

Transkripsi

1 Analisa Interferensi Akibat Transmisi di Sisi Bumi pada Link Orbcomm Rr.ARIANTI RUDY PUTRANTI - NRP Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Kampus ITS, Keputih Sukolilo, Surabaya ABSTRAK Orbcomm merupakan sistem satelit yang berada pada orbit Low Earth Orbit (LEO) yang terdiri dari 36 satelit yang dibagi pada 6 orbital plane (bidang edar). Data yang dikirim adalah berupa informasi burst sebesar 2400 bps saat subscriber mengirimkan pesan ke satelit dan saat satelit menerima data dari subscriber data yang dikirim sebesar 4800 bps. Aplikasi dari Orbcomm adalah komunikasi data paket untuk tracking, monitoring dan messaging, Orbcomm bekerja dengan frekuensi uplink MHz dan frekuensi downlink MHz. Frekuensi uplink Orbcomm di Indonesia juga digunakan oleh band amatir sehingga akan mengakibatkan interferensi terrestrial pada link Orbcomm. Makalah ini bertujuan menganalisa interferensi yang terdapat pada link Orbcomm di Surabaya dan. Perekaman frekuensi dilakukan di Surabaya yang mewakili daerah rural dan yang mewakili daerah rural dengan dua metode perekaman secara tetap dan perekaman secara mobile. Frekuensi Orbcomm akan direkam menggunakan spectrum analyzer dengan menggunakan antenna monopole VHF. Data hasil perekaman frekuensi uplink Orbcomm MHz dan frekuensi downlink Orbcomm MHz akan dianalisa menggunaka Matlab 7.7. Sumber interferensi yang akan dianalisa berasal dari komunikasi radio pada frekuensi yang tidak tertib. Data dari dua daerah akan dibandingkan sinyal interference/noise dan nilai noise floornya. Hasil scanning kanal frekuensi downlink Orbcomm memiliki probabilitas interferensi tidak lebih dari 3% yang berarti kanal frekuensi downlink Orbcomm di rural dan di urban kosong. Kanal frekuensi uplink di urban lebih banyak interferensi dibanding kanal di rural sehingga noise floor di Surabaya pun lebih besar dibanding di. Noise floor di Surabaya sebesar dbm sedangkan noise floor di sebesar dbm. Saat perekaman secara mobile pengaruh kendaraan bermotor yang melintas saat perekaman data juga meningkatkan noise floornya. ke manapun juga dapat digunakan sistem komunikasi satelit. Sistem satelit Orbcomm yang berada di Low Earth Orbit (LEO) dapat dimanfatkan untuk komunikasi data paket untuk tracking, monitoring dan messaging. Makalah ini akan membahas mengenai interferensi pada link Orbcomm akibat transmisi di sisi bumi. Hal tersebut sangat dibutuhkan mengingat belum ada makalah yang membahas mengenai interferensi pada link Orbcomm di Indonesia. Area analisa interferensi dilakukan di Surabaya mewakili daerah urban dan mewakili daerah rural. Hasil dari analisa makalah ini diharapkan akan bermanfaat saat Orbcomm beroperasi di Indonesia. 2. DASAR TEORI 2.1 Sistem Satelit Orbcomm Sistem satelit Orbcomm merupakan satelit komersil yang berada pada orbit Low Earth Orbit (LEO) yang terdiri dari 36 satelit yang dibagi pada 6 orbital plane (bidang edar). Orbcomm mempunyai konfigurasi sistem komunikasi satelit Orbcomm yang dapat dilihat pada Gambar 1. Data yang dikirim adalah berupa informasi burst sebesar 2400 bps saat subscriber mengirimkan pesan ke satelit dan saat satelit menerima data dari subscriber data yang dikirim sebesar 4800 bps. Skenario komunikasi pada sistem Orbcomm yaitu: 1. Subscriber Communicator (SC) membuat pesan. 