STUDI PERENCANAAN JARINGAN SELULER INDOOR Silpina Abmi Siregar, Maksum Pinem Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: mie_moslem88@yahoo.co.id Abstrak Sistem Jaringan seluler indoor sudah menjadi suatu kebutuhan mutlak di area tertutup berupa gedung. Ketika cakupan sinyal yang dipancarkan BTS makro lemah untuk masuk dalam gedung maka perencanaan sistem jaringan seluler indoor merupakan solusi yang baik. Paper ini membahas tentang perhitungan parameter Link Budget pada jaringan seluler indoor. Dalam pelaksanaannya perhitungan ini menggunakan kelima antena indoor yaitu LD1, LD2, LD3, LD4, dan LD5 dengan jarak masing-masing antena 10 meter. Berdasarkan perhitungan link budget; EIRP, FSL, dan RSL, maka diperoleh hasil bahwa antena yang terbaik secara drive test, perencanaan, dan perhitungan adalah antena LD5 dengan RSL -62 dbm (drive test); RSL -109,6298 dbm dan FSL -27,4217 db (perhitungan) ; RSL -131,7081 dbm dan FSL -87,9217 db (secara perencanaan). Sedangkan antena yang terburuk kualitas sinyalnya baik secara drive test, perhitungan, maupun perencanaan adalah antena LD1 dengan nilai RSL -40 dbm (drive test), FSL -9,5783 db dan RSL -56,3645 dbm (perhitungan), FSL -4,5783 db dan RSL -51,3647 dbm (perencanaan). Kata Kunci: Indoor Network, Drive Test, Coverage Building 1. Pendahuluan Gedung-gedung perkantoran, pusat perbelanjaan, rumah sakit dan tempat parkir di basement yang memiliki area yang luas dan memiliki desain interior bangunan yang tertutup, mengakibatkan sinyal dari BTS terdekat tidak dapat menembusnya. Hal ini berakibat pada pengguna telepon seluler yang berada di gedung tersebut sering tidak terlayani karena tidak mendapat sinyal. Sedangkan kecenderungan orang yang sering menghabiskan waktunya di dalam ruangan daripada di luar ruangan, memaksa operator seluler untuk meningkatkan pelayanan kepada pelanggan yang berada di dalam ruangan. Untuk memperbaiki kualitas sinyal di dalam gedung tersebut, perlu dibangun jaringan seluler indoor yang disebut In building coverage system, yaitu suatu sistem dengan perangkat pemancar dan penerima yang dipasang di dalam gedung dan bertujuan untuk melayani kebutuhan telekomunikasi baik kualitas sinyal, cakupan (coverage) maupun kapasitas trafiknya. Drive test digunakan untuk mengecek kekuatan sinyal, daya terima, tingkat kegagalan akses (originating dan terminating), tingkat panggilan yang gagal (drop call) yang dipancarkan oleh BTS ataupun antena indoor. Kegiatan drive test harus dilakukan secara berkala dan berkesinambungan untuk menjamin kualitas jaringan yang baik, yang pada akhirnya demi untuk kepuasan pelanggan dalam berkomunikasi[1]. -105- copyright @ DTE FT USU
2. Sistem Komunikasi Seluler Indoor Komunikasi jaringan indoor merupakan suatu sistem yang diterapkan dalam gedung untuk mendukung sistem luar gedung (makrosel dan mikrosel outdoor) dalam memenuhi layanan seluler dan wireless. Perencanaan sel dalam gedung (Indoor coverage) meliputi perencanaan area cakupan sesuai dengan komitmen area, kapasitas trafik sesuai kebutuhan, kualitas sinyal yang memuaskan pelanggan, dan dengan interferensi yang kecil. Prosedur dari perencanaan sel antara lain adalah cakupan dan analisa interferensi, perhitungan trafik, perencanaan frekuensi, dan parameter sel. Beberapa hal yang harus diperhatikan di dalam membuat suatu perencanaan sel adalah[1]: 1. Cakupan 2. Kapasitas 3. Kualitas Sistem dalam gedung sangat berbeda dengan sistem luar gedung, hal yang paling mendasar adalah model perancangan sistem radio dan distribusi antenanya harus disesuaikan dengan karakteristik gedung tempat sel tersebut terpasang. Pada sistem sel dalam gedung dibutuhkan teknik khusus untuk mengatasi kondisi propagasi dalam ruangan. Tidak sama dengan area ruang kosong, sistem dalam gedung mengalami banyak rugi seperti