BAB II LANDASAN TEORI
2.1 PERENCANAAN LINK MICROWAVE Tujuan utama dari perencanaan link microwave adalah untuk memastikan bahwa jaringan microwave dapat beroperasi dengan kinerja yang tinggi pada segala tipe kondisi atmosfir. Perencanaan link microwave mencakup 4 langkah penting : -
Perhitungan lintasan (path calculations)
-
Perhitungan tinggi antena
-
Perencanaan frekuensi dan perhitungan interferensi
-
Perhitungan kinerja (performance calculations) Perencanaan link microwave sangat tidak terduga, segala faktor yang
memungkinkan terjadinya redaman harus diperhitungkan dengan teliti. Untuk itu dalam merencanakannya memerlukan pengetahuan tentang sifat-sifat atmosfir Saluran (link) microwave beroperasi antara frekuensi 2 – 58 GHz. Sistem yang dipakai sekarang adalah sistem digital microwave dimana memunyai keuntungan dibandingkan dengan sistem analogue microwave, yaitu : -
Lebih tahan terhadap interferensi
-
Lebih tahan terhadap deep fading
-
Kapasitas tinggi antara 2 – 155 Mbps (STM)
-
Mudah, cepat dan murah diinstalasi
6
7
Semakin tinggi frekuensi, semakin pendek pula jarak link transmisi. Karena rentang frekuensi yang lebar, saluran microwave dapat diklasifikasikan menjadi 3 kategori utama: -
Long Haul Frekuensi kerja dari link ini adalah 2-10 GHz. Pada kondisi iklim dan frekuensi kerja optimal, jarak yang bisa ditempuh mencapai rentang 80 km hingga 45 km. Link ini terpengaruh oleh multipath fading. Frekuensi yang biasa dipergunakan adalah 2, 7, dan 10 GHz.
-
Medium Haul Frekuensi kerja dari link ini adalah dari 11-20 GHz. Panjang hop bervariasi antara 40 km dan 20 km, tergantung dari kondisi iklim dan frekuensi yang dipergunakan. Multipath fading dan redaman hujan berpengaruh pada performansi link ini. Frekuensi yang biasa dipergunakan adalah 13, 15, dan 18 GHz.
-
Short Haul Beroperasi pada jangkauan frekuensi tinggi (23-58 GHz) dan menjangkau jarak paling pendek. Pada penggunaannya, untuk frekuensi yang lebih rendah dalam rentang frekuensi ini terpengaruh oleh multipath fading dan redaman hujan sekaligus. Pada rentang frekuensi yang lebih tinggi dan panjang hop hanya beberapa kilometer, multipath tidak begitu berpengaruh, namun redaman hujan mengakibatkan atenuasi yang cukup mengganggu sebesar 3 – 7 dB/km pada curah hujan 20 mm/h. Frekuensi kerja yang dipergunakan adalah 23, 26, 27, 38, 55, dan 58 GHz.
2.2 MICROWAVE LINK Komponen utama dari sebuah microwave link adalah: -
Indoor Unit (IDU)
-
Outdoor Unit (ODU)
-
Antena
8
-
Waveguide
-
Menara microwave Penjelasan dari masing-masing komponen microwave link tersebut adalah:
-
Indoor Unit (IDU) Selain berfungsi sebagai modulator-demodulator sinyal. IDU juga berfungsi sebagai forward error correction (FEC), multiplexing user data, control unit (monitoring dan controlling radio unit melalui NMS) dan berfungsi sebagai kanal komunikasi antara NMS dan ODU. Daya ke perangkat radio microwave dicatu melalui IDU. Indoor unit biasanya ditempatkan di kabinet atau gedung yang tertutup agar tidak terpapar kondisi luar ruangan seperti ODU.
