Jurnal Teknik Elektro dan Komputer, Vol. 2, No. 2, Oktober 2014, 207-216 207 Pengukuran Karakteristik Propagasi Kanal HF Untuk Komunikasi Data Pada Band Maritim Wahyuni Khabzli Program Studi Teknik Elektronika Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau, Pekanbaru 28265 E-mail: ayu@pcr.ac.id Abstrak Radio Frekuensi Tinggi (HF Radio) digunakan secara luas untuk komunikasi jarak jauh. Komunikasi Radio HF yang maksimum dipengaruhi oleh banyak hal, antara lain oleh lokasi, frekuensi dan waktu pengiriman. Selain itu, juga dipengaruhi oleh gangguan ionosfer. Pengukuran karakteristik propagasi merupakan kegiatan dasar yang cukup penting untuk rancang bangun suatu sistem komunikasi. Pengukuran yang tepat tentang karakteristik propagasi dari komunikasi melalui kanal HF merupakan hal yang sangat penting sebagai acuan untuk penentuan seberapa besar pengaruh parameter-parameter tersebut sehingga dapat dirancang suatu sistem dengan performansi optimal. Pada tugas akhir ini akan dilakukan pengukuran terhadap parameter-parameter propagasi yang berpengaruh pada komunikasi radio HF, serta mengevaluasi parameter-parameter tersebut sehingga didapatkan karakteristik propagasi di lokasi pengukuran. Dari hasil pengukuran, diperoleh nilai tetapan propagasi (n) berkisar antara 2.80 3.16 untuk lokasi pengukuran link darat-darat di Surabaya dan 2.49 2.74 di Rembang, serta untuk pengukuran link darat-laut antara 5.55 7.2. Nilai standar deviasi (σ) untuk pengukuran di Surabaya berkisar antara 5.33 5.57 dan 3.31 4.22 di darat Rembang serta antara 1.59 1.70 untuk link darat-laut. Dari uji normalitas yang dilakukan, diperoleh hasil bahwa seluruh data terdistribusi lognormal. Kata kunci: Radio HF, Fading, Pathloss, Tetapan Propagasi, Standar Deviasi. Abstract High Frequency Radio (HF Radio) widely used for long distance communication. HF Radio communication in maximum condition was affected by many things, such as location, frequency and transmitting time. Beside that, it can also be affected by interference of ionosphere. Measurement of propagation characteristic is base activity that important to design a communication system. Measurement accuration of propagation characteristic from communication through HF channel is important reference to determine how big effect of that parameters until can be designed a system with optimum performance. In this final project will be done measurement of propagation parameters that affect in HF Radio communication and evaluate those parameters until propagation characteristic is gotten in measurement location. From measurement result, constant value of propagation (n) will be gotten in range 2.8 3.16 for land to land link measurement location in Surabaya and 2.49 2.74 in Rembang, also for land to sea link measurement between 5.55 7.2. Deviation Standard for measurement in Surabaya between 5.33 5.57 and 3.31 4.22 in Rembang land, and also 1.59 1.70 for land to sea link. The result of normality test that has been done is all data have lognormal distribution. Keywords: Radio HF, Fading, Pathloss, Tetapan Propagasi, Standar Deviasi. 1 Pendahuluan Frekuensi Radio yang ditransmisikan antara 3 dan 30 MHz, oleh ITU disebut dengan High Frequency (HF). Radio Frekuensi Tinggi (HF Radio) digunakan secara luas untuk komunikasi jarak jauh. Walaupun banyak alasan untuk menggunakan Radio Frekuensi Tinggi (HF Radio), namun sayangnya Radio Frekuensi Tinggi (HF Radio) juga mengalami banyak gangguan berupa noise dan interferensi. Komunikasi Radio Frekuensi Tinggi (HF Radio) yang maksimum dipengaruhi oleh banyak hal, antara lain oleh lokasi, frekuensi dan waktu pengiriman, atau dapat dipengaruhi oleh gabungan dari hal-hal tersebut. Selain itu, juga dipengaruhi oleh gangguan ionosfer yang tidak diharapkan.