kepadatan material dalam gedung, konstruksi gedung, kepadatan orang dalam gedung, dan terbatasnya celah antar ruangan seperti jendela dan pintu. Karakteristik sel dalam gedung yaitu : 1. Area cakupan sel kecil 2. Sinyalnya terbatas sampai pada sisi gedung 3. Daya pemancar yang digunakan rendah 4. Antena dipasang di dalam gedung 5. Ukuran antena kecil 3. Perencanaan Seluler Indoor Untuk melakukan perencanaan dan perancangan sel maka yang perlu diperhatikan adalah mempertimbangkan halhal yang berpengaruh pada unjuk kerja sistem, dan pemilihan perangkat jaringan yang digunakan dalam proses perancangan. Dalam perencanaan sistem jaringan seluler indoor yang harus dilakukan adalah[2]: a. Sistem Antena Menentukan sistem antena, konfigurasi antena, memaksimalkan cakupan desain sesuai area yang direncanakan (coverage desain), membuat skema desain (schematik desain). Untuk perencanaan di dalam ruangan, biasanya dipakai dua jenis antena seperti antena omnidirectional dan antena directional. Penempatan antena baik itu di atas atap maupun di dinding harus memastikan cakupan yang baik disamping memastikan jarak yang aman antara user dengan Electromagnetic Radiation (EMR) yang dipancarkan antena. Antena omnidirectional sendiri ditempatkan diatap ruangan sedangkan antena directional untuk pemasangan di dinding. Dalam penelitian ini penulis menggunakan antena omnidirectional buatan kathrein dengan Gain sebesar 2 dbi. Antena jenis ini paling banyak digunakan dalam perencanaan indoor. Antena omni memiliki karakteristik propagasi melingkar 360 0. Gambar 1 menggambarkan antena omnidirectional. Gambar 1. Antena Omnidirectional b. Konfigurasi Antena Konfigurasi antena untuk sistem antena indoor dapat dibedakan ke dalam empat kategori, yaitu antena terintegrasi, distribusi antena dengan jaringan kabel coaxial, radiasi (leaking) kabel, penyaluran antena dengan jaringan fiber optik. Sistem antena terdistribusi akan memberikan solusi yang baik dalam menjangkau area. Sistem antena -106- copyright @ DTE FT USU
terdistribusi ini terbagi dalam dua bagian yakni antena distribusi aktif dan pasif. Perbedaannya terletak pada kelebihannya di dalam jangkauan, dimana antena distribusi aktif memiliki peralatan aktif seperti bidirectional amplifier (BDA) yang berfungsi untuk menguatkan sinyal. c. Coverage Desain Cakupan area (Coverage area) jelas akan mempengaruhi jumlah antena dan material pendukung lainnya. Untuk penentuan area cakupan sistem yang akan dipasang, dibutuhkan plot area untuk memutuskan area mana yang akan dicakupi. Setelah area cakupan disetujui maka dirancanglah penempatan antena dan jalur distribusinya untuk memenuhi area tersebut. Setiap penempatan antena harus diperhatikan supaya dapat diperolehnya area cakupan yang maksimum. d. Design RF untuk Sistem Jaringan Indoor Tujuan utama dari desain RF untuk sistem komunikasi indoor adalah bagaimana cara mendistribusikan daya dari BTS ke setiap antena pada setiap lantai dalam bangunan, dimulai dari daya keluaran dari BTS, dan kemudian ke redaman sepanjang jalur kabel. 3.1 Mekanisme Drive Test Drive Test adalah pengukuran yang dilakukan untuk mengamati dan melakukan optimasi agar dihasilkan kriteria performansi jaringan. Yang diamati biasanya kuat daya pancar dan daya terima, tingkat kegagalan akses (originating dan terminating), tingkat panggilan yang gagal (drop call) serta FER. Tujuan drive test yaitu : 1. Untuk analisis coverage sebuah cakupan jaringan atau cakupan sebuah sel pada suatu daerah tertentu dengan cara menggunakan sampel data user perception pada coverage area tertentu. 2. Mengkombinasikan pengukuran data dalam database tunggal untuk kecepatan dan perbandingan yang luas. Mekanisme Drive Test yaitu menggunakan telepone yang terhubung portable computer serta penerima GPS dan antena (optional). Ditempatkan di kendaraan darat atau jalan kaki dan dijalankan ke seluruh area cakupan layanan nirkabel. Masalah yang muncul diukur lalu disimpan dalam basis data komputer, dan menandai data sesuai fungsi waktu dan lokasi.