2. SC mengirim pesan ke satelit kemudian satelit memformat ulang (reformat) dan mengirimkan kembali ke gateway. 3. Gateway mengirimkan menuju internet provider. 4. User dapat mengakses data melalui internet. Kata kunci: VHF (Very High Frequency), interferensi, LEO (Low Earth Orbit). 1. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi telekomunikasi sekarang ini mengalami kemajuan sangat cepat. Hal tersebut diakibatkan adanya permintaan dan peningkatan kebutuhan akan informasi, yang terus memacu para pengembang memberikan suatu sistem yang andal dan efisien, baik dari segi kualitas maupun kuantitas dalam arti bahwa sistem tersebut dapat menyalurkan informasi Gambar 1 Konfgurasi Sistem Satelit Orbcomm 1

2 Ch ann el Lower Band Edge Upper Band Edge Center Freq. BW (khz) Polari sation Comment RHCP U.S GES uplink 1a dynamic 10 RHCP Tabel 1 Penggunaan Kanal Uplink Not for Subscriber Communicator 760 uplink DCAAS Subscriber adanya sinyal lain yang frekuensinya sama dan daya sinyal pengganggu tersebut cukup besar. Dalam sistem interferensi terestrial, masing-masing pemancar-penerima tidak hanya dipengaruhi oleh karakteristik daerah sekitarnya, tetapi juga oleh sinyal yang secara simultan dihasilkan oleh sejumlah pemancar di daerah sekitarnya. Pengaruh interferensi pada sistem terestrial ini biasanya lebih besar dari pengaruh noise. Di Indonesia penggunaan alokasi frekuensi ternyata belum tertib. Masih banyak radio amatir yang ditemukan di band Orbcomm. Alokasi frekuensi radio begerak Indonesia yang digunakan adalah sebagai berikut: Data Freq. Bandwidth Rate Polarization (khz) (kbps) S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP S /4.8 RHCP Gateway RHCP Tabel 2 Penggunaan Kanal Downlink Satelit Orbcomm bekerja pada frekuensi VHF dengan jalur uplink menggunakan frekuensi 148 sampai 150,05 MHz sedangkan untuk downlink menggunakan frekuensi 137 sampai 138 MHz. Pada jalur uplink terdiri dari 3 kanal yang ditunjukkan pada Tabel 1, kanal yang digunakan subscriber adalah kanal 2 dalam range frekuensi MHz dengan bandwidth antar kanal sebesar 10 KHz. Sedangkan pada jalur downlink terdiri dari 13 kanal yang ditunjukkan pada Tabel 2 dengan bandwidth antar kanal sebesar 25 KHz.[1] 2.2 Interferensi Terrestrial Orbcomm Frekuensi uplink Orbcomm MHz di Indonesia juga digunakan band amatir sehingga menghasilkan interferensi terrestrial terhadap Orbcomm. Interferensi adalah gangguan yang terjadi disebabkan Gambar 2 Alokasi Frekuensi Radio[2] Band MHz dialokasikan untuk fixed, mobile dan servis mobile satelit yang digunakan fixed terestrial dan mobile service. Operasi dari Mobile Satellite Service (MSS) pada band ini dibatasi hanya untuk sistem satelit non-geostasioner. Interferensi pada band Orbcomm selain dipengaruhi penggunaan radio amatir yang tidak tertib juga dipengaruhi interferensi dari jaringan lain yaitu interferensi yang disebabkan oleh jaringan wireless lain yang bekerja pada band yang sama ataupun pengaruh intermodulasi dari sinyal out-of-band yang disebabkan oleh sinyal yang kuat di luar frekuensi band yang kita gunakan, misalnya, pemancar AM, FM atau TV. Intermodulasi disebabkan produk dari perangkat atau sistem tersebut yang tidak linier, dimana komponenkomponen suatu gelombang yang kompleks, menghasilkan gelombang-gelombang baru yang frekuensinya bervariasi atau merupakan harmonisaharmonisa dari gelombang