-
Outdoor Unit (ODU) Berfungsi mengkonversi sinyal digital termodulasi yang memunyai frekuensi rendah ke frekuensi tinggi. Terdiri atas pengirim (transmitter) dan penerima (receiver), karena itu disebut juga radio transceiver. Sinyal yang diterima didemodulasi menjadi sinyal intermediate frequency (IF) atau base band (BB) sebelum diteruskan ke IDU. Daya ODU dicatu dari IDU melalui kabel koaksial.
-
Antena Antena merupakan struktur yang mentransfer energi elektromagnetik dari ruang bebas menuju saluran transmisi dan sebaliknya.
-
Waveguide Meminimalisir redaman (loss) merupakan salah satu kunci dari perancangan link microwave. Kabel dan waveguide berpengaruh terhadap redaman yang terjadi. Di bawah frekuensi 2 GHz, digunakan kabel koaksial karena alasan ekonomis. Untuk frekuensi diatas 2 GHz digunakan waveguide. Dielektrik yang digunakan pada kabel koaksial adalah foam dielectric dengan diameter ½, 7/8, dan 5/8 inci. Semakin kecil diameternya, maka atenuasinya akan meningkat. Jika feeder loss yang diinginkan sangat rendah, maka yang digunakan adalah
9
dielektrik udara karena memunyai atenuasi yang lebih rendah dibanding foam dielectric. -
Menara Terdapat beberapa macam tipe menara yang digunakan untuk menempatkan antena microwave (MW). Untuk antena yang berukuran lebih kecil dapat ditempatkan di atas gedung menggunakan pole dengan panjang 5 meter. Untuk penempatan dengan jumlah antena yang banyak digunakan menara dengan struktur berpenguat sendiri (self-supporting tower). Jumlah antena dan beban total harus benar-benar diperhitungkan agar tidak melampaui kapasitas beban maksimum (load bearing capacity) dari menara.
2.3 LINE OF SIGHT (LOS) Pada teknik gelombang mikro, suatu hubungan komunikasi disebut Line of Sight (LOS), jika antara antena pengirim dan penerima dapat saling “melihat” tanpa adanya penghalang pada lintasan pada batas-batas tertentu. Parameter-parameter dalam propagasi line of sight antara lain: panjang lintasan, faktor k, tinggi tonjolan bumi, daerah Fresnel, tinggi penghalang dan tinggi penghalang tambahan.
Gambar 2.1 Komunikasi Line Of Sight (LOS)
10
Dimana: Ta1
= tinggi antena stasiun pemancar (m)
Ta2
= tinggi antena stasiun penerima (m)
Ap1
= altitude stasiun pemancar (m)
Ap2
= altitude stasiun penerima (m)
C
= clearance (m)
P1
= tinggi penghalang (m)
k
= faktor kelengkungan bumi
d1
= jarak penghalang ke pemancar (m)
d2
= jarak penghalang ke penerima (m)
-
Panjang lintasan Panjang lintasan merupakan jarak antara antenna pemancar dengan antenna penerima yang dapat ditentukan dengan pengukuran pada peta topografi.