208 Wahyuni Khabzli Umumnya daerah pelayanan dari komunikasi radio mencakup daerah yang diklasifikasikan sebagai daerah urban yang dipenuhi dengan gedung-gedung yang tinggi dengan segala kesibukan manusianya, kepadatan lalu lintas yang tinggi. Sebagai akibatnya sinyal yang dipancarkan dari stasiun dasar menyebabkan lintasannya menjadi tidak line of sight. Karena banyaknya gedung yang tinggi tersebut membuat gelombang radio mengalami pantulan, pembelokan dan pembiasan serta menimbulkan multipath fading karena sinyal yang diterima berasal dari lintasan ganda. Selain itu sinyal yang diterima juga dapat mengalami rugi-rugi karena pengapian kendaran bermotor, mesin-mesin pabrik, pepohonan dan interferensi dari gelombang radio yang berdekatan. Fading lintasan jamak sangat mempengaruhi unjuk kerja pengoperasian sistem komunikasi radio. Jika karakteristik propagasi di suatu daerah dapat dikarakterisasikan dengan baik maka gangguan dari lintasan jamak dapat dikurangi atau dihilangkan. Agar dapat mengetahui karakteristik propagasi dan pemodelannya pada suatu lokasi diperlukan metode pengukuran karakteristik propagasi. Permasalahan yang ada pada penelitian ini adalah bagaimana cara melakukan pengukuran terhadap parameter-parameter propagasi yang berpengaruh pada komunikasi radio HF, serta mengevaluasi parameter-parameter tersebut sehingga didapatkan karakteristik propagasi di suatu tempat yang kemudian berguna sebagai dasar perancangan suatu sistem dengan performansi optimal sebagai alternatif komunikasi yang handal tapi terjangkau. 2 Landasan Teori 2.1 Propagasi Gelombang Radio Kanal radio komunikasi memiliki sumbangan yang besar terhadap kinerja sistem. Hal ini dapat dibuktikan misalnya saja pada jalur transmisi antara pemancar dan penerima yang dapat berubah mendadak dari posisi semula yang sifatnya segaris pandang, menjadi sama sekali terhalang oleh konstruksi bangunan, bukit atau gunung-gunung serta daun-daun pepohonan. Tidak seperti pada kanal komunikasi bersaluran kawat yang bersifat stasioner dan dapat diramalkan atau ditentukan karakteristiknya, kanal radio bersifat acak dan tidak mudah untuk dianalisis. Bahkan dampak dari gerak yang cepat dapat membuat taraf sinyal melemah (memudar atau mengalun) yang didalam istilah asingnya disebut fading. Konsep Dasar Propagasi Gelombang Radio[1] Mekanisme peristiwa dibalik propagasi (perambatan) gelombang elektromagnetik bermacam-macam, tetapi secara umum dapat dikategorikan menjadi empat, yakni pantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), difraksi dan pemencaran (scattering). a. Refleksi (Pemantulan) Refleksi terjadi apabila gelombang elektromagnetik berpropagasi mengenai dasar sebuah objek yang memiliki panjang gelombang sangat besar dibandingkan dengan panjang gelombang dari gelombang yang berpropagasi itu sendiri. Berikut adalah gambar ilustrasi terjadinya mekanisme refleksi :
Pengukuran Karakteristik Propagasi Kanal HF Untuk Komunikasi Data... 209 b. Refraksi (Pembiasan) Gambar 1 Refleksi Refraksi merupakan proses pemencaran atau pembelokan gelombang elektromagnetik. Refraksi terjadi jika gelombang merambat dari suatu medium ke medium lain yang memiliki perbedaan kerapatan. Ilustrasi terjadinya refraksi seperti terlihat pada gambar di bawah ini : c. Difraksi Gambar 2 Refraksi Fenomena difraksi secara umum adalah pergerakan gelombang yang dekat dengan permukaan bumi, yang cenderung mengikuti pola kelengkungan permukaan bumi. Difraksi terjadi ketika jalur komunikasi radio antara pemancar dan penerima terhalang oleh permukaan benda yang memiliki ketidakteraturan yang tajam (dalam hal tepi-tepi permukaannya). Terjadinya fenomena difraksi seperti terlihat pada gambar 3. d. Scattering (Penghamburan) Scattering terjadi dikarenakan saat perambatan sinyal terhalang oleh media yang mempunyai ukuran dimensi relatif lebih kecil bila dibandingkan dengan panjang gelombang yang dikirim dari pemancar. Scattering dihasilkan oleh permukaan yang kasar, objek yang berukuran kecil serta benda-benda lainnya. Gambar 3 Difraksi
