Desain Perencanaan Radio Link untuk Komunikasi Data Radar Satuan Radar 242 TWR dengan Kosek Hanudnas IV Biak Firmansyah¹, Gatot Kusrahardjo² dan Achmad Affandi³
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya (email : ¹
[email protected], ²
[email protected], ³
[email protected])
ABSTRAK
2.
Sebuah Radio Link didesain untuk digunakan sebagai Komunikasi Data Radar antara Satuan Radar (Satrad) 242 dengan Komando Sektor Pertahanan Udara Nasional (Kosek Hanudnas) IV Biak. Dengan memanfaatkan frekuensi 2,4 GHz pada band ISM (Industrial, Scientific dan Medical) dalam komunikasi Line of Sight (LOS), desain link yang terpisah jarak 34 kilometer ini dibuat. Survei lokasi dilakukan dalam membuat Path Profile dengan data terrain dan diperlukan dua repeater untuk menghubungkan tiga link dalam desain tersebut. Kalkulasi link budget dilakukan untuk perhitungan EIRP dan RSL dan diperoleh RSL sebesar -12.32 dBm, - 33.04 dBm dan -52.72 dBm dan nilai ini diatas nilai Rx sensivity antena sebesar -75 dBm (54 Mbps), sehingga radio link dapat berkomunikasi dengan baik. Analisa juga dilakukan untuk mengetahui ketinggian minimum antena yang diperlukan dengan menghitung jari-jari Fresnel zone, dan diperoleh tinggi antena 15-25-25-10 (meter) untuk tiap titik lokasi. Desain ini juga dirancang untuk tercapainya suatu sistem dengan High Availability sebagai backbone jaringan antara satrad dengan Kosek IV.
Radio Link merupakan komunikasi wireless dengan menggunakan gelombang elektromagnetik (GEM) untuk mengirimkan sinyal dalam jarak jauh[1].
Kata kunci : Radio Communication, Radio Link, Data Communication
1.
Pendahuluan
Kebutuhan akan sarana komunikasi semakin meningkat diiringi dengan berkembangnya teknologi komunikasi wireless saat ini, yang juga dirasakan oleh TNI Angkatan Udara dalam mendukung tugasnya di bidang pertahanan udara. Seperti halnya Satuan Radar 242 Biak yang merupakan bagian dari Kosek Hanudnas IV, kebutuhan akan sarana ini sangat diperlukan, dalam aplikasinya berupa konfigurasi jaringan komunikasi (jarkom) yang baik berupa voice, data, maupun video yang digunakan komsat TNI sebagai sandaran utama dengan gelar radio link, mendukung jaringan komunikasi yang sudah ada berupa komunikasi radio HF/SSB, radio VHF/UHF dan komunikasi SBM (Stasiun Bumi Mini).
Konsep Radio Link dan Kalkulasi Link Budget.
Gambar 1. Komponen Gelombang Elektromagnetik
GEM memiliki wilayah frekuensi yang sering di sebut sebagai spektrum elektromagnetik². Approximate frequency in Hz
Approximate wavelength in meters
Gambar 2. Spektrum Elektromagnetik.
Istilah lain yang sering didengar adalah bandwidth[2], yaitu berupa lebar frekuensi dimana semakin lebar bandwidth, semakin banyak data yang dapat dilewatkan dalam satuan waktu. Saat proses transmisi data terjadi melewati ruang udara bebas, timbul redaman berupa free space loss (FSL) yang mengakibatkan adanya penurunan daya gelombang radio[3], yang dipengaruhi oleh besar frekuensi dan jarak antara titik pengirim dan penerima. FSL = 32,45 + 20 log f (MHz) + 20 log d (km)
(1)
dimana f adalah frekuensi operasi (MHz) dan d merupakan jarak antara pengirim dan penerima (km). Dalam propagasi LOS, kita mengenal istilah Fresnel zone, yang konsepnya cukup mudah dipahami dengan mengetahui dari prinsip Huygens[2]. Pancaran gelombang mikro akan melebar saat meninggalkan antena, sehingga dapat dilihat adanya daerah lingkaran seperti pada gambar berikut :
Dalam merencanakan desain radio link ini, pencapaian kondisi LOS (Line of Sight) dan analisa link budget menjadi permasalahan yang harus dipecahkan, dengan metodologi penyelesaian berupa survei lokasi dan menghitung kalkulasi link budget yang diperlukan. Sehingga diharapkan, desain radio link ini dapat dijadikan sebagai kontribusi dalam merealisasikannya untuk komunikasi data termasuk data radar.
