BAB II STUDI PUSTAKA
2.1 Mekanisme Propagasi Hal mendasar yang mempengaruhi mekanisme propagasi radio sehingga mempengaruhi rugi-rugi lintasan pada komunikasi bergerak adalah peristiwa refleksi (pemantulan), difaksi (pembiasan) dan scattering (penghamburan) [6]. Refleksi
terjadi
ketika
gelombang
elektromagnetik
yang
sedang
berpropagasi mengenai/menabrak sebuah objek dengan dimensi yang sangat besar bila dibandingkan dengan panjang gelombang elektromagnetik tersebut. Refleksi terjadi dari permukaan tanah, gedung-gedung dan dinding-dinding [7]. Difraksi terjadi ketika jalur radio antara pemancar dan penerima dihalangi oleh sebuah permukaan yang memiliki tepi yang tajam. Gelombang-gelombang kedua yang dihasilkan dari permukaan tajam yang menghalanginya tersebut terurai di ruang bebas dan bahkan di belakang penghalang tersebut, yang menyebabkan adanya gelombang-gelombang yang melengkung di sekitar penghalang, bahkan ketika jalur Line Of Sight (LOS) tidak ada di antara pemancar dan penerima. Untuk frekuensi tinggi, difraksi sama seperti refleksi, yaitu tergantung pada geometri objek, baik amplitudo, fasa maupun polarisasi dari gelombang datang di titik difraksinya [7]. Scattering terjadi ketika medium tempat gelombang berpropagasi terdiri dari objek dengan dimensi yang lebih kecil dibandingkan dengan panjang gelombangnya dengan jumlah penghalang yang relatif besar. Gelombang hamburan dihasilkan oleh kekasaran permukaan tanah, objek-objek yang kecil atau karena ketidakteraturan lainnya di kanal. Pada kenyataanya pepohonan, rambu-rambu jalan dan tiang-tiang listrik menimbulkan hamburan di dalam sistem komunikasi bergerak [7]. Berdasarkan sudut pandang propagasi radio ketiga hal tersebut dipengaruhi oleh efek medium. Efek dari suatu medium dapat ditentukan dengan tiga parameter pokok, yaitu konduktivitas ( ), permitivitas ( ) dan permeabilitas ( ) [6].
Universitas Sumatera Utara
Peristiwa perambatan seberkas gelombang (sinar) radio dari suatu medium dengan permitivitas 1 (
) dan permeabilitas 1 (
dengan permitivitas 2 (
) dan permeabilitas 2 (
) ke medium lain yang berbeda ), maka peristiwa pemantulan
dan pembiasan gelombang akan terjadi pada perbatasan dari kedua medium tersebut seperti pada Gambar 2.1 [6].
Gelombang Pantul Gelombang Bias Medium 1:
,
Medium 2:
,
Gelombang Datang Gambar 2.1 Gelombang Pantul dan Gelombang Bias [6] Gelombang pantul dan gelombang bias yang dihasilkan memiliki frekuensi yang sama persis dengan gelombang datang. Arah dari kedua gelombang tersebut mengikuti hukum pemantulan Snell pada Persamaan 2.1 dan hukum pembiasan Snell pada Persamaan 2.2 [6].
(2.1)
(2.2)
dimana
,
dan
secara berurut masing-masing adalah sudut datang, sudut
pantul dan sudut bias. Parameter n adalah indeks bias yang mana besar nilainya tergantung dari permitivitas relatif
dan permeabilitas relatif
yang dapat
ditentukan menggunakan Persamaan 2.3 [6]. √
(2.3)
Universitas Sumatera Utara
2.2 Rugi-Rugi Lintasan (Path Loss) Elemen yang paling utama dalam perancangan jaringan radio adalah rugirugi lintasan. Elemen rugi-rugi lintasan mencakup free space loss (rugi-rugi ruang bebas), rugi-rugi atmosfer, penyerapan uap air, pengendapan, fading, multipath dan berbagai efek lainnya berdasarkan frekuensi dan lingkungannya [8]. Jika jalur utama propagasi merupakan ruang bebas maka rugi-rugi lintasan yang diakibatkan oleh ruang bebas dapat dihitung menggunakan persamaan rugi-rugi ruang bebas Friis yang dinyatakan pada Persamaan 2.4 [8].
.
/
(2.4)
atau dengan Persamaan 2.5 [8], yaitu. ( )
( )
(2.5)
dimana: L = Rugi-rugi lintasan (dB) GT = Gain antena pemancar (dBi) GR = Gain antena penerima (dBi) λ = Panjang gelombang (m) d = Jarak antara pemancar dan penerima (m)
Pada beberapa aplikasi, gain antena tidak termasuk dalam persamaan rugirugi lintasan, sehingga persamaan rugi-rugi ruang bebas Friis dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.6 [8].
.