input tersebut. Dari sistem tersebut memiliki penguat yang tidak linier maka keluarannya tidak hanya pada frekuensi itu saja tapi merupakan kombinasi dari frekuensi tersebut. Sifat ini yang disebut intermodulasi. Maka akan keluar frekuensi yang merupakan hasil dari intermodulasi yang frekuensinya merupakan kombinasi dari frekuensi sinyal masukan. Terjadinya intermodulasi pada frekuensi Orbcomm di MHz didasarkan bentuk pehitungan aritmatis 2F1-F2 dimana F1 adalah pita frekuensi pancaran radio komunitas ( MHz) maka F2 berada pada frekuensi MHz yang dialokasikan untuk radio amatir dan radio siaran. Sistem uplink satelit Orbcomm dari bumi ke satelit dirancang untuk beroperasi pada daerah interferensi yang sudah ada pada frekuensi MHz. Band ini berada pada pelayanan komunikasi terestrial untuk menghindari interferensi uplink menggunakan Dynamic Activity Assignment System (DCAAS)[1]. 2.3 Noise Floor Noise mengacu pada sinyal yang tidak diinginkan dalam transmisi informasi. Noise atau derau berasal dari berbagai sumber, baik dari faktor internal maupun 2

3 eksternal. Noise internal adalah noise yang dibangkitkan oleh komponen-komponen dalam sistem komunikasi. Internal noise atau disebut juga thermal noise, dihasilkan oleh sistem dan perangkat pada penerima. Noise eksternal dihasilkan oleh sumber di luar sistem komunikasi. Ada dua macam noise eksternal yaitu noise buatan manusia (man-made noise) dan noise alami (ekstra terrestrial) Noise floor dapat didefinisikan sebagai level minimum dari seluruh noise hasil pengukuran beberapa sinyal yang tercipta dari penjumlahan semua sumber. Besarnya noise floor dari hasil pengukuran didapat dari rata-rata nilai noise. Mulai Perancangan Sistem Pengukuran Inisialisasi dan setting alat ukur Pengukuran di Surabaya Pengukuran di Tetap Bergerak Tetap Bergerak Gambar 3 Penentuan Noise Floor [4] Nilai noise floor akan menjadi threshold dalam proses analisa sinyal interferensi. Yang berarti dapat diasumsikan bahwa terdapat sinyal interferensi bila level daya yang terukur berada diatas nilai threshold sedangkan level daya yang berada pada level dibawa threshold berarti kanal tersebut kosong. 3. METODOLOGI 3.1 Metodologi Pengukuran Proses pengukuran dilakukan di Surabaya dan dengan dua metode yaitu metode pengukuran tetap dan metode pengukuran mobile. Metode pengukuran yang berfungsi untuk mengetahui aktifitas kanal radio Orbcomm menggunakan peralatan yang terdiri dari hardware (perangkat keras) dan software (perangkat lunak). Adapun parameter yang digunakan pada pengukuran ini adalah level daya, frekuensi, banyak data dan time. Gambar 4 Konfigurasi Sistem Pengukuran Gambar 4 adalah konfigurasi umum sistem keseluruhan yang direncanakan dalam pengambilan data dimana sebelumnya melalui proses scanning frekuensi uplink MHz dan frekuensi downlink MHz yang kemudian dilakukan proses perekaman pada titik frekuensi yang terinterferensi. Perangkat hardware terdiri atas: 1. Antena VHF sebagai penerima, Antena monopole dengan SWR sebesar Spektrum analyzer 3. Komputer /PC 4. Global Positioning System (GPS) Mengubah data dalam bentuk file excel Menghitung Noise Floor Daya Interferensi = data pengukuran > noise floor Plot daya interferensi terhadap waktu Grafik Histogram, PDF dan CDF selesai Gambar 5 Flowchart Program Daya Interferensi Orbcomm Selain hardware diatas, juga digunakan bantuan software, diantaranya: 1. Software CVI-Lab Windows dan GPIB yang digunakan sebagai interface antara spektrum analizer dengan PC sehingga kedua peralatan tersebut bisa saling berkomunikasi. Flowchart pengambilan data ditunjukan pada gambar 6 dan tampilan software ditunjukan pada gambar 5 3

