BAB II PROPAGASI GELOMBANG RADIO DALAM PERENCANAAN JARINGAN SISTEM SELULAR 2.1 Propagasi Gelombang Radio Propagasi gelombang radio merupakan sesuatu yang penting untuk mengetahui dan mengerti rintangan dan gangguan dalam lingkungan radio bergerak. Pengetahuan terhadap propagasi gelombang radio juga sangat penting dalam perencanaan dan pengoperasian komunikasi dengan gelombang radio agar komunikasi dapat berjalan dengan lancar. 2.1.1 Lintasan Gelombang Dalam komunikasi dengan menggunakan gelombang radio, informasi dikirimkan dari pemancar dan diterima oleh penerima dengan mengikuti aturan sebagai berikut (Campbell, 00): 1. Pemancar membangkitkan sinyal frekuensi radio ke medium propagasi 2. Gelombang radio menjalar melalui mediumnya dan dipengaruhi oleh mekanisme propagasi seperti difraksi, refraksi, refleksi dan scattering. Sinyal gelombang radio dapat menjalar sebagai gelombang tanah (ground waves), gelombang troposfer, gelombang ionosfer atau gabungan dari hal diatas. 3. Gelombang radio yang dikirim akan dideteksi oleh penerima. Gelombang radio dipancarkan dari pemancarnya dalam kecepatan yang hampir mencapai kecepatan cahaya. Propagasi dari gelombang radio ditentukan terutama oleh medium penjalaran gelombang tersebut. Lintasan gelombang radio yang dipancarkan akan merupakan salah satu atau gabungan dari hal berikut yaitu: 1. Propagasi ruang bebas Gelombang radio tidak dipengaruhi oleh bumi atau atmosfer. Propagasi ruang bebas sangat jarang dan hanya akan terjadi apabila pemancar dan penerima tidak di 7
pengaruhi oleh permukaan bumi atau objek yang dapat menyebabkan refleksi dan terjadinya penyerapan termasuk oleh pemancar dan penerima itu sendiri. Gambar 2.1. Gelombang langsung & pantulan tanah (Gustran, 05) 2. Gelombang tanah Gelombang tanah adalah radiasi yang dipengaruhi oleh permukaan bumi dan objek yang berada di permukaan bumi. Gelombang tanah menjalar dengan dipengaruhi oleh objek yang dapat menyebabkan terjadinya penyerapan gelombang seperti bangunan, vegetasi, bukit, gunung dan beberapa objek yang tidak beraturan yang terdapat pada permukaan bumi. Gambar 2.2. Gelombang permukaan tanah (Gustran, 05) 8
3. Gelombang troposfer Gelombang troposfer adalah radiasi gelombang yang tetap terjaga dekat dari permukaan bumi yang disebabkan oleh adanya pembelokan pada atmosfer bawah. Jumlah pembengkokan gelombang akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya frekuensi gelombang. Pada propagasi VHF dan UHF (yang digunakan dalam komunikasi selular), gelombang troposfer merupakan suatu hambatan yang akan menyebabkan interferensi dan kekurangan daya dari gelombang itu sendiri. Secara umum gelombang troposfer merupakan hasil dari penyerapan gelombang radio oleh bangunan, vegetasi, bukit dan gunung. 4. Gelombang ionosfer Gelombang ionosfer berasal dari gelombang radio yang mempunyai sudut vertikal. Dengan pantulan yang berturut-turut dari permukaan bumi dan ionosfer maka komunikasi dapat terjadi pada jarak yang sangat jauh. Gambar 2.3. Gelombang ionosfer (Gustran, 05) 2.1.2 Mekanisme Propagasi Gelombang Radio dan pengaruhnya Mekanisme propagasi (perambatan) gelombang elektromagnetik bermacammacam, namun secara umum dapat dikategorikan terjadi tiga, yaitu pantulan (refleksi), difraksi dan pemencaran (scattering). Akan dibahas satu persatu mekanisme propagasi gelombang tersebut: 9
1. Refleksi Refleksi adalah gejala pantulan gelombang yang disebabkan oleh berbagai benda yang dimensi permukaan benda lebih besar dari panjang gelombang. 2. Difraksi Fenomena difraksi secara umum adalah pergerakan gelombang yang dekat dengan permukaan bumi, yang cenderung mengikuti pola kelengkungan permukaan bumi. Difraksi merupakan gejala pembelokan gelombang yang disebabkan oleh berbagai benda yang mempunyai bentuk sisi tidak teratur dan berdimensi jauh lebih besar dari panjang gelombang. 3. Scattering Scattering adalah gejala hamburan gelombang ke segala arah yang disebabkan oleh benda atau objek yang sama besar atau lebih kecil dari panjang gelombang. Gelombang-gelombang yang terpencar dihasilkan oleh permukaan-permukaan yang kasar atau objek lain yang menyebabkan ketidakteraturan dalam hal jalur lintasan gelombang. Di dalam praktiknya, daun-daun, pepohonan, tanda-tanda petunjuk jalan raya, dan lampu rambu lalu lintas pun menyebabkan terjadinya pemancaran gelombang. Gambar 2.4. Difraksi, Refleksi, Scattering (Kurniawan, 07) Mekanisme propagasi gelombang radio pada akhirnya akan mempengaruhi penerimaan sinyal gelombang radio oleh penerima atau mobile station (MS). 10