/
(2.6)
dimana Lfsl adalah rugi-rugi lintasan ruang bebas (dB)
Universitas Sumatera Utara
2.3 Model Propagasi Gelombang Radio dari Luar ke Dalam Bangunan Rugi-rugi lintasan yang terjadi dari pemancar di luar bangunan hingga ke penerima di dalam bangunan dapat diperkirakan dengan membagi prediksi rugirugi lintasan ke dalam tiga bagian. Proses perhitungan untuk ketiga bagian prediksi rugi-rugi lintasan tersebut dapat dilakukan secara terpisah. Sehingga rugirugi lintasan yang terjadi diantara pemancar dan penerima merupakan hasil penjumlah dari ketiga prediksi rugi-rugi lintasan tersebut yang dapat dinyatakan pada Persamaan (2.7) [1].
(2.7)
Dimana
merupakan total rugi-rugi lintasan yang terjadi diantara
pemancar dan penerima.
merupakan rugi-rugi lintasan dari pemancar di luar
bangunan hingga tepat pada bangunan. Lpn merupakan rugi-rugi lintasan akibat gelombang radio di dalam bangunan. Kemudian, Lin merupakan rugi-rugi lintasan di dalam bangunan [1]. Secara umum, model propagasi rugi-rugi lintasan dibagi menjadi 3 jenis, yaitu model empiris, model semi-deterministik dan model deterministik. Model empiris adalah model yang digunakan berdasarkan hasil observasi dan pengukuran, bersifat sederhana karena hanya memerlukan beberapa parameter saja, tetapi hasilnya tidak begitu akurat. Contoh model empiris ini adalah model Okumura. model Hata, model Paulsen, model COST231 Multi Wall [3] dan model ITU-R [5]. Model semi-deterministik adalah model empiris yang menggunakan beberapa komponen model deterministik. Contoh model ini adalah model COST231 Hata COST231 WI, model COST231 [4], model Miura [1] dan model K ̈ rner [9]. Model deterministik adalah model yang sangat spesifik, membutuhkan banyak informasi tentang letak geografis dari sebuah kota atau bangunan, kemampuan komputasi yang baik namun hasilnya akurat. Contoh model deterministik ini adalah model Ray Tracing [6]. Beberapa model propagasi di dalam bangunan menggunakan pemancar dari luar bangunan (Outdoor to Indoor) adalah model Paulsen [3], model Miura [1], model K ̈ rner [9] dan lain sebagainya. Pada penelitian ini hanya
Universitas Sumatera Utara
menggunakan model Paulsen karena model Paulsen merupakan model empiris sehingga lebih cocok digunakan pada penelitian ini untuk memprediksi rugi-rugi lintasan dari luar bangunan hingga ke dalam bangunan. Hal ini disebabkan karena pada model Paulsen, prediksi rugi-rugi lintasan di luar bangunan ditentukan dengan model propagasi luar bangunan yang sesuai dengan kondisi penelitian. Sedangkan rugi-rugi lintasan di dalam bangunan hanya dipengaruhi oleh dinding dan jumlah lantai di dalam gedung [3]. Model Miura tidak digunakan di dalam penelitian ini karena model ini merupakan pengembangan dari model COST231 yang mengasumsikan bahwa gelombang radio dominan yang diterima oleh penerima di dalam bangunan berasal dari bagian bangunan yang terbuka, seperti pintu dan jendela [1]. Pada Penelitian [1] model Miura lebih mendekati terhadap hasil pengukuran daripada model COST231. Namun pada saat ini belum tentu semua bangunan memiliki pintu dan jendela dalam kondisi terbuka disebabkan hampir semua bangunan memiliki pengatur suhu ruangan (Air Conditional). Kemudian pada model Miura diperlukan pula ukuran dan posisi pintu terhadap pemancar untuk memprediksi besar sudut pantul akibat gelombang radio yang menabrak pintu ataupun jendela yang mana sudut tersebut digunakan untuk memprediksi rugi-rugi lintasan [1]. Berbeda halnya dengan model Paulsen yang menyatakan bahwa berkurangnya rugi-rugi lintasan pada suatu bangunan akibat bagian dinding yang terbuka telah diperhitungkan secara implisit bersamaan dengan rugi-rugi lintasan akibat menembus dinding. Model Paulsen juga mengasumsikan bahwa besarnya daya gelombang radio yang sampai pada dinding terluar di suatu bangunan adalah sama kuat [3]. Model K ̈ rner mengandung tiga faktor penyerapan empiris (empirical penetration factor) dalam menentukan prediksi rugi-rugi lintasan yang terjadi, yaitu faktor penyerapan empiris yang menggambarkan penambahan rugi-rugi penyerapan akibat sudut datang gelombang menuju 00 terhadap dinding terluar bangunan (Lpar), faktor penyerapan empiris yang menggambarkan rugi-rugi penyerapan akibat sudut datang gelombang yang tegak lurus terhadap dinding terluar bangunan (Lperp). Dan faktor penyerapan empiris yang menggambarkan rugi-rugi lintasan secara empiris di dalam bangunan (Lemp). Model K ̈ rner tidak
Universitas Sumatera Utara
digunakan dalam penelitian ini karena model ini memiliki dua faktor penyerapan empiris yang bersifat semideterministik, yaitu Lpar dan Lperp.