4 start buka program GPIB Masukkan nilai parameter-parameter (frekuensi, level akuisisi, resolusi badwitdh dan setting timer) Simpan file hasil pengukuran end Gambar 6. Flowchart Perekaman data frekuensi downlink relatif kosong. Metode analisis pengukuran daya interferensi dilakukan pada 2 lokasi yaitu lokasi Surabaya tepatnya di kampus ITS lab.406 dan yang mewakili lokasi rural, hasil dari perekaman level daya voice tersebut akan diolah Matlab HASIL DAN ANALISA 4.1 Analisis Frekuensi Downlink Orbcomm Metode analisis pengukuran frekuensi downlink dilakukan pada 2 lokasi yaitu lokasi Surabaya tepatnya di kampus ITS lab.406 dan, sebagai pembanding antara daerah urban dan rural. Hasil perekaman pada 16 November 2009 frekuensi downlink Orbcomm MHz dengan frekuensi bandwidth 25 KHz. Didapat 40 kanal yang akan di analisa level daya yang terinterferensi. Area Noise Floor (dbm) Surabaya Tabel 3 Noise Floor Frekuensi Downlink Gambar 7 Data Surabaya Gambar 8 Data Gambar 7 dan gambar 8 merupakan hasil perekaman data dalam bentuk notepad dimana angka yang ditandai warna biru adalah waktu perekaman, warna merah adalah tanggal-bulan-tahun, warna hijau adalah frekuensi beserta nilai level dayanya, dan warna kuning adalah banyak data. Hasil dalam bentuk notepad ini akan diproses dalam program matlab Matlab 7.7 digunakan menganalisa data yang telah terekam. Data yang akan dianalisa pobabilitas kanal terinterferensi dan sinyal interference/noise. 3.2 Metodologi Pengukuran Level Daya Interferensi Dalam pengambilan data baik di Surabaya maupun, proses pertama adalah scanning frekuensi dengan menghubungkan antena monopole dengan spectrum analyzer, konfigurasi perekaman data bisa dilihat pada gambar 4. Range frekuensi yang digunakan adalah MHz untuk frekuensi downlink Orbcomm sedangkan frekuensi uplink Orbcomm 148, ,895 MHz. Proses scanning ini bertujuan untuk mencari probabilitas interferensi pada frekuensi Orbcomm, proses probabilitas tersebut terdapat di flowchart 6. Setelah mendapatkan probabilitas kanal Orbcomm dilakukan kembali perekaman di 3 frekuensi. Tiga frekuensi yang diamati adalah frekuensi Orbcomm yang digunakan band amatir secara tidak tertib. Level daya interferensi pada frekuensi tersebut akan diamati selama 24 jam. Setelah scanning frekuensi pada frekuensi downlink dan uplink Orbcomm didapatkan kanal frekuensi padat untuk Surabaya adalah 148,195 MHz sedangkan pengambilan data di didapatkan kanal frekuensi padat adalah 148,265 MHz. Sedangkan kanal pada Dari hasil perekaman data pada frekuensi downlink didapatkan probabilitas interferensi yang nilainya tidak lebih besar dari 3% baik di Surabaya dan. Sehingga dapat dianalisa bahwa kanal frekuensi downlink Orbcomm kosong. Sehingga kanal frekuensi downlink tidak dianalisa nilai level daya interferensinya Análisis Pengukuran Tetap Frekuensi Uplink Orbcomm Metode analisis pengukuran frekuensi uplink dilakukan pada 2 lokasi yaitu lokasi Surabaya tepatnya di kampus ITS lab.401 dan, sebagai pembanding antara daerah urban dan rural. Frekuensi