210 Wahyuni Khabzli 2.2 Karakteristik Propagasi Gelombang Radio Fluktuasi Daya di Penerima (Fading) Fading adalah variasi/fluktuasi phase, polarisasi dan atau level daya terima/rsl sebagai fungsi waktu. Umumnya fading disebabkan oleh pengaruh mekanisme propagasi terhadap gelombang radio, berupa refleksi, refraksi, difraksi, hamburan, atenuasi, dan ducting. Adanya interferensi atau superposisi gelombang multipath yang memiliki amplitude dan fasa yang berbeda-beda, pergerakan user menyebabkan variasi sinyal dalam domain waktu, delay spread menyebabkan variasi sinyal dalam domain waktu serta kondisi-kondisi angkasa seperti hujan juga dapat menyebabkan terjadinya fading. Fading dikategorikan menjadi dua, yaitu: large scale fading dan small scale fading. Large Scale Fading diestimasi dari analisis redaman propagasi. Dimana Large Scale Fading disebabkan karena akibat keberadaan obyek-obyek pemantul serta penghalang pada kanal propagasi serta pengaruh kontur bumi, menghasilkan perubahan sinyal dalam hal energi, fasa, serta delay waktu yang bersifat random. Sesuai namanya, large scale fading memberikan representasi rata-rata daya sinyal terima dalam suatu daerah yang luas. Statistik dari large scale fading memberikan cara perhitungan untuk estimasi Pathloss sebagai fungsi. Sedangkan Small Scale Fading disebabkan karena keadaan kanal propagasi yang bersifat dispersive dan sifat perubahannya terhadap waktu karena pergerakan user. 2.3 Rugi-Rugi Lintasan (Path Los) / Redaman Propagasi Redaman propagasi merupakan selisih antara daya yang dipancarkan dengan daya yang diterima. Redaman propagasi pada komunikasi radio mobile, semata-mata disebabkan karena pengaruh permukaan bumi dan adanya scattering pada lingkungan radio mobile[2]. Besarnya redaman propagasi dipengaruhi oleh: 1. Frekuensi kerja 2. Jarak antara pemancar dan penerima 3. Keadaan medium transmisi termasuk yang mempengaruhinya 4. Objek yang dapat menghalangi lintasan perambatan gelombang Redaman (Pathloss) diekspresikan sebagai fungsi jarak dengan menggunakan tetapan redaman propagasi (n). Secara umum path loss dirumuskan [3]: d PL ( db) PL( d 0 ) 10nlog (2.1) d0 Dimana : PL (db) = Pathloss rata-rata n = Tetapan redaman propagasi d = Jarak antar pemancar dan penerima = jarak referensi d 0 Tetapan redaman propagasi dari berbagai tipe lingkungan yang didapat dari beberapa penelitian dapat dilihat dalam tabel 1.
Pengukuran Karakteristik Propagasi Kanal HF Untuk Komunikasi Data... 211 Tabel 1 Tetapan Redaman Propagasi untuk Berbagai Lingkungan Tipe Lingkungan n Free Space 2 Urban area celluler radio 2.7 to 3.5 Shadowed urban area celluler radio 3 to 5 In building line of sight 1.6 to 1.8 Obstructed in building 4 to 6 Obstructed in factories 2 to 3 3 Pengukuran Karakteristik Propagasi 3.1 Parameter Pengambilan Data Ada beberapa parameter propagasi yang mempengaruhi komunikasi pada band HF, antara lain : fluktuasi daya di penerima (Fading), redaman propagasi, jarak dan nilai frekuensi. 3.1.1 Flutuasi daya di penerima (Fading) Pengukuran untuk penentuan fluktuasi daya di penerima, dilakukan dengan mengukur nilai daya yang diterima di penerima terhadap fungsi waktu dan jarak. Hal ini dimaksudkan untuk melihat hubungan waktu serta perubahan jarak pemancar terhadap nilai daya yang diterima di penerima. 3.1.2 Redaman Propagasi Parameter lain yang akan diukur adalah redaman propagasi, dimana akan dilakukan pengukuran terhadap nilai daya pancar pada pemancar serta pengukuran daya yang diterima pada penerima. Nilai redaman dapat dihitung dengan menggunakan rumus : L = Pt Pr (3. 1) Dimana : L : Redaman Pt : Daya Pancar (di pemancar) Pr : Daya Terima (di penerima) Pengukuran nilai daya terima pada penerima dilakukan terhadap fungsi jarak, dimana hal ini bertujuan untuk melihat pengaruh jarak terhadap nilai redaman yang terjadi. 3.1.3 Jarak Untuk parameter jarak, nilai jarak diukur untuk tiap waktu pergerakan pemancar seiring dengan pengukuran nilai daya pada penerima. 3.1.4 Frekuensi Parameter selanjutnya adalah frekuensi. Nilai frekuensi yang digunakan untuk pengukuran yang dilakukan adalah nilai frekuensi pada band maritim sesuai dengan yang diatur pada KM No. 5 tahun 2001 tentang penyempurnaan tabel alokasi spektrum frekuensi radio indonesia.