Dimana untuk
menghitung rugi-rugi lintasan menggunakan rumus ini diperlukan besar sudut datang gelombang radio terhadap dinding terluar. Kemudian model ini juga membagi perhitungan rugi-rugi lintasan dari pemancar di luar bangunan hingga tepat pada bangunan (LOut) ke dalam tiga model, yaitu model bidang vertikal (Vertical Plane Model – VPM), model lintasan jamak (Multipath Model – MPM) dan model tumbuhan (Vegetation Model – VegMod). Dimana ketiga model memiliki parameter yang mudah berubah seperti berubahnya pohon-pohon menjadi bangunan atau ketinggian bangunan yang semakin tinggi dan jumlah bangunan yang rapat. Ilustrasi propagasi gelombang radio model K ̈ rner seperti pada Gambar 2.2 [9].
Model Lintasan Jamak (MPM) Model Tumbuhan (VegMod)
Model Bidang Vertikal (VPM)
Gambar 2.2 Ilustrasi Propagasi Gelombang Radio Model K ̈ rner [9]
Terdapat dua keadaan pada model Paulsen yang mempengaruhi total rugirugi lintasan hingga ke dalam bangunan, yaitu [3] : 1. Pemancar didefinisikan sebagai makrosel (antena pemancar berada pada ketinggian jauh di atas bangunan tempat penerima berada)
Universitas Sumatera Utara
2. Pemancar didefinisikan sebagai mikrosel (antena pemancar berada pada ketinggian hampir sama dengan bangunan tempat penerima berada) Perhitungan rugi-rugi penyerapan sinyal pada daerah makrosel digunakan Persamaan 2.8 [3]. ( )
( )
(2.8)
dimana : LMak
= Total rugi-rugi lintasan dari pemancar ke penerima (dB)
L(d)
= Rugi-rugi lintasan dari luar bangunan hingga ke gedung (dB)
Lwe
= Penyerapan gelombang radio oleh dinding luar (dB)
Lwi
= Penyerapan gelombang radio oleh dinding dalam (dB)
nw
= Jumlah dinding dalam diantara pemancar dan penerima
nf
= Jumlah lantai, dimana lantai dasar sama dengan nol
Gh
= Kenaikan gain tiap lantai (height gain per floor), kenaikan gain terjadi karena kenaikan daya di penerima ketika penerima menuju lantai yang lebih tinggi.
vi
= Sudut datang (seperti pada Gambar 2.3)
vh
= Deviasi secara horizontal terhadap bidang datar
Besar konstanta Lwe dan Lwi dapat dilihat pada Tabel 2.1 dan Gh bernilai 2 dB untuk setiap kenaikan lantai. Jika diantara pemancar dan penerima tidak terdapat sinyal langsung (LOS) maka daya yang diterima pada setiap permukaan dinding terluar pada bangunan akan dianggap sama besar. Dalam kasus ini, dinding dalam harus dihitung dari dinding luar karena dinding luar tidak berhadapan langsung dengan gelombang radio dari pemancar sehingga dinding luar dianggap sama dengan nol. Gambar 2.3 merupakan penjelasan secara ilustrasi mengenai variabel-variabel yang digunakan dalam model ini [3].
Universitas Sumatera Utara
Lwe
Pemancar
vi
n.Gh
vi
Penerima d (in)
L (d)
Gambar 2.3 Ilustrasi Sinyal Datang Gelombang Radio [3] Ilustrasi tampilan sudut deviasi sinyal datang secara horizontal terhadap bidang datar (vh) diperlihatkan pada Gambar 2.4 [3]. Pemancar
vh
Rx Rx Rx Rx Penerima
Gambar 2.4 Ilustrasi Deviasi Secara Horizontal Terhadap Bidang Datar [3]
Perhitungan rugi-rugi penyerapan sinyal pada daerah mikrosel digunakan Persamaan 2.9 [3]. Pada keadaan ini terdapat sinyal langsung diantara bangunan dan pemancar. Untuk menghitung rugi-rugi lintasan di dalam kasus ini digunakan Persamaan 2.9 dengan asumsi bahwa vh (sudut deviasi horizontal) kecil yaitu vh < 100 [3]. ( )
( )
(2.9)
Dimana nilai Lwe dan Lwi diperlihatkan pada Tabel 2.1. Jika pemancar terletak sangat dekat dengan bangunan dan penerima berada pada posisi yang tinggi di dalam bangunan, kemudian vh menjadi besar. Maka dalam kasus ini digunakan pola radiasi antena secara vertikal serta jarak geometri yang
Universitas Sumatera Utara
sebenarnya untuk menghitung rugi-rugi lintasan di luar bangunan. Jika besar sudut datang gelombang terhadap dinding luar meningkat maka akan menambah besar rugi-rugi penyerapan seperti yang diperlihatkan pada Tabel 2.1. Besar rugi-rugi pada kasus ini dapat digunakan Persamaan 2.10 [3]. (
( )
)
(2.10)
Dimana L (dgeometri, pola radiasi vertical) adalah rugi-rugi lintasan luar bangunan dari pemancar hingga dinding luar bangunan dimana perhitungan dilakukan sesuai dengan jarak yang sebenarnya dengan pola radiasi antena pemancar vertikal [3].