yang direkam MHz di Surabaya dan di pada frekuensi MHz dengan frekuensi bandwidth 10 KHz. Didapat 3 kanal yang akan di analisa level daya yang terinterferensi. Di Surabaya frekuensi MHz dan frekuensi MHz yang akan dianalisa karena memiliki nilai interferensi paling besar dibanding frekuensi lainnya. Sumber interferensi yang terukur berasal dari komunikasi suara radio pada frekuensi yang tidak tertib Perhitungan Noise Floor Proses analisa mendapatkan nilai noise floor Orbcomm dari hasil data perekaman yang berupa level daya dengan satuan dbm, dilinerkan menjadi milliwatt (mw) terlebih dahulu kemudian seluruh data tersebut dicari nilai rata-rata noise floornya. Nilai rata-rata noise floor yang masih dengan satuan mw kemudian diubah kembali dalam satuan dbm. Area Noise Floor(dBm) Surabaya Tabel 4 Nilai Noise Floor Perhitungan Sinyal Interference/Noise Perekaman dilakukan 24 jam yang berdasarkan waktu perekaman. Perekaman pagi hari dilaksanakan 4

5 pukul WIB, sedangkan pukul WIB adalah pengukuran siang hari dan perekaman malam pukul WIB. Sinyal interference/noise di kanal Orbcomm juga akan diplot berdasar waktu perekaman di pagi hari. Nilai histogram dari perekaman pagi hari terdapat pada gambar 9 dan 10 kemudian didapatkan nilai fungsi kepadatan probabilitas. Gambar 9 Histogram di Surabaya Gambar 10 Histogram di data Range I/N(dB) data Range I/N(dB) Tabel 5 Histogram Level Daya Interferensi di Surabaya data Range I/N(dB) data Range I/N(dB) Tabel 6 Histogram Level Daya Interferensi di di lebih banyak melakukan komunikasi, hal tersebut tampak dari pada level daya db yang memiliki fungsi kepadatan probabilitas hingga Analisis Pengukuran Mobile Frekuensi Uplink Orbcomm Pengukuran frekuensi uplink dilakukan pada 2 lokasi secara mobile yaitu di sekitar tempat pengukuran tetap seperti sekitar kampus ITS Surabaya, begitu pun saat di. Untuk mengetahui posisi pengukuran menggunakan bantuan Global Positioning System (GPS). Frekuensi yang direkam sama peperti saat pengukuran tetap. Sumber interferensi yang terukur berasal dari komunikasi suara radio yang tidak tertib Perhitungan Noise Floor Nilai noise floor didapat dari rata-rata seluruh nilai noise frekuensi uplink saat perekaman data mobile. Area Noise Floor (dbm) Surabaya Tabel 8 Nilai Noise Floor Mobile Perhitungan Sinyal Interference/Noise Perekaman dilakukan sekitar 15 menit yang mewakili waktu perekaman pagi, siang dan malam hari pada penrekaman tetap. Sinyal interference/noise di kanal Orbcomm juga akan diplot berdasar waktu perekaman di pagi hari. Plot dari Sinyal interference/noise terhadap waktu yang terekam pada pagi hari, bila dilihat dari nilai histogramnya terdapat pada gambar 15 dan 16. Gambar 11 PDF Sinyal Interference/Noise di Surabaya Gambar 12 PDF Sinyal Interference/Noise di Sinyal I/N (db) Surabaya Tabel 7 Probabilitas Kepadatan Sinyal interference/noise Pagi Dari fungsi kepadatan probabilitas diketahui bahwa level daya sebesar 0-10 db memiliki probabilitas kepadatan lebih tinggi, baik di Surabaya dan pada range tersebut terekam lebih banyak noise dibanding daya interferensinya. Sedangkan komunikasi radio amatir Gambar 13 Histogram Mobile di Surabaya Gambar 14 Histogram Mobile di data Range I/N(dB) data Range I/N(dB) Tabel 9 Histogram Sinyal interference/noise Mobile di Surabaya data Range data Range I/N(dB) I/N(dB) Tabel 10 Histogram Sinyal interference/noise Mobile di 5