Pengaruh akibat adanya mekanisme propagasi gelombang tersebut adalah sebagai berikut: 1. Fading Fading adalah gangguan yang disebabkan oleh adanya propagasi gelombang radio terutama refleksi atau pantulan gelombang. Hal ini disebabkan karena dengan adanya pantulan gelombang maka akan menyebabkan multipath sehingga sinyal dari gelombang radio akan menempuh lebih dari satu lintasan sebelum sampai ke penerima. Fading ini dirasakan sebagai timbul tenggelamnya suara yang terdengar oleh penerima. 2. Delay Spread / Tme Dispersion Multipath yang terjadi karena adanya pantulan gelombang juga akan menyebabkan delay spread atau time dispersion. Delay spread atau time dispersion ini adalah gejala penerimaan sinyal gelombang radio dengan lintasan yang berbedabeda oleh penerima. Hal tersebut akan menyebabkan waktu kedatangan sinyal tidak sama karena panjang lintasan tersebut berbeda satu sama lain, yang mengakibatkan sinyal berupa pulsa tunggal yang dipancarkan pada penerima akan tersebar dalam sumbu waktu. Selain mekanisme propagasi gelombang radio yang pada akhirnya akan mempengaruhi penerimaan sinyal oleh MS maka terdapat beberapa hal lainnya yang juga dapat memebatasi penerimaan pada MS yaitu (Banani, 1994): 1. Interferensi Dalam sistem komunikasi selular, masing-masing pemancar/penerima tidak hanya dipengaruhi oleh karakteristik dari daerah sekitarnya, tetapi juga oleh sinyal yang secara simultan dihasilkan oleh sejumlah pemancar disekitarnya. Pengulangan frekuensi pada sistem selular menyebabkan adanya interferensi (co-channel interference), yaitu interferensi antara sel yang menggunakan frekuensi yang sama. Sehingga ada kemungkinan sinyal yang diterima penerima juga berasal dari base station (BS) lain yang mempunyai frekuensi yang sama dengan base station di pusat sel dimana penerima berada. 11
2. Derau Sinyal radio yang dipancarkan dari base station ke MS akan mengalami gangguan derau. Sumber-sumber derau yang dapat mempengaruhi sinyal radio tersebut adalah: Derau alami yaitu derau termal, derau atmosfer, derau galaktik, dan derau matahari. Derau Buatan Manusia yaitu derau dari fasilitas pembangkit listrik, perlengkapan industri, sistem penerangan, dan derau dari mesin-mesin kendaraan bermotor/otomotif. 3. Doppler Shift Doppler Shift merupakan perubahan frekuensi atau pergeseran frekuensi radio yang disebabkan oleh gerakan MS. Pergeseran frekuensi ini tergantung pada kecepatan dan arah gerak MS yang akan menyebabkan modulasi frekuensi acak pada sinyal radio bergerak. Pergeseran Doppler dipengaruhi propagasi lintasan jamak yang dapat memberikan pergeseran positif atau negatif pada saat yang sama untuk lintasan yang berbeda. Pada saat MS bergerak relatif terhadap BS, MS merasakan bergesernya frekuensi yang diterima dari frekuensi pemancar. 2.1.3 Pengaruh Variasi Topografi terhadap Propagasi Mekanisme dari propagasi gelombang radio dan gangguan yang mempengaruhi penerimaan sinyal dapat disebabkan oleh kondisi topografi yang berbeda-beda. Hal inilah yang nantinya akan menyebabkan terjadinya refleksi, scattering, difraksi dan lain-lain. Gambar 2.5. Keadaan topografi di sekitar pemancar (Li Qing, 05) 12