Tabel 2.1 Pelemahan Daya Sinyal Terhadap Jenis Material Dinding [3] Lwall (dB)
Lwall (dB)
Lwall (dB)
Min
Normalnya
Max
4
4
5
9
11
12
Beton (25 cm) tanpa celah
10
13
18
Beton (2x20 cm), di dalam bangunan
14
17
20
Beton (10 cm), di dalam bangunan
3
6
7
Dinding bata dengan celah yang kecil
3
4
5
9
10
11
Beton (10 cm), di dalam bangunan
3
6
7
Dinding kaca
1
2
3
Dinding kaca tebal
7
8
9
Beton (20 cm) dengan celah yang luas
-
5,4
-
Beton (30 cm)
-
9,4
-
Bata (63 cm)
-
4,0
-
Bata (70 cm)
-
4,5
-
Beton berpori
-
6,6
-
Jenis Dinding Beton (25 cm) dengan celah yang lebar Beton (25 cm) dengan celah dan sudut datang yang lebar
Dinding baja (1 cm) dengan celah yang lebar
Universitas Sumatera Utara
Variabel L(d) pada model Paulsen ditentukan menggunakan model propagasi luar bangunan, seperti model Ikegami, model Okumura, mode Hata, model Walfisch-ikegami, model COSt231 Hata, model Bartoni dan lain sebagainya. Pemilihan model propagasi bangunan yang digunakan sesuai dengan kecocokan model tersebut terhadap kondisi lingkungan yang diteliti [3].
2.4 Model Propagasi Luar Bangunan Model propagasi di luar bangunan mendeskripsikan bahwa pemacar dan penerima berada di luar bangunan. Model propagasi gelombang radio di luar bangunan khususnya pada daerah berkembang sangat dipengaruhi oleh ukuran dan kerapatan gedung. Ada 6 faktor yang digunakan dalam mengkalisifikasikan jenis lingkungan, yaitu [8]: 1. Kerapatan gedung 2. Ukuran gedung 3. Tinggi gedung 4. Lokasi gedung 5. Kerapatan tumbuh-tumbuhan 6. Undulasi daerah terrain Peristiwa propagasi lingkungan diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu rural, suburban dan urban. Daerah rural adalah daerah persawahan dengan sedikit rumah-rumah di sekitarnya, dan masih banyak terdapat daerah terbuka atau lebih dikenal dengan daerah pedesaan. Daerah suburban atau kota kecil adalah daerah perumahan dengan kerapatan yang rendah. Daerah urban atau perkotaan adalah daerah dengan gedung-gedung bertingkat dengan kerapatan yang tinggi. Klasifikasi daerah urban ini terdiri dari dua jenis, yaitu small atau medium-sized city (kota kecil atau sedang) dan large city atau metropolitan centre (kota besar). Daerah urban medium-sized city merupakan daerah perkotaan dengan gedunggedung bertingkat dengan tinggi rata-rata kurang dari 5 tingkat dan lebar jalan kurang dari 15 m. Sedangkan daerah urban metropolitan centre merupakan daerah perkotaan dengan gedung-gedung bertingkat dengan tinggi rata-rata lebih dari 5 tingkat dan lebar jalan lebih besar dari 15 m [8].
Universitas Sumatera Utara
Sejumlah model propagasi rugi-rugi lintasan telah dikembangkan dalam memprediksi redaman pada lintasan sinyal. Model-model ini ditujukan untuk memprediksi kekuatan sinyal di titik lokasi penerimaan tertentu dengan metode yang bervariasi dalam pendekatannya, kerumitannya maupun ketepatannya. Jarak antara pemancar dan penerima, tinggi antena pemancar dan penerima serta frekuensi pembawanya merupakan variabel-variabel dalam proses perhitungan nilai redaman [8]. Penelitian ini hanya menggunakan model semi deterministik yaitu model propagasi COST231 WI untuk menghitung rugi-rugi transmisi yang dialami gelombang radio dari pemancar hingga tepat pada bangunan yang diteliti (LOut). Hal yang mendasari pemilihan model COST231 WI sebagai sebagai pensubstitusi variabel L(d) pada model Paulsen adalah model COST231 WI merupakan hasil pengembangan dari model-model sebelumnya, seperti model Ikegami, model Okumura, model Bartoni, model Walfisch dan model Hata [4]. Model COST231 Hata tidak digunakan dalam penelitian ini walaupun model ini juga merupakan hasil pengembangan dari model-model sebelumnya karena model COST231 Hata tidak mempertimbangkan tinggi gedung rata-rata di daerah pusat kota yang menjadi lokasi penelitian [4]. Dimana pertumbuhan infrastruktur bangunan di pusat kota cepat berkembang sehingga rugi-rugi lintasan akan cepat berubah. Berbeda halnya dengan model COST231 WI yang mempertimbangkan ketinggian rata-rata bangunan [4]. Model COST231 WI merupakan model yang cocok digunakan untuk memprediksi rugi-rugi lintasan di daerah kota [4]. Model ini diaplikasikan untuk daerah dimana pemancar tidak kelihatan secara langsung oleh penerima disebabkan banyaknya objek penghalang di antara pemancar dan penerima seperti yang terlihat pada Gambar 2.5 [3].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Ilustrasi Model COST231 WI pada Daerah Urban [3]
Gambar 2.5 menunjukkan bahwa pemancar dan penerima bersifat Non Line Of Sight (NLOS), sehingga dalam hal ini penerima hanya menerima sinyalsinyal hasil difraksi dari penghalang-penghalang yang ada di antara pemancar dan penerima (multiedge or rooftop difraction) [4]. Geometri dari model COST231 WI ini dapat dilihat pada Gambar 2.6 [4].