6 Gambar 15 PDF Sinyal interference/noise di Surabaya Gambar 16 PDF Sinyal interference/noise di Sinyal interference/noise Surabaya (db) Tabel 7 Probabilitas Kepadatan Sinyal interference/noise Mobile Pagi Dari fungsi probabilitas kepadatan diketahui bahwa level daya yang memiliki probabilitas kepadatan lebih tinggi,sebesar 0-10 db baik di Surabaya dan. Saat pengukuran mobile noise yang terekam lebih banyak dibandingkan sumber interferensi yang berasal dari komunikasi radio yang tidak tertib. Sumber interferensi terbesar dari kendaraan bermotor saat pengukuran Analisa Perbandingan Sinyal interference/noise antara Daerah Urban (Surabaya) dan Daerah Rural () Sinyal interference/noise pada frekuensi uplink Orbcomm yang terukur pada malam hari lebih padat bila dibandingkan dengan hasil perekaman di pagi dan siang hari di. Tingginya interferensi banyak disebabkan intensitas komunikasi radio yang tidak tertib tinggi. Daya interferensi saat pengukuran mobile yang lebih tinggi dibanding saat pengukuran tetap disebabkan noise floor dari dari kondisi jalan saat perekaman frekuensi. Gambar 17 CDF Sinyal interference/noise Gambar 17 merupakan grafik fungsi distribusi kumulatif di pada pagi, siang dan malam hari tampak bahwa komunikasi radio yang tidak tertib di lebih sering terjadi dibanding di Surabaya sehingga daya interferensi di lebih tinggi. Sedangkan saat pengukuran mobile tampak bahwa noise yang terekam di Surabaya lebih besar dibanding di. 5. KESIMPULAN Berdasarkan pengukuran dan analisa data yang telah dilakukan, maka didapatkan beberapa kesimpulan di antaranya : 1. Kanal frekuensi downlink Orbcomm di daerah urban dan rural kosong. 2. Kanal terisi pada frekuensi uplink Orbcomm di Surabaya lebih banyak dibanding kanal terisi pada frekuensi uplink Orbcomm di. 3. Sumber interferensi pada pengukuran berasal dari komunikasi suara radio amatir yang liar. 4. Komunikasi radio amatir di lebih sering terjadi dibanding di Surabaya. 5. Saat pengukuran mobile terekam lebih banyak noise dari kendaraan disekitar pengukuran. Semakin dekat jarak kendaraan lain terhadap kendaran pengukuran maka noisenya semakin besar. 6. SARAN Beberapa hal yang dpat dijadikan saran dalam penelitian ini : 1. Dengan pengambilan data yang lebih terencana dan pengembangan lebih lanjut, analisa pada sistem ini dapat dimanfaatkan sebagai acuan saat Orbcomm beroperasi di Indonesia. 2. Apabila Orbcomm beroperasi di Indonesia diperlukan filter khusus untuk mengatasi tingginya noise floor saat subscriber mobile. DAFTAR PUSTAKA [1] Orbcomm System Overview, Orbcomm Global, L.P, [2] Peraturan Menteri Komunikasi dan Informatika, Keputusan Menteri Komunikasi dan Informatika no.29 tentang Penyempurnaan Tabel Alokasi Spektrum Frekuensi Radio Indonesia, Jakarta, 2009 [3] Don Davies, James Wrem, What are db, Noise floor, and Dynamic Range?, Prosig Signal Processing Tutorials, 2001 [4] Deddy Barnabas Lasfeto, Oky Dwi Nurhayati, Analisis Statistika Deskriptif Menggunakan Matlab, Yogyakarta, 2008 RIWAYAT PENULIS Rr.Arianti Rudy Putranti, lahir di Surabaya, 31 Desember Tahun 2008 penulis terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan Tekink elektro FTI ITS dengan nomor registrasi pokok dan menyelesaikan Tugas Akhir di bidang studi Teknik Telekomunikasi Multimedia. 6