212 Wahyuni Khabzli Nilai frekuensi tersebut antara lain [4]: 1. 3.2 3.23 MHz 2. 6.2 6.525 MHz 3. 8.195 8.815 MHz 4. 18.78 18.9 MHz 5. 19.68 19.8 MHz 6. 22 22.855 MHz 7. 25.07 25.21 MHz Pada penelitian ini, pemilihan nilai frekuensi yang digunakan adalah frekuensi kosong dimana pada saat dilakukan pengukuran, frekuensi tersebut tidak sedang digunakan oleh siapapun. Jadi diharapkan nilai daya yang terukur di penerima benar-benar berasal dari pemancar pasangannya, bukan dari pemancar lain. Hal ini dilakukan untuk mengurangi bahkan meniadakan pengaruh interferensi pada sistem pengukuran. 3.2 Perancangan Sistem Pengukuran Ada beberapa hal yang yang perlu dipersiapkan sebelum melakukan pengukuran, diantaranya : penentuan konfigurasi sistem pengukuran, penentuan peralatan yang digunakan serta pembuatan software yang diperlukan. Proses pengukuran karakteristik propagasi kanal HF akan dilakukan dengan konfigurasi peralatan sebagai berikut : Gambar 4 Konfigurasi Rangkaian Pengukuran 3.3 Penentuan Lokasi Pengukuran Pengukuran dilakukan untuk dua link komunikasi berbeda, yaitu link darat-darat dan link darat-laut dengan lokasi yang juga berbeda. 1. Pengukuran untuk komunikasi link darat-darat dilakukan di daerah Rembang, Jawa Tengah dengan kondisi, yaitu : Pemancar diletakkan di sebuah mobil yang bergerak dengan kecepatan rendah dan konstan. Penerima dan Spektrum Analyzer diletakkan di sebuah ruangan, di pesisir pantai. 2. Pengukuran karakteristik propagasi untuk link darat-laut dilakukan di daerah Rembang, Jawa Tengah dengan ketentuan sebagai berikut : Pemancar diletakkan di sebuah kapal nelayan (bergerak). Penerima dan Spektrum Analyzer diletakkan di sebuah ruangan, di pesisir pantai. 3.4 Penentuan Waktu Pengukuran Pengukuran yang dilakukan ditiap lokasi pengukuran, dilakukan ditiga waktu berbeda, antara lain : pagi, siang (sore) dan malam.
Pengukuran Karakteristik Propagasi Kanal HF Untuk Komunikasi Data... 213 3.5 Penentuan Durasi Pengukuran Lamanya durasi untuk satu kali pengukuran adalah 1 jam. Tetapi jika sinyal tidak lagi diterima di penerima, maka proses pengukuran dihentikan secara manual. 4 Hasil dan Analisa 4.1 Pengukuran Link Darat-Darat Pengukuran pagi hari Berikut adalah grafik redaman untuk pengukuran link darat-darat di pesisir pantai : Gambar 5 Grafik Redaman Link Darat-darat Pagi Hari Untuk mengetahui nilai tetapan redaman pada lingkungan pengukuran untuk waktu pengukuran pagi hari, dilakukan dengan menggambarkan hubungan antara level daya terima dengan logaritma jarak. Selanjutnya akan diperoleh konstanta atau tetapan redaman. Untuk pengukuran ini diperoleh konstanta redaman 2.6498 serta koefisien korelasi antara jarak dan redaman sebesar 0.8786. Pengukuran siang hari Nilai redaman yang terjadi pada pengukuran kali ini terlihat pada gambar 6. Untuk pengukuran ini diperoleh konstanta redaman 2.7353 serta koefisien korelasi antara jarak dan redaman sebesar 0.9301.