Gambar 2.6 Geometri Model COST231 WI [4]
Gambar 2.6 menunjukkan beberapa mekanisme propagasi dari model COST231 WI ini. Jalur 1 dan 2 merupakan jalur propagasi utama ke penerima, yang berpropagasi di atas gedung yang ada di sekitarnya dengan gedung yang terdekat dengan penerima. Jalur 3 merupakan propagasi penetrasi gedung (penembusan gedung) dan jalur 4 merupakan propagasi dari difraksi dan refleksi bertingkat [4].
Universitas Sumatera Utara
Ada 4 faktor yang diikutsertakan dalam perhitungan rugi-rugi lintasan untuk model ini, yaitu [4]: 1. Tinggi gedung (h) 2. Lebar jalan (w) 3. Jarak antar gedung (b) 4. Orientasi jalan yang berkaitan dengan jalur LOS (φ) Model ini membedakan antara propagasi LOS dan NLOS. Untuk propagasi LOS, model ini menggunakan Persamaan 2.11 [4]. (
dimana
)
( )
untuk dout ≥ 20 m
(2.11)
adalah jarak antara pemancar dan bangunan (km) dan fc adalah
frekuensi pembawa (MHz). Sedangkan untuk propagasi NLOS, model ini menggunakan Persamaan 2.12 [4].
(2.12)
adalah rugi-rugi ruang bebas di luar bangunan yang dihitung dengan Persamaan 2.13 [4]. (
)
( )
(2.13)
Lrts adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh difraksi atap bangunan hingga ke jalan (rooftop to street), yang besarnya dihitung dengan Persamaan 2.14 [4]. ( )
( )
(
)
(2.14)
Dimana h adalah tinggi gedung (m), hm adalah tinggi antena penerima (m) dan Lori adalah faktor orientasi jalan terhadap sinyal datang yang dihitung dengan Persamaan 2.15 [4].
Universitas Sumatera Utara
{
( (
) )
(2.15)
dimana φ adalah sudut orientasi jalan, yaitu sudut yang dibentuk oleh sinyal langsung (direct path) dan jalan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 dan dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.16 [4].
.
/
(2.16)
dimana h adalah tinggi rata-rata gedung (m).
Gambar 2.7 Sudut Orientasi Jalan φ [4]
Rugi-rugi multiple screen difraction (Lmsd) adalah rugi-rugi yang diperkirakan akibat adanya pengaruh difraksi dari banyaknya objek penghalang antara pemancar dan gedung yang terdekat dengan penerima. Lmsd dihitung dengan Persamaan 2.17 [4]. (
)
( )
( )
(2.17)
dimana Lbsh, ka, kd dan kf dihitung dengan Persamaan 2.18, Persamaan 2.19, Persamaan 2.20 dan Persamaan 2.21 [4].
Universitas Sumatera Utara
,
{
{
{
(
)-
(
)
(
)
(
(2.18)
(2.19)
(2.20)
)
{
.
/
.
/
(2.21)
ka mempresentasikan kenaikan rugi-rugi lintasan ketika antena pemancar berada di bawah ketinggian atap. kd dan kf adalah faktor rugi-rugi difraksi yang besarnya ditentukan oleh frekuensi dan ketinggian antena pemancar dengan bangunan [3]. Jika data ketinggian gedung tidak diperoleh, maka model ini memberikan nilai toleransi yang direkomendasikan, seperti pada Persamaan 2.22 [4] dengan ( )
(2.22)
{
jarak antar gedung (b) sekitar 20 m sampai dengan 50 m, lebar jalan (w) sebesar b/2 dan sudut orientasi jalan (φ) sebesar 90o. Batasan untuk model COST231 WI ini [4], yaitu : 1. Frekuensi kerja (fc)
= 800 MHz - 2000 MHz
2. Tinggi antena pemancar (hb)
= 4 m - 50 m
3. Tinggi antena penerima (hm)
=1m-3m
4. Jarak antara pemancar dan penerima (d) = 0,02 km - 5 km. Model ini telah diterima oleh badan standarisasi internasional ITU-R dan dapat diaplikasikan untuk tinggi antena pemancar di atas ketinggian bangunan.