-
Faktor ”k” Dalam propagasi, sebuah sinyal dari pengirim ke penerima tidak selamanya merupakan suatu lintasan yang lurus. Pada kondisi atmosfer tertentu kurva sinyal dapat mengalami refraksi melengkung menjauhi atau mendekati permukaan bumi yang terjadi karena adanya perubahan indeks bias udara sesuai dengan ketinggiannya. Hal ini perlu diantisipasi dengan mengunakan suatu faktor pengali jari-jari bumi yang disebut faktor “k’. Faktor kelengkungan bumi dirumuskan dengan: Reff = k R
............................................(2.1)
Dimana: Reff
= jari-jari kelengkungan bumi hasil transformasi
k
= faktor kelengkungan bumi (dipengaruhi atmosfer)
R
= jari-jari bumi sebenarnya
11
Untuk atmosfer standar, R = 6370 km dan ρ = 25.000 km sehingga didapatkan:
k=
1 1− R
=
ρ
1 4 ≈ atau 1,33 6370 3 1− 25000
kemudian, Reff = k R =
4 6370 = 8500 km 3
Gambar 2.2. Kasus-kasus faktor kelengkungan bumi -
Daerah Fresnel
Daerah Fresnel atau Fresnel zone adalah tempat kedudukan titik sinyal tidak langsung yang berbentuk elips dalam lintasan propagasi gelombang radio dimana daerah tersebut dibatasi oleh gelombang tak langsung (indirect signal) dan memunyai beda panjang lintasan dengan sinyal langsung sebesar kelipatan ½λ atau 2 kali ½λ. Jika sinyal langsung dan tak langsung berbeda panjang lintasan sebesar ½λ, maka kedua sinyal tersebut akan berbeda fase 180º, artinya kedua sinyal tersebut akan saling melemahkan. Fresnel pertama merupakan daerah yang memunyai fading multipath terbesar, sehingga diusahakan untuk daerah Fresnel
12
pertama dijaga agar tidak dihalangi oleh obstacle. Secara matematis daerah Fresnel didekati dengan rumus sebagai berikut:
Fn = 17.3
n.d1.d 2................................................(2.2) f .d
dimana: Fn
= jarak lintasan tertentu terhadap lintasan LOS (m)
n
= daerah Fresnel ke n
d1
= jarak ujung lintasan (pemancar/penerima) ke penghalang (km)
d2
= jarak ujung lintasan lain (pemancar.penerima ke penghalang (km)
f
= frekuensi (Ghz)
D
= d1 + d2 (km)
Rumus praktis untuk menghitung jari-jari Fresnel I (dalam meter) R1 = 17.3 R1
= jari-jari Fresnel I (meter)
d1, d2, d
= jarak (km)
f
= frekuensi (GHz)
d 1d 2 ............................................(2.3) d . fGHz
Rumus praktis untuk menghitung jari-jari Fresnel I (dalam feet) R1 = 72.1 R1
= jari-jari Fresnel I (feet)
d1, d2, d
= jarak (statute mile)
f
= frekuensi (GHz)
d 1d 2 ............................................(2.4) d . fGHz
13
Gambar 2.3 Daerah Fresnel
-
Faktor Clearance
Lintasan sinyal yang ditransmisikan dalam sistem LOS harus memunyai “daerah bebas hambatan” atau clearance factor. Faktor clearance berguna untuk menentukan tinggi menara Tx-Rx. Dirumuskan dengan: CF 1 =
clearance Cx = ..............................................(2.5) R1 − 1 R1
Biasanya nilai clearance factor adalah 56% ≈ 60% belum termasuk koreksi terhadap kelengkungan bumi. Nilai tersebut dipilih karena pada nilai clearance factor 60% redaman propagasi = redaman ruang bebas (Free Space Loss) untuk
jenis pemantul apapun, dan redaman karena difraksi menjadi 0 dB.
2.4 PERHITUNGAN LINK BUDGET
Perhitungan link budget merupakan perhitungan level daya yang dilakukan untuk memastikan bahwa level daya penerimaan lebih besar atau sama dengan level daya threshold (RSL ≥ Rth). Tujuannya untuk menjaga keseimbangan gain dan loss guna
14
mencapai SNR yang diinginkan di receiver. Sehingga jarak maksimum antara transmitter dan receiver dapat bekerja dengan baik dapat ditentukan. Parameter-
parameter yang mempengaruhi kondisi propagasi suatu kanal wireless adalah sebagai berikut : -
Lingkungan propagasi Kondisi lingkungan sangat mempengaruhi gelombang radio. Gelombang radio dapat diredam, dipantulkan, atau dipengaruhi oleh noise dan interferensi. Tingkat peredaman tergantung frekuensi, dimana semakin tinggi frekuensi redaman juga semakin besar. Parameter yang memengaruhi kondisi propagasi yaitu rugi-rugi propagasi, fading, delay spread, noise, dan interferensi.