[3] 3.2 Alat- alat Drive Test Sistem drive test melakukan pengukuran, menyimpan data di komputer, dan menampilkan data menurut waktu dan tempat. Beberapa tipe sistem drive test yang tersedia adalah drive test berbasis MS, berbasis receiver yang mampu mengukur semua sinyal plot yang ada dan kombinasi keduanya. Perangkat berbasis MS merupakan konfigurasi minimum yang dibutuhkan dalam melakukan drive test. Pengukuran umum seperti panggilan gagal ataupun terputus dilakukan untuk mengetahui sejauh mana performa jaringan dari sudut pandang pelanggan. Alat yang dibutuhkan pada saat melakukan drive test yaitu : 1. Soft ware TEMS (Test Mobil system) version 8.0. 2. Mobile Phone sony Ericson K880i dan kabel data 3. Laptop 4. GPS dan USB GPS 5. Dongle 6. Peta digital (map info) Gambar 2 menunjukkan sistem peralatan drive test berbasis MS termasuk dengan receiver GPS untuk menentukan lokasi akurat suatu peristiwa yang dialami MS[2]. Gambar 2. Peralatan Drive Test -107- copyright @ DTE FT USU
Parameter yang di ukur yaitu : RX level Full, Rx Level Sub, Rx Quality Full, Rx Quality Sub, dan BER. Ada empat tahap dalam melakukan persiapan drive test, yaitu mempersiapkan perangkat drive test, pemetaan area, persiapan rute dan pengambilan data drive test. Keempat tahapan tersebut dapat dilihat pada flowchart berikut[3]: perhitungan Link Budget pada jaringan seluler indoor[3]. 4.1 Analisis EIRP Bedasarkan parameter yang berpengaruh pada perhitungan Link Budget, maka EIRP diperoleh dengan menggunakan persamaan 1[3]. EIRP = T x power ( dbm ) + G T x ( dbi ) L T x ( db ) = 44 dbm+2dbi-σ(feeder+jumper) = 44 dbm + 2 dbi +(-18,6155) = 27,3845 dbm 4.2 Analisis Path Loss / Free Space Loss Besarnya nilai FSL dengan jangkauan antena di dalam gedung yaitu 10 meter ( r = 10 m) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2 yaitu[3]: Gambar 3. Langkah Langkah Drive Test 4. Analisa Perhitungan Link Budget Seluler Indoor Link Budget juga merupakan patokan dalam rancangan radiasi maksimum antena, redaman total, fading margin dan daya yang diterima oleh user. Perhitungan Link Budget dimaksudkan untuk dapat menghitung atau merencanakan kebutuhan daya sistem seluler sedemikian rupa, sehingga kualitas sinyal di penerima memenuhi standar yang diinginkan. Perhitungan Link budget sebenarnya untuk memastikan bahwa level daya penerimaan lebih besar atau sama dengan level daya threshold (RSL Rth) agar sinyal cukup kuat untuk diterima receiver dengan baik. Perhitungan diawali dengan menghitung besaran yang menyatakan kekuatan daya pancar antena berupa EIRP kemudian mencari besarnya RSL berupa level sinyal yang diterima di penerima. Berikut ini akan diperoleh L P ( FS ) = 32,45 + 20 log f ( MHz) + 20 log d ( km ) = 32,45 + 20 log 1800 Mhz + 20 log 0,01 = 57,5554 db Perhitungan Path Loss / nilai propagasi indoor ini akan dihitung pada kelima antena omnidirectional dengan menggunakan persamaan 3. Sehingga Nilai Path Loss dapat diperoleh hasilnya pada Antena LD1 dengan jumlah p = 14 ; dan jumlah q = 5; dengan r = 10 m yaitu : L ( R ) = = -65,4217 + 35 + 40 = 9,5783 db 4.3 Analisis Received Level Signal ( RSL) Untuk mengetahui kualitas sinyal output dengan jarak dari antena ke MS sejauh 10 meter maka akan dilakukan perhitungan RSL bedasarkan Persamaan 4. Nilai RSL dengan jarak dari antena ke mobile station sejauh 10 meter yaitu[3]: -108- copyright @ DTE FT USU