Universitas Sumatera Utara
Mean error yang dizinkan adalah sebesar ± 3 dB dan standar deviasi sebesar 4 – 8 dB [4].
2.5 Model Propagasi Dalam Bangunan Model propagasi di dalam bangunan mendeskripsikan bahwa pemancar dan penerima berada pada bangunan yang sama. Sama halnya dengan model propagasi di luar bangunan, model propagasi di dalam bangunan juga banyak tersedia. Namun pada penelitian ini hanya membahas model propagasi empiris dengan pertimbangan bahwa model ini lebih cocok digunakan di dalam bangunan dari pada model deterministik. Kecocokan itu terlihat pada model empiris tidak memerlukan data yang terperinci mengenai keadaan di dalam bangunan yang dapat berupa perabot, kepadatan manusia dan lain sebagainya dimana kesemuanya itu merupakan data yang selalu berubah dan belum tentu sama dengan bangunan lain yang masih berada dalam satu cakupan pemancar yang sama. Hal ini disebabkan karena pada model empiris rugi-rugi transmisi yang diakibatkan oleh penghalang-penghalang tersebut telah diwakili secara implisit oleh variabel tertentu di dalam formula model propagasi tersebut [4] [5]. Beberapa model propagasi di dalam bangunan, yaitu model COST231 Multi Wall (MW) [4], model ITU-R [5], model Keenan, model Motley, model Keenan-Motley [10], model Resolution Frequency Domain Parflow (MR-FDPF) [11] dan lain sebagainya. Pada penelitian ini, model propagasi yang digunakan dalam perhitungan rugi-rugi lintasan di dalam bangunan hanya model propagasi COST231 MW dan model propagasi ITU-R. Dengan pertimbangan bahwa model COST231 MW dan model ITU-R merupakan model empiris sehingga lebih cocok digunakan di dalam bangunan yang mana terdapat banyak penghalang yang cepat berubah baik kerapatannya maupun posisinya [4] [5]. Kemudian model COST231 MW merupakan pengembangan dari model Keenan-Motley dimana model Keenan-Motley merupakan pengembangan dari model Keenan dan model Motley [10]. Model ITU-R merupakan model empiris hasil akhir dari organisasi ITU. Model MR-FDPF tidak digunakan dalam penelitian ini karena model ini merupakan model stokastik yang memerlukan informasi yang spesifik di dalam bangunan [11]
Universitas Sumatera Utara
2.5.1 Model Propagasi COST231 Multi Wall Model COST231 MW merupakan pengembangan dari model KeenanMotley [4] [10]. Perbedaan yang mencolok pada kedua jenis model ini terletak pada penjelasan formula rugi-rugi lintasan akibat penyerapan daya sinyal yang menembus beberapa lantai yang berada diantara pemancar dan penerima. Model Keenan-Motley menyatakan bahwa besarnya daya sinyal yang hilang akibat melalui beberapa lantai dapat digambarkan sebagai fungsi linear terhadap kenaikan jumlah lantai yang ditembus oleh sinyal. Sedangkan pada model COST231 MW besarnya daya yang hilang tersebut tidak dapat digambarkan sebagai fungsi linear melainkan sebagai fungsi eksponensial yang dipengaruhi oleh faktor empiris
[4].
Total rugi-rugi lintasan pada model COST231 MW yang terjadi di dalam bangunan merupakan jumlah dari rugi-rugi lintasan ruang bebas, rugi-rugi lintasan akibat menembus lantai dan rugi-rugi lintasan akibat menembus dinding yang berada diantara pemancar dan penerima. Telah diteliti bahwa total rugi-rugi gelombang radio akibat menembus beberapa lantai bukanlah merupakan fungsi linear terhadap peningkatan jumlah lantai. Melainkan merupakan fungsi eksponensial seperti yang diperlihatkan pada Persamaan 2.23 [4].
[
∑
]
(2.23)
Variabel LFSPLi ditentukan menggunakan Persamaan 2.24 [4]. (
)
( )
(2.24)
dimana : LMW
= Rugi-rugi lintasan total (dB)
LFSPLi
= Rugi-rugi ruang bebas di dalam bangunan (dB)
LC
= Konstanta rugi-rugi
kwi
= Jumlah dinding yang ditembus pada jenis ke-i
kfi
= Jumlah lantai yang ditembus pada jenis ke-i
Lwi
= Rugi-rugi dinding yang ditembus pada jenis ke-i (dB)
Universitas Sumatera Utara
Lfi
= Rugi-rugi lantai yang ditembus pada jenis ke-i (dB)
bmw
= Faktor empiris
I
= Jumlah jenis dinding
Rugi-rugi LC merupakan variabel yang besarnya ditentukan dari hasil pengukuran terhadap rugi-rugi akibat penyerapan oleh dinding yang dilalui sinyal dengan menggunakan metode regresi linear bertingkat. Biasanya besar nilai konstanta tersebut mendekati nol. Untuk alasan praktis dalam menentukan rugirugi lintasan akibat penyerapan dinding maka jumlah jenis dinding yang berbeda yang dilalui oleh gelombang radio harus tetap sedikit. Jika sebaliknya, maka perbedaan diantara jenis dinding menjadi kecil dan penempatannya di dalam model ini menjadi tidak jelas. Maka dibuatlah pembagian jenis dinding ke dalam dua tipe seperti yang diperlihatkan pada Tabel 2.2 [4].