-
Rugi-rugi Propagasi Perambatan gelombang radio di ruang bebas dari stasiun pemancar ke stasiun penerima akan mengalami penyebaran energi di sepanjang lintasannya, yang mengakibatkan kehilangan energi yang disebut rugi (redaman) propagasi. Rugi propagasi adalah akumulasi dari redaman saluran transmisi, redaman ruang bebas(free space loss), redaman oleh gas (atmosfer), dan redaman hujan. 1. Redaman saluran transmisi Redaman saluran transmisi ditentukan oleh loss feeder dan branching. Redaman feeder terjadi karena hilangnya daya sinyal sepanjang feeder, sehingga redaman feeder identik dengan panjang dari feeder tersebut. Sedangkan redaman branching terjadi pada percabangan antara perangkat transmisi radio Tx/Rx. 2. Redaman ruang bebas (free space loss) Redaman ruang bebas merupakan redaman sinyal yang terjadi akibat dari media udara yang dilalui oleh gelombang radio antara pemancar dan penerima perambatan gelombang radio di ruang bebas akan menghalangi penyebaran energi di sepanjang lintasannya sehingga terjadi kehilangan energi.
15
Gambar 2.4. Microwave Link Dimana Gt dan Gr adalah gain antena pemancar dan antena penerima. Jika dikonversikan ke dB, persamaan diatas menjadi: Pr(dB) = P(dB ) + Gt (dB) + Gr (dB) + 20 log( 20 log(
λ ) − 20 log(d ) ...........(2.6) 4π
λ ) − 20 log(d ) disebut redaman lintasan di ruang bebas (free space loss), 4π
dan kombinasi dari P dan Gt disebut Effective Isotropic Radiated Power (EIRP). Sehingga redaman ruang bebas dapat dituliskan sebagai:
LFS ( dB ) = EIRP + Gr ( dB ) − Pr( dB ) ............................................(2.7)
Sehingga, untuk mengetahui kondisi point to point dengan saluran transmisi, maka perhitungan redaman ruang bebasnya menjadi sebagai berikut: LFS ( dB ) = 92.5 + 20 log dKm + 20 log fGHz ....................................(2.8)
dimana: f = frekuensi kerja (GHz) d = panjang lintasan propagasi (Km)
16
3. Redaman oleh gas (atmosfer) Pada prinsipnya gas-gas di atmosfer akan menyerap sebagian dari energi gelombang radio, dimana pengaruhnya tergantung pada frekuensi gelombang, tekanan udara dan temperatur udara. Pengaruh redaman paling besar berasal dari penyerapan energi oleh O2 dan H2O, sedangkan pengaruh penyerapan gelombang radio oleh gas-gas seperti CO, NO, N2O, NO2, SO3, O3 dan gas lainnya dapat diabaikan. Untuk sistem transmisi yang beroperasi pada frekuensi kerja di bawah 10 GHz, redaman gas atmosfer dapat diabaikan karena kecil pengaruhnya, akan tetapi untuk frekuensi di atas 10 GHz, redaman gas atmosfer perlu diperhitungkan. 4. Redaman hujan Tetes-tetes hujan menyebabkan penghamburan dan penyerapan energi gelombang radio yang akan menghasilkan redaman yang disebut redaman hujan. Besarnya redaman tergantung pada besarnya curah hujan. Redaman hujan mulai terasa pengaruhnya pada frekuensi diatas 10 GHz. Redaman hujan tidak dapat ditentukan secara pasti tetapi ditentukan secara statistik. Untuk menentukan redaman yang diakibatkan oleh hujan pada suatu site dapat digunakan rumus sebagai berikut: − Redaman Spesifik
Redaman spesifik didefinisikan sebagai besarnya redaman oleh hujan per satuan panjang lintasan efektif (dB/Km), dan dirumuskan sebagai berikut:
γ R = a.R b (dB / Km) .........................................(2.9) Dimana: γ
= redaman hujan spesifik (dB/Km)
R = banyaknya curah hujan untuk daerah tertentu (mm/jam) Besarnya a dan b merupakan fungsi dari frekuensi, polarisasi dan suhu curah hujan.