a. Antena LD1 RSL = EIRP + FSL + l g + G T x + L ( R ) = 27,3845 dbm + ( -57,5554 ) + (-18,6155 ) + 2 dbi + ( -9.5783 ) = -56.3645 dbm Dengan menggunakan cara yang sama nilai RSL pada antena LD1, dimana nilai EIRP adalah sama untuk kelima antena tersebut maka nilai RSL antena LD2, LD3, LD4 dan antena LD5 dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Nilai RSL Antena Indoor drive test kita dapat mengukur kualitas sinyal yang dirasakan oleh user. Hasil data Walk Test dengan satuan dbm yang ditunjukkan pada legend ( warna hijau tua, hijau muda, kuning, orange, biru, merah ) pada lokasi atau tempat yang sudah ditentukan yaitu lantai dasar dengan memfokuskan pada kelima antena indoor yang sudah terpasang yaitu LD1, LD2, LD3, LD4, dan LD5. Hasil perhitungan Link Budget tersebut telah di simulasikan pada TEMS investigation. Gambar 4 menunjukkan hasil Walk test dengan jarak 10 meter pada antena LD1 dengan RSL perhitungan 56,3645 dbm dan RSL Walk Test -40 dbm. Nilai RSL jika posisi antena indoor sesuai dengan perencanaan perubahan posisi dalam gedung yaitu pada Antena LD1. RSL = EIRP + FSL + l g + G T x + L ( R ) = 27,3845 dbm + ( -57,5554 ) + (- 18,6155 ) + 2 dbi + ( -14,5783) = -58,3647 dbm Dengan menggunakan cara yang sama nilai RSL sesuai perencanaan perubahan posisi pada antena LD1, dimana nilai EIRP adalah sama untuk kelima antena tersebut maka nilai RSL antena LD2, LD3, LD4 dan antena LD5 dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Nilai RSL Perubahan Posisi Antena Indoor 4.4 Analisis Hasil Data Drive Test Proses optimasi / planning termasuk didalamnya proses optimasi/ planning dengan menganalisa hasil drive test. Dengan Gambar 4. Hasil Walktest Antena LD1 Setelah dilakukan perhitungan, perencanaan, dan pengukuran drive test jaringan seluler indoor pada GSM 1800 Mhz maka dapat dibandingkan hasil dari ketiga metode tersebut dapat dilihat pada Tabel 3. Grafik perbandingan FSL ditunjukkan pada Gambar 5 dan Grafik perbandingan RSL dapat dilihat pada Gambar 6. -109- copyright @ DTE FT USU
Tabel 3. Hasil Perhitungan dan Hasil Pengukuran ( Drive Test ) Pada GSM 1800 Mhz. 3. Dari hasil perencanaan diperoleh level sinyal yang terbaik terdapat pada antena LD5 dengan nilai level sinyal sebesar - 131,7081 dbm dan redaman sebesar - 87,9217 db. 4. Dari hasil pengukuran, perhitungan dan perencanaan diperoleh level sinyal yang kurang bagus terdapat pada antena LD1. Level sinyal hasil perhitungan sebesar - 56,3645 dbm dengan redaman -9,5783 db, pada perencanaan diperoleh level sinyal -51,3647 db dan redaman -4,5783 db, sedangkan untuk hasil pengukuran level sinyal sebesar 40 dbm. 5. Metode yang paling baik menerima sinyal yaitu metode perencanaan karena range dari nilai RSL nya lebih kecil dibandingkan metode perencanaan dan pengukuran. 6. Ucapan Terima Kasih Gambar 5. Grafik Perbandingan FSL Antena Indoor Penulis mengucapkan terima kasih kepada Rustam Abadi Siregar dan Aminah Gurning selaku orang tua penulis, Bapak Maksum Pinem ST.MT, selaku dosen pembimbing, Bapak Rahmad Fauzi ST, MT, dan Ibu Naemah Mubarakah ST, MT, yang sudah membimbing penulis dalam menyelesaikan paper ini, dan semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu persatu. 7. Daftar Pustaka Gambar 6. Grafik perbandingan RSL Antena Indoor 5. Kesimpulan 1. Dari hasil pengukuran drive test diperoleh level sinyal yang terbaik terdapat pada antena LD5 dengan nilai level sinyal sebesar -62 dbm. 2. Dari hasil perhitungan teori diperoleh level sinyal yang terbaik terdapat pada antena LD5 dengan nilai level sinyal sebesar -109,6298 dbm dan redaman sebesar -27,4217 db. [1]. Lingga Wardhana, 1997, Cell Planning of GSM Indoor System, LV/R-96: 247 Rev C, Ericsson. [2]. Anonim, 1995, Global System for Mobile Communication,An Introduction to GSM,(http://id.wikipedia.org/wiki/Global_ System_for_Mobile_Communications. [3].Anonim, 2011, Konsep Dasar KomunikasiSeluler,PengertianKomunikasi Seluler,(http://antzone.web.id/1748/konsepdasar-komunikasi-seluler.php. -110- copyright @ DTE FT USU