Gambar diatas memperlihatkan bahwa kuat sinyal yang diterima tergantung dari keadaan topografi setiap daerah. Untuk lokasi 1, sinyal yang diterima tidak terganggu oleh keadaan topografi. Pada lokasi 2, sinyal yang diterima pengguna berasal dari dua sumber yaitu langsung dari pemancar dan pantulan gelombang tanah. Lokasi 3, kuat sinyal yang diterima pengguna tidak sama dengan yang dipancarkan karena terhalang pohon. Lokasi 4, sinyal yang dipancarkan akan diterima pengguna setelah mengalami difraksi. Untuk lokasi 5, kuat sinyal yang diterima pengguna akan sangat kecil atau mungkin tidak sama sekali karena sinyal tersebut telah dipengaruhi oleh multiple difraksi (Li Qing, 05). Dengan adanya pengaruh dari variasi topografi maka tipe propagasi dibagi menjadi dua yaitu: 1. Line Of Sight (LOS) Line Of Sight adalah keadaan dimana antara pemancar dan penerima saling terlihat, tidak terhalang oleh apapun. Antara pemancar dan penerima berada pada satu garis lurus. Gambar 2.6. Fresnel Zone (Wikipedia, 07) Sebagai penjelasan sederhana, zona Fresnel merupakan area di sekitar line ofsight visual yang disebarkan/dipancarkan oleh gelombang radio sampai setelah gelombang radio tersebut meninggalkan antenna transmisi (gambar). Di area ini harus jelas/bersih/tidak ada objek apapun atau kekuatan sinyalnya akan melemah. Zona Fresnel bisa disederhanakan menggunakan ellipsoid yang mengindikasikan Radio Line of Sight dari pemancar ke receiver. 13
2. Non Line Of Sight (NLOS) Non Line Of Sight adalah keadaan dimana antara pemancar dan penerima sinyal terdapat gangguan pada fresnel zone yaitu berupa objek fisik. Gambar 2.7. Non Line Of Sight (wikipedia, 07) 2.2 Model Propagasi Mekanisme perambatan gelombang elektromagnetik secara umum sangat dipengaruhi oleh efek pantulan(reflection), difraksi, dan hamburan(scattering). Model propagasi merupakan cara untuk memprediksi daya sinyal rata-rata. Alasan diperlukannya model propagasi yaitu (Brian, 2006) : 1. komunikasi bergerak dirancang agar dapat mengatasi multipath 2. gelombang radio dipengaruhi oleh scattering, difraksi dan attenuation 3. model propagasi dapat menghitung path loss antara pemancar dan penerima 4. diperlukan untuk menghitung power budgets dan sistem keseimbangan 5. model digunakan untuk optimisasi perencanaan jaringan sistem selular Pada sistem transmisi radio komunikasi bergerak daerah yang dilayani biasanya berupa daerah yang tidak teratur permukaannya. Karena itu diperlukan perhitungan yang cukup rumit untuk memperkirakan redaman lintasannya. Model propagasi yang akan dikemukakan di bawah ini layak untuk memperkirakan redaman lintasan sepanjang permukaan daerah yang tidak teratur. 14
Model propagasi dapat dibagi menjadi dua yaitu model teoritis dan model empiris. Dalam tugas akhir ini model yang digunakan adalah model empiris. Terdapat berbagai macam model propagasi empiris tetapi yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah Model COST 231-Hata. 2.3 Perencanaan Jaringan Sistem Selular Secara umum tahapan-tahapan yang dilakukan dalam melakukan perencanaan jaringan sistem selular adalah (Banani, 1994) : 1. Inventarisasi data Melakukan inventarisasi terhadap data yang dibutuhkan seperti peta yang dibutuhkan, dan melakukan asumsi dasar yaitu sistem teknologi yang digunakan, pelanggan (kapasitas), dan traffik. 2. Perencanaan dan penghitungan traffik/kanal Melakukan penghitungan traffik dasar yang meliputi total offered traffik sistem, distribusi traffik dalam daerah pelayanan, dan kapasitas traffik dalam Erl/km 2. perhitungan dilakukan dengan didasarkan pada data pemasaran yaitu perkiraan jumlah pelanggan, perkiraan distribusi pelanggan pada daerah pelayanan. 3. Perencanaan dan penghitungan cakupan (coverage) Penghitungan cakupan meliputi penentuan tipe site, penentuan tipe dan kelas antena/pemancar, penghitungan kesetimbangan daya, menghitung radio link/path loss, menghitung radius dan luas peliputan oleh satu sel, menghitung jumlah sel tiap BTS minimum yang diperlukan untuk meliputi semua daerah. Penghitungan dilakukan dengan didasari pada peta, data teknis BTS, data teknis MS. 4. Penghitungan traffik/kanal tersedia berdasarkan tipe daerah tertentu Penghitungan meliputi traffik tiap sel dan traffik tiap site, jumlah kanal RF yang diperlukan untuk memenuhi traffik di atas, apakah perlu pengulangan frekuensi dan pengalokasian kanal pada setiap sel. Penghitungan didasarkan pada data kanal RF yang tersedia. 15