17
− Redaman hujan efektif
Pada lintasan propagasi gelombang radio tidak selamanya terjadi hujan, sehingga redaman hujan efektif dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: A = γ .Leff ..........................................................(2.10)
Leff =
L ..................................................(2.11) (1 + 0.045L)
Dimana: A = redaman hujan efektif (dB) Leff = panjang lintasan efektif (km)
γ = redaman hujan spesifik (dB/Km) -
Ducting
Gambar 2.5. Fenomena ducting pada propagasi gelombang mikro Dalam kondisi tertentu, lapisan atmosfer dapat bersifat seperti sebuah saluran (duct) dan dapat memerangkap sinyal di dalam lapisan tersebut. Sinyal dari arah yang seharusnya berubah menjadi bergerak kearah saluran (duct) seperti pada gambar 2.5. Sekali sinyal terperangkap dalam lapisan atmosfer tersebut, maka sinyal akan merambat mengikuti lapisan tersebut seakan-akan merambat di dalam serat optik dan mengikuti arah dari waveguide. Sinyal hanya akan terperangkap jika sudut kritis terlampaui, sehingga sinyal akan masuk ke saluran pada sudut yang lebih kecil dari sudut kritis. Fenomena ducting juga tergantung
18
pada intensitas dan dimensi duct serta frekuensi kerja microwave. Perambatan sinyal pada fenomena ducting tidak selalu merambat keatas seperti pada gambar, namun bisa terjadi merambat menuju permukaan bumi. -
Fading Fading adalah fluktuasi level daya sinyal yang diterima oleh penerima.
Fluktuasi level daya terima ini disebabkan oleh adanya pengaruh multipath fading, ducting, dan karakteristik dari lintasan propagasi. Hal ini dapat
mengakibatkan sinyal daya terima menjadi saling menguatkan atau saling melemahkan. Fading margin adalah level daya yang harus dicadangkan yang besarnya merupakan selisih antara daya rata-rata yang sampai di penerima dan level sensitivitas penerima. Nilai fading margin biasanya sama dengan peluang level fading yang terjadi., yang nilainya tergantung pada kondisi lingkungan dan sistem yang digunakan. Nilai fading margin minimum agar sistem bekerja dengan baik menurut standar dari Network Planning Indosat sebesar 40 dB. 1. Flat Fading Margin Di penerima harus menyediakan cadangan daya yang disebut Flat Fading Margin untuk mengantisipasi pengaruh fading yang disebabkan oleh thermal noise.
MF = RSL - Pth.................................................(2.12) Dimana : RSL = level daya terima (dBm atau dBW) Pth
= level daya ambang atas (threshold) (dB)
2. Selective Fading Margin Selective Fading Margin untuk mengatasi kesalahan bit yang disebabkan oleh amplitude distortion dan group delay yang terjadi pada seluruh pita frekuensi.
MS = 102 – 35log d – 10log S.....................................(2.13) Dimana : d = jarak link radio S = Equipment Signature (Spesifikasi dari masing-masing produsen)
19
3. Effective Fading Margin Effective fading margin dinyatakan sebagai berikut :
.........................................(2.14) -
Noise Noise dalam pengertian umumnya adalah sinyal yang tidak diinginkan
dalam sistem komunikasi. Noise dapat dihasilkan dari proses alami seperti petir, noise thermal pada sistem penerima. Di sisi lain sinyal transmisi yang
mengganggu dan tidak diinginkan dikelompokkan sebagai interferensi.
BAB III METODE PERENCANAAN