Tabel 2.2 Pembagian Jenis Dinding pada Model COST231 MW [4] Jenis Dinding
Deskripsi Sebuah dinding yang tidak dibebani oleh suatu
Dinding Tipis (Lw1)
bantalan pada salah satu atau kedua sisi dinding seperti dinding eternit, dinding papan dan diding beton tipis dengan ketebalan kurang dari 10 cm. Sebuah dinding yang dibebani oleh suatu bantalan atau
Dinding Tebal (Lw2)
jenis dinding yang lainnya dengan ketebalan dinding lebih dari 10 cm yang terbuat dari bahan berat, seperti beton atau batu bata.
Besar nilai variabel-variabel pada model ini telah ditentukan berdasarkan hasil pengukuran yang dilakukan oleh organisasi-organisasi komunikasi seperti Alcatel, CNET, TUW, UPC, VTT dan Ericsson. Meskipun organisasi-organisasi tersebut melakukan pengukuran dengan metode dan peralatan yang berbeda. Namun setiap pengukuran harus dilakukan dengan aturan umum yang telah ditentukan sebelumnya yaitu posisi pemancar ditempatkan pada pusat gedung sedangkan posisi penerima berpindah ke beberapa tempat yang masih tercakup
Universitas Sumatera Utara
oleh pemancar, ketinggian pemancar dari lantai sekitar 1,5–3,0 m, antena yang digunakan jenis omnidireksional dengan besar gain 1,3–2,2 dB, daya pancar 1030 dBm dan jenis polarisasi yang digunakan adalah vertikal untuk setiap pengukuran [4]. Pengukuran tersebut dilakukan sebanyak 10-50 sampel dengan rata-rata panjang gelombang 1-6 λ pada sebagian besar pengukuran oleh setiap organisasi. Perlu diketahui bahwa seluruh hasil pengukuran tersebut secara implisit telah termasuk rug-rugi yang disebabkan oleh berbagai jenis perabot yang terdapat di dalam bangunan dan koridor-koridor yang dilalui oleh gelombang radio tersebut. Kemudian hasil pengukuran pada setiap kategori lingkungan tersebut dihitung nilai rata-ratanya sehingga diperoleh pendekatan hasil terhadap nilai variabelvariabel pada model ini seperti pada Tabel 2.3 [4].
Tabel 2.3 Nilai Variabel-Variabel pada Model COST 231 MW [4] Keadaan Bangunan
Lwi [dB]
Lw2 [dB]
Lf [dB]
3,4
6,9
18,3
0,46
Terbuka
3,4
6,9
18,3
0,46
Luas
3,4
6,9
18,3
0,46
koridor
3,4
6,9
18,3
0,46
Padat Satu Lantai Dua Lantai Beberapa Lantai
Penjelasan
mengenai
jenis
keadaan
bangunan
pada
Tabel
2.3
diperlihatkan pada Tabel 2.4. Pada katagori bangunan padat pengukuran dilakukan pada keadaan satu lantai, dua lantai dan beberapa lantai. Hal ini secara berturut-turut dengan maksud agar pengukuran dilakukan pada saat posisi pemancar dan penerima berada pada lantai yang sama, berada diantara dua lantai yang berdekatan dan berada pada lebih dari dua lantai [4].
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.4 Penjelasan Kategori Lingkungan Dalam Bangunan [4] Kategori Lingkungan
Deskripsi Keadaan lingkungan pada bangunan-bangunan kecil
Padat (Dense)
misalnya pada sebuah kantor dimana tiap-tiap karyawan menempati ruangannya masing-masing; sering terjadi peristiwa NLOS. Keadaan lingkungan pada ruangan yang luas; misalnya
Terbuka (Open)
pada sebuah ruangan terdapat beberapa karyawan; sering terjadi peristiwa LOS (Line Of Sight) ataupun OLOS (Obstacled Line Of Sight). Keadaan lingkungan pada bangunan yang sangat luas;
Luas (Large)
seperti pada pabrik, pusat perbelanjaan atau bandara; sering terjadi peristiwa LOS ataupun NLOS. Keadaan lingkungan dimana pemancar dan penerima
Koridor (Corridor)
berada pada koridor yang sama sehingga sering terjadi perstiwa LOS.