5. Verifikasi Verifikasi terhadap hasil yang diperoleh, hasil tersebut antara lain jumlah sel yang diperlukan pada masing-masing daerah, penempatan site pada daerah pelayanan, jumlah kanal RF yang diperlukan dan peta pengalokasian kanal pada setiap sel. Verifikasi yang dilakukan adalah meliputi mempelajari lebih lanjut peta yang tersedia, memeriksa kemungkinan lokasi site, mengadakan perubahan lokasi site jika diperlukan, menentukan letak batas setiap sel dengan melakukan penghitungan titik demi titik pada daerah sekitar batas sel, mengatur kembali luas peliputan setiap sel dengan pengaturan parameter base station dan pengaturan kembali pengalokasian kanal bila diperlukan, dan memonitor perkembangan sistem untuk kemungkinan realokasi kanal. Perencanaan jaringan sistem selular merupakan bagian yang sangat penting dalam penerapan teknologi komunikasi selular. Dalam perencanaan jaringan sistem selular harus mengikuti tahapan-tahapan dengan mempertimbangkan beberapa faktor yang berkaitan dengan hal tersebut seperti salah satu yang sangat penting adalah perencanaan dan penghitungan cakupan yang meliputi prediksi kuat sinyal yang diterima dengan menggunakan model prediksi redaman propagasi yang didasarkan kepada informasi mengenai kondisi geografis daerah seperti kontur permukaan bumi, penggunaan lahan, bangunan, kepadatan penduduk, kepadatan jalan dan informasi tambahan lainnya. Oleh sebab itu dalam melakukan prediksi redaman propagasi maka dilakukan klasifikasi daerah, contohnya yaitu (Iqbal, 02): 1. Daerah Rural, yaitu daerah alam terbuka dimana jumlah bangunan yang terdapat di daerah tersebut sedikit sekali dan jarang, yang biasa ditemukan pada daerah pedesaan/perkampungan sehingga biasa juga disebut daerah rural. Daerah rural ini dibagi lagi menjadi dua yaitu quasi open area dan open area. Daerah quasi open ini identik dengan daerah sub urban di US, yaitu tipe daerah dengan rumah-rumah yang mempunyai pekarangan yang luas seperti ranch. 16
2. Daerah pinggiran kota atau kota kecil (sub-urban) yaitu daerah yang mempunyai rumah-rumah yang tidak begitu padat, sehingga jarak antar bangunan tidak terlalu dekat dan bangunan yang ada mempunyai lebar sekitar 18-30 m dan tinggi 12-20 m. 3. Daerah perkotaan (urban) yaitu daerah yang ditandai dengan bangunanbangunan yang tinggi dan rapat (padat) sehingga banyak ditemukan gedunggedung yang besar dan tinggi. 2.4 SIG Dalam Perencanaan Jaringan Selular Berikut ini beberapa definisi dari SIG : Sistem Informasi Geografis adalah kumpulan yang terorganisir dari perangkat keras komputer, perangkat lunak, data geografik dan personil yang didesain untuk memperoleh, menyimpan, memperbaiki, memanipulasi, menganalisis dan menampilkan semua bentuk informasi yang bereferensi geografis (Understanding GIS, ESRI, 1990) Sistem Informasi Geografis adalah suatu sistem berbasis komputer yang dapat menyimpan dan memanipulasi informasi geografis (Aronoff, 1989) Dalam aplikasi untuk perencanaan jaringan komunikasi bergerak selular maka SIG dapat digunakan sebagai sarana yang andal dalam analisis optimisasi model propagasi yang digunakan untuk suatu land cover tertentu, mengingat kemampuan dari SIG tersebut yang mampu melakukan analisis spasial. Hal tersebut dikarenakan dalam melakukan perencanaan jaringan sistem selular maka harus melakukan prediksi redaman propagasi terhadap sinyal yang dipancarkan oleh BTS, dimana redaman propagasi tersebut terkait dengan mekanisme propagasi gelombang yang diakibatkan oleh kondisi geografis lingkungan dimana terjadinya propagasi gelombang tersebut. 17
Dengan teknologi SIG maka kondisi-kondisi fisik atau geografis yang mempunyai pengaruh dalam melakukan perhitungan prediksi redaman propagasi dapat dikumpulkan dan di lakukan pengolahan dan analisis sehingga perencanaan jaringan sistem komunikasi bergerak selular dapat dilakukan secara optimal. Hal ini diharapkan dapat memberikan pelayanan yang lebih baik kepada pengguna. 18