ANALISA PROPAGASI GELOMBANG RADIO DALAM RUANG PADA KOMUNIKASI RADIO BERGERAK Amir D Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe Jln. Banda Aceh Medan Km. 280.5 Buketrata Lhokseumawe Email :
[email protected] Abstrak Propagasi gelombang radio dalam ruang dipengaruhi oleh keberagaman lingkungan sekitar gelombang tersebut merambat. Pada artikel ini akan dijelaskan hasil pengamatan hubungan antara redaman propagasi dengan keberagaman lingkungan sekitar gelombang radio tersebut merambat. Untuk mengamati hubungan tersebut, maka dipilih beberapa objek ruang yang sama sebagai objek pengamatan dengan variasi interior dan struktur interior dan komposisi material yang berbeda. Pengamatan gelombang radio dilakukan melalui receiver dalam kondisi bergerak. Data hasil pengamatan diambil pada beberapa titik dimana jarak antara setiap titik pengukuran di set pada jarak λ/4. Gelombang radio dipancarkan pada kondisi tetap dengan menggunakan pemancar continous wave yang bekerja pada frekuensi 900 MHz dan daya 30 dBm. Dari 3 sampel ruang yang diambil diketahui laju kecepatan merambat gelombang pada ke-3 ruang tersebut berbeda masingmasing untuk ruang 1 adalah 36,89 dBm, ruang 2 sebesar 60,71 dBm dan ruang 3 sebesar 67,68 dBm. Hal ini menunjukkan bahwa ada hubungan redaman propagasi dengan keberagaman interior ruang pada sebuah gedung. Kata kunci: Redaman, propagasi, gelombang
Pendahuluan Propagasi gelombang radio pada komunikasi bergerak dalam ruang merupakan fenomena yang menarik untuk diteliti. Propagasi gelombang radio dipengaruhi oleh mekanisme refleksi, difraksi dan sebaran scatter disekitar lingkungan mobile receiver berada [1]. Mekanisme ini menyebab-kan terjadinya efek lintasan jamak (multipath fading). Fenomena ini akan menyebabkan terjadinya redaman. Pada artikel ini akan dijelaskan hasil pengamatan yang memperlihatkan hubungan redaman propagasi gelombang radio bergerak terhadap keberagaman interior ruang. Hubungan ini diwakili oleh konstanta eksponensial gelombang radio yang disimbolkan dengan simbol n. Untuk mengamati adanya hubungan tersebut, maka dipilih 3 buah ruang yang memiliki ukuran sama namun memiliki struktur interior berbeda. Ke-3 ruang terset adalah ruang A, B dan C di Gedung utama Politeknik Negeri Lhokseumawe. Metodologi Penelitian Untuk mengamati propagasi gelombang radio dalam ruang, maka setting pengukuran dilakukan seperti gambar 1a dan 1b. Pemancar dan penerima diset pada ketinggian 1,7 meter di atas lantai. Jarak d0 di set pada jarak tertentu, yaitu jarak referensi yang didefenisikan sebagai jarak dimana level daya mulai mengalami 112
perubahan amplitude saat receiver bergerak menjauhi pemancar. Pemancar di-set pada daya pancar 30 dBm. Pengukuran propagasi gelombang radio dilakukan pada setiap jarak kelipatan / 4 . Keadaan kanal diamati dengan cara menset kedudukan Tx dan Rx pada kondisi line of sight (LOS) [2]. Pada kondisi LOS antara Tx dan Rx tidak ada penghalang dimana sudut keterarahan antara antena Tx dan Rx di-set berada pada posisi nol derajat seperti diperlihatkan pada gambar 2. Sudut ini di-set dengan tujuan untuk mengeleminir kesalahan pengukuran dan kesalahan prediksi yang diakibatkan oleh setting antena, sementara itu posisi ketinggian antena Tx dan Rx pada kondisi LOS adalah 1,60 meter [3].
Rx
Tx
SA
CW Tx
do d (a)
Tx
Rx
Tetap
Bergerak (b)
Gambar 1. (a) Setting pemancar dan penerima, (b) Setting arah antena pemancar dan penerima Redaman propagasi diobservasi dengan menggunakan spektrum ana-lyzer yang dihubungkan dengan antena dipole sebagai penerima. Jenis antena Tx dan Rx yang dipakai adalah antena indoor / 4 . Antena ini mempunyai pola radiasi vertikal omnidirectional. Antena Tx dan Rx dihubungkan dengan kabel koaksial 5C2-V yang mempunyai impedansi 50 Ω. Sinyal yang datang dari Tx ke Rx dikontrol oleh spektrum analyzer berbentuk grafis, yaitu hubungan antara amplitudo dengan frekuensi pada daerah frekuensi yang akan diukur. Model propagasi gelombang radio dalam ruang diberikan pada gambar 1a dan 1b. Besarnya redaman rugi-rugi lintasan dapat dihitung dengan persamaan 1. d PLd 2 d
n
......................................................................................... (1)
Dimana PL adalah rugi-rugi lintasan rata-rata pada jarak d dan d adalah jarak Tx dan Rx yang berubah secara logaritmik (m), sedangkan n adalah rugi-rugi lintasan atau dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.