2.5.2 Model Propagasi ITU-R Perhitungan rugi-rugi lintasan pada model propagasi ITU-R di dalam bangunan mengasumsikan bahwa pemancar dan penerima berada di dalam bangunan yang sama. Rugi-rugi lintasan gelombang radio dari pemancar menuju penerima di dalam bangunan dapat diperkirakan dengan dua model yaitu sitegeneral model (model dengan informasi keadaan yang umum) dan site-specific model (model dengan informasi keadaan yang spesifik). Namun pada penelitian ini hanya menggunakan site-general model sehingga teori mengenai site-general model lebih ditekankan [5]. Dengan pertimbangan bahwa pada model site-specific model memerlukan data yang spesifik mengenai keadaan di dalam bangunan yang cendrung mudah berubah. Site-general model adalah jenis model yang hanya memerlukan sedikit informasi mengenai keadaan daerah cakupan pemancar yang akan diteliti dalam menentukan rugi-rugi lintasan. Model ini juga menjelaskan bahwa rugi-rugi
Universitas Sumatera Utara
lintasan gelombang radio di dalam bangunan ditandai oleh rugi-rugi lintasan ratarata dan hal-hal yang terkait dengan nilai fading shadow [5]. Kebanyakan model propagasi di dalam bangunan melakukan perhitungan pelemahan sinyal akibat menembus beberapa dinding dan/atau lantai. Namun pada model ini tidak memperhitungkan rugi-rugi lintasan akibat menembus dinding tetapi memperhitungkan rugi-rugi daya sinyal akibat menembus lantai. Hal ini dilakukan untuk memperediksi luas cakupan penggunaan frekuensi yang sama diantara lantai. Model ini menambahkan koefisien rugi-rugi daya (distance power loss coefficient) di dalam perhitungan rugi-rugi lintasan yang telah ditentukan seperti yang diperlihatkan pada Tabel 2.5. Dimana koefisien ini telah mewakili rugi-rugi transmisi akibat dinding, perabot di dalam bangunan serta mekanisme rugi-rugi lintasan lain yang mirip yang terdapat di dalam gedung sehingga memungkinkan sinyal tersebut dapat digunakan pada lantai yang sama. Pada site-specific model rugi-rugi lintasan akibat dinding dihitung secara eksplisit. Persamaan 2.25 merupakan persamaan prediksi rugi-rugi lintasan untuk model site-specific [5]. ( )
(
)
( )
(2.25)
dimana : N
= Koefisien jarak rugi-rugi daya (distance power loss coefficient)
f
= Frekuensi (MHz)
din
= Jarak pisah diantara pemancar dan penerima dimana pemancar dan penerima berada di dalam bangunan yang sama (dimana d >1m)
Lf
= Faktor rugi-rugi penyerapan oleh lantai (dB)
n
= Jumlah lantai diantara pemancar dan penerima (n 1)
parameter-parameter khusus berdasarkan hasil berbagai pengukuran diperlihatkan pada Tabel 2.5 [5].
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.5 Koefisien Power Loss, N [5] Bangunan Tempat
Bangunan
Bangunan Tempat
Tinggal
Perkantoran
Perbelanjaan
900 MUz
-
33
20
1,2-1,3 GHz
-
32
22
1,8-2 GHz
28
30
22
2,4 GHz
28
30
-
3,5 GHz
-
27
-
4 GHz
-
28
22
31
-
Frekuensi
5,2 GHz
30 (Apartemen) 28 (Rumah)
5,8 GHz
-
24
-
60 GHz
-
22
17
70 GHz
-
22
-
Tabel 2.5 menunjukkan bahwa besar nilai koefisien power loss ditentukan oleh jenis pemanfaatan bangunan dan frekuensi yang digunakan. Sedangkan untuk besarnya rugi-rugi lintasan akibat penyerapan lantai diperlihatkan pada Tabel 2.6 [5]. Tabel 2.6 Faktor Rugi-Rugi Penyerapan Daya Terhadap Lantai, Lf (dB) [5] Frekuensi
Bangunan Tempat
Bangunan
Bangunan Tempat
Tinggal
Perkantoran
Perbelanjaan
9 (1 lantai) 900 MHz
-
19 (2 lantai)
-
24 (3 lantai) 1,8-2 GHz 2,4 GHz
3,5 GHz
5,2 GHz
5,8 GHz
4n 10 (Apartemen) 5 (Rumah) 13 (Apartemen) 7 (Rumah) -
15+4(n-1)
6+3(n-1)
14
-
18 (1 lantai) 26 (2 lantai) 16 (1 lantai) 22 (1 lantai) 28 (2 lantai)
-
-
-
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan jenis pita frekuensi yang lain dimana koefisien power loss tidak ada untuk bangunan tempat tinggal, maka nilai tersebut dapat digunakan dari bangunan kantor. Standar deviasi dan log-normal dari nilai fading shadow di dalam bangunan ditunjukkan pada Tabel 2.7 [5].
Tabel 2.7 Standar Deviasi Fading Shadow [4] Frekuensi
Bangunan Tempat
Bangunan
Bangunan Tempat
(GHz)
Tinggal (dB)
Perkantoran (dB)
Perbelanjaan (dB)
1,8-2
8
10
10
3,5
-
8
-
5,2
-
12
-
5,8
-
17
-
Universitas Sumatera Utara