214 Wahyuni Khabzli Pengukuran malam hari Gambar 6 Grafik Redaman Link Darat-darat Siang Hari Berikut adalah grafik hubungan redaman dan jarak antara pemancar dan penerima : Gambar 7 Grafik Redaman Link Darat-darat Malam Hari Untuk pengukuran ini diperoleh konstanta redaman 2.4946 serta koefisien korelasi antara jarak dan redaman sebesar 0.89. 4.2 Pengukuran Link Darat-Laut Pengukuran pagi hari Grafik hubungan jarak dan redaman untuk pengukuran link darat-laut pada pagi hari dapat dilihat pada gambar 8.
Pengukuran Karakteristik Propagasi Kanal HF Untuk Komunikasi Data... 215 Gambar 8 Grafik Redaman Link Darat-Laut Pagi Hari Untuk pengukuran ini diperoleh konstanta redaman 7.2381 serta koefisien korelasi antara jarak dan redaman sebesar 0.9879. Pengukuran sore hari Gambar 9 Grafik Redaman Link Darat-Laut Sore Hari Untuk pengukuran ini dapat dilihat pada gambar 9 dengan hasil diperoleh konstanta redaman 5.5515 serta koefisien korelasi antara jarak dan redaman sebesar 0.9862.
216 Wahyuni Khabzli 4.3 Analisa Data Dari semua pengukuran yang dilakukan, diperoleh hasil seperti pada tabel 2. Tabel 2 Parameter Pathloss Hasil Pengukuran Lokasi / Waktu Pengukuran Tetapan Propagasi (n) Koefisien Korelasi (ρ) a. Link Darat-Darat Pagi 2,6498 0,8786 Siang 2,7353 0,9301 Malam 2,4946 0,8900 b. Link Darat-Laut Pagi 7,2381 0,9879 Sore 5,5515 0,9862 Dari tabel terlihat bahwa untuk pengukuran link darat-darat diperoleh tetapan propagasi berkisar antara 2.49-2.74 dengan nilai koefisien korelasi antara jarak dan redaman yang cukup besar yaitu antara 0.87-0,93. Jika dibanding denga pengukuran link darat-darat, tetapan propagasi yang diperoleh pada pengukuran link darat-laut jauh lebih besar, yaitu berkisar antara 5.55-7.2. Besarnya nilai tersebut disebabkan karena propagasi yang terjadi di laut dengan pantulan pada permukaan air yang sangat besar. Banyaknya sinyal yang mengalami pantulan menyebabkan besarnya nilai redaman yang terjadi.koefisien korelasi pengukuran link darat-laut juga menunjukkan nilai yang lebih besar jika dibandingkan pengukuran darat-darat yaitu 0.98. 5 Kesimpulan Dari hasil yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa tetapan propagasi terbesar terjadi pada pengukuran link darat-laut yaitu antara 5.55-7.2 dengan koefisien korelasi 0.98. 6 Daftar Pustaka [1] Veberdiantoni, Analisa Power Delay Profile Dalam Ruang Untuk Sistem Siso. Tugas Akhir Jur. Elektro ITS, 2007. Hal. 8 [2] C. Y. Lee, William, Mobile Communications Engineering, Mc Graw-Hill Book Company. pp.21. [3] T. S. Rappaport, Wireless Communication Principle and Practice, IEEE Press, 1996. pp. 102. [4] KM No. 5 tahun 2001, Penyempurnaan Tabel Alokasi Spektrum Frekuensi Radio Indonesia. [5] C. Y. Lee, William, Mobile Communications Design Fundamentals, John Wiley & Son INC, 1993. [6] H. Gamantyo, Characterization of 29.5 GHz Broadband Indoor Radio Channels Using Steerable Receive Antenna, M. Eng Thesis, Department of System and Computer Engineering, Carleton University, 1997, pp-19 [7] ITU-R, 1994, Calculation Of Free Space Attenuation. [8] National telecommunication and Information (NTIA), High Frequency Radio Automatic Link Establishment (ALE) Application Handbook, Annex 3.pdf. p.1