113
d PL dB PL d0 + n log 2 d
................................................................. (2)
Dimana d0 adalah jarak referensi yang diukur pada jarak dimana sinyal yang diteksi oleh receiver sudah berubah dari kondisi awal. Untuk mengamati hubungan propagasi dengan keragaman lingkungan sekitarnya, maka analisis diarahkan untuk mengamati laju kecepatan rambat gelombang yang disebut dengan konstanta propagasi, atau dengan istilah lain eksponen rugi-rugi lintasan [4][5], Besarnya rugirugi lintasan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3. N N N N log10 di pdi log10 di pdi 1 i 1 i 1 . n i 1 .............................. (3) 2 10 N 2 N N log d log d 10 i 10 i i 1 i 1
Dimana di adalah jarak tiap titik sampel pengukuran dan N adalah jumlah titik pengukuran atau banyaknya data sampel pengukuran. Kondisi interior. Ketiga lokasi ruang memiliki ukuran yang hampir sama, namun memiliki struktur interior ruang yang berbeda. Pemilihan ini untuk mengamati adanya pengaruh redaman karena perbedaan struktur ruang interior disekitar ilingkungan Tx dan Rx. Bentuk dan ukuran. ketiga ruangan tersebut masng-masing memiliki struktur bahan seperti diperlihatkhan gambar 2a, 2b dan 2c serta pada tabel 1, 2 dan 3. Dari tabel tersebut terlihat variasi struktur interior dari ketiga ruang tersebut dilihat fari prosentase interiornya.
(a)
(b)
(c) Gambar 2 Lokasi ruangan (a). ruang A, (b) ruang B dan(c) ruang C
114
Bahan interior
Tabel 1. Kondisi Interior Koridor 1 Luas Tebal
%
(m2) 114
(cm) 90
10
Pintu dari Bahan kayu
26
6
2
Plapon dari Bahan Ethernit
118
0.3
10
Dinding Beton Tidak Bersirip
909
17
78
Lantai Beton
Tabel 2. Kondisi Interior Koridor 2 Luas Bahan interior Tebal (m2) Lantai Beton 115 30 Pintu dari Bahan kayu 26 6.3 Plapon dari Bahan Ethernit 114 0.3 Dinding Beton Bersirip 906 15
% 10 2 10 78
Tabel 3. Kondisi Interior Koridor 3 Luas Bahan interior Tebal (m2) Lantai beton 226 60
10.39
Pintu dari Bahan kayu
26
19
1.19
Plapon dari Bahan Ethernit
115
0.3
5.28
%
Dinding Beton Bersirip 1809 15 83.13 Secara keseluruhan bahan interior pada ke-3 ruang tersebut dapat dibagi atas 2 kelompok, yaitu bahan beton dan tembok serta non beton. Prosentasenya dapat dilihat pada tabel 4 dan gambar 3. Tabel 4. Struktur bahan masing-masing ruang Bahan Beton dan Non Beton dan Tembok Nama Ruang tembok (%) (%) Ruang A
88
12
Ruang B Ruang C
88 93.52
12 6,48
115
Gambar 3 Prosentase struktur bahan masing-masing ruangan Hasil dan Pembahasan Rugi-rugi Lintasan rata-rata Pada jarak d0. Pada sub-bab ini akan dijelaskan hasil pengukuran rugi–rugi lintasan rata-rata dari PL (dB) atau redaman propagasi ratarata pada ketiga ruang seperti diperlihatkan pada tabel 5 dan gambar 4. Hasil perhitungan diketahui bahwa rugi-rugi lintasan pada ke-3 ruang tersebut masingmasing nilai berbeda. Untuk ruang A sebesar 51 DBm, ruang B sebesar 53 dBm dan Ruang C adalah 59 dBm. Tabel 5. Hasil pengukuran rugi-rugi lintasan rata-rata pada Jarak Tx-Rx Nama barang Jumlah Data PL(dBm) -51 A 255 -53 B 255 -59 C 255
Gambar 4. Rudi-rugi lintasan pada masing-masing ruang Fenomena ini menarik, karena diketahui dari analisa hasil perhitungan bahwa harga redaman propagasi serta konstanta propagasi pada ruangan yang diamati bergantung dari besarnya jumlah bahan penghalang (obstructed) atau interion yang menjadi pemantul pada ruang tersebut. Dalam hal ini, ruang C memiliki prosentase bahan pemantul yang lebih besar dibanding yang lainnya, yaitu sekitar 93,52%. Untuk ruang yang didominasi oleh lantai beton dan dinding beton dengan prosentase 116
yang besar, maka konstanta propagasinya lebih besar dibanding yang lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa pada ruang tersebut laju rugi-rugi propagasi gelombang radio jauh lebih besar dibanding yang ruang lainnya.
Konstanta Propagasi. Konstanta propagasi biasa disebut juga eksponen rugi-rugi lintasan disimbolkan dengan hurup n. Eksponen rugi-rugi lintasan menunjukkan kecepatan pertambahan rugi-rugi lintasan terhadap pertambahan jarak, dimana nilai n bergantung pada keadaan spesifik propagasi. Keadaan spesifik disini, diwakili oleh lingkungan sekitar gelombang radio dalam hal ini interior ruangan. Dari data hasil pengukuran dan dengan menggunakan persamaan 3, diketahui harga konstanta propagasi untuk masing-masing ruang diperlihatkan tabel 6 dan gambar 5. Table 6 Konstanta propagasi hasil perhitungan Nama Ruang Jumlah Data
n
Ruang A Ruang B
255 255
5.2 5.3
Ruang C
255
6
Gambar 5. Kurva konstanta propagasi masing-masing ruang Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa konstanta propagasi untuk ruang A sebesar 5,2, ruang B sebesar 5,3 dan ruang C sebesar 6. Hal ini menunjukkan bahwa ruang yang memiliki konstanta propagasi yang besar, maka propagasi gelombang radio pada ruangan tersebut akan mengalami laju pertambahan rugi-rugi lintasan yang besar.
117
Gambar 6. Konstanta propagasi untuk masing-masing ruang Untuk membuktikan hal tersebut, berikut diperlihatkan gambar 6 dan tabel 7. yang menunjukkan kurva hubungan antara konstanta propagasi dengan variasi lingkungan disekitan pemancar dan penerima. Variasi lingkungan tersebut diwakili oleh jumlah struktur bahan interior yang terdapat dalam ruang dimana antena pemancar dan penerima berada, lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 6 di atas. Kurva di atas memberikan informasi kepada kita bahwa, semakin besar konstanta propagasi yang dimiliki oleh sebuah ruang, maka semakin besar redaman propagasi gelombang radio yang terjadi pada ruangan tersebut. Tabel 7. Hasil pengukuran konstanta propagasi Nama Ruang
Bahan Beton dan tembok
PL (do) dBm
n
Ruang A
88%
50
5.2
Ruang B
88%
53
5.3
Ruang C
93.52%
59
6
Faktor ini berkorelasi dengan prosentase jumlah interior yang berfungsi sebagai bahan pemantul, penghalang (obstructed) seperti tembok, beton ethernit dan sebagainya, pada sebuah ruang. Kesimpulan dan Saran Kesimpulan. Hubungan yang kuat antara redaman ruangan dengan bahan interior dapat ditunjukkan melalui nilai konstanta propagasi pada masing-masing ruangan. Besarnya konstanta propagasi pada sebuah ruang menunjukkan ukuran besarnya laju pertambahan rugi-rugi menurut jarak dan pengaruh lingkungan sekitarnya. Dimana pada kasus ini konstanta propagasi terbesar adalah pada ruang C yaitu sebesar 6 dengan struktur penghalang atau obstructed sebesar 93,53% dan path loss sebesar 59 dBm. Untuk ruangan A dan B struktur interior ruangannya masingmasing sebesar 88% dari bahan pemantul dan masing-masing ruang ini, memiliki redaman sebesar -51 dBm dan -52 dBm dan konstanta propagasi sebesar 5,2 dan 5,2. 118
Saran-Saran. Disarankan untuk peneliti yang berminat untuk melanjutkan penelitian ini untuk memilih ruangan yang memiliki keragaman statistik yang lebih acak untuk mengamati lebih rinci keacakan interior yang lebih rumit. Referensi [1]
P. Hafezi, D. Wedge, dkk, “Propagation Measurement of the 5,2 GHz Radio Band in Commercial and Domestic Environments”, Centre for Communication Research, University of Bristol Queen’s Building.
[2]
V. K. Grag, K. and J.E. Wilkes, 1996,” Wireless And Personal Communications System”, Prentice Hall PTR.
[3]
T.S. Rappaport, 1996, Wireless
[4]
Z.Abdullah, 2000,”Analisa Sta-tistik Pengukuran Propagasi Radio Pita Sempit Dalam Ruang Pada Frekuensi 1,7 GHz”, Program Pasca Sarjana, ITS, Surabaya.
[5]
G. Boudreau, W. Bird, dkk, ”CT2/CT2 Plus Wireless Propa-gation Modelling and Range Prediction”, Dept. of System and Computer Engineering Carleton University, Ottawa, Ontario, Canada.
Communication ,
Prectice Hall PTR
119