Gambar 3. Fresnel Zone
1
Berikut adalah rumus untuk menghitung Fresnel zone[2] yang pertama: r = 17.31 * sqrt((d1*d2)/(f*d))
(2)
dimana r adalah jari-jari dari zone (meter), d1 dan d2 adalah jarak dari penghalang, d adalah jarak total sambungan (meter) dan f adalah frekuensi (MHz).
Terdapat 2 (dua) titik lokasi, yang pertama adalah Kosek Hanudnas IV pada koordinat 01°09‟xx.xx” S dan 136°05‟xx.xx” E (tinggi 37 m ASL) dan yang kedua adalah Satrad 242 pada koordinat 01°04‟xx.xx” S dan 136°23‟xx.xx” (20 m ASL).
01°04‟xx.xx” S 136°23‟xx.xx” E
Dalam perencanaan Radio Link, perlu dihitung dan dianalisa besarnya parameter-parameter dalam Link Budget[4]. Parameter-parameter tersebut dipengaruhi oleh kondisi lingkungan propagasi, rugi-rugi selama propagasi, fading[5] (fluktuasi amplituda sinyal), dan noise[5]. Disisi lain, sinyal transmisi yang mengganggu dan tidak diinginkan berupa interferensi[5] juga diperhitungkan. 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[1]. Perhitungan diawali dengan menghitung besaran yang menyatakan kekuatan daya pancar antena berupa EIRP (Effective Isotropic Radiated Power), yang dapat dihitung dengan rumus[5] : EIRP = Ptx + Gtx – Ltx
01°09‟xx.xx” S 136°05‟xx.xx” E
Gambar 4.
Hasil menunjukkan terdapat obstacle berupa dataran tinggi ± 100 meter dan perbukitan ± 180 meter, mencegah tercapainya kondisi Line of Sight (LOS). Oleh karenanya, dibutuhkan 2 repeater pada lokasi yang memungkinkan, yaitu lokasi Sumberker (102 m ASL) dan Marau (50 m ASL).
(3)
01°04‟xx.xx” S 136°23‟xx.xx” E
dimana Ptx adalah daya pancar (dBm), Gtx merupakan gain antena pemancar (dBi) dan Ltx besarnya losses pada pemancar (dB). Perhitungan selanjutnya adalah mencari besarnya RSL (Receive Signal Level) berupa level sinyal yang diterima di penerima dengan rumus [5] : RSL = EIRP – Lpropagasi + Grx – Lrx
01°09‟xx.xx” S 136°05‟xx.xx” E
(4)
dimana Lpropagasi merupakan losses gelombang saat berpropagasi (dB), Grx adalah gain antena penerima (dBi) dan Lrx berupa losses saluran penerima (dB).
3.
Desain Perencanaan Radio Link.
Langkah awal dilakukan survei lokasi lalu menghitung Link budget serta menganalisanya. Survei dilakukan untuk menentukan lokasi stasiun pemancar dan penerima.
Lokasi Kosek IV – Satrad
Gambar 5. Desain Link LOS Kosek IV-Satrad
Kondisi terrain bumi yang dilewati lintasan penting untuk disajikan dalam menentukan Path profile. Dengan bantuan software Path Loss v.4, data terrain dimasukkan dari lokasi kosek IV sampai dengan lokasi Sumberker, kemudian menuju lokasi Marau dan satrad 242. Data terrain tersebut disajikan dan dapat dilihat pada tabel berikut
Ketinggian (m)
Tabel 1. Data Terrain antara Satrad dan Kosek IV.
Kosek IV
Jarak (km)
2
Satrad 242
Pada mulanya, desain link ini digunakan untuk mengirimkan data radar dari dua lokasi yang berbeda. Melihat sisi kegunaan bahwa komunikasi voice juga diperlukan, maka desain link ini juga ditambahkan sebuah IP phone dan tidak menutup kemungkinan akan adanya aplikasi tambahan lain. Sebagai langkah selanjutnya, keberadaan radio link ini dapat dijadikan sebagai jaringan backbone[6] komunikasi antara satrad dengan Kosek Dari mengingat dari data tabel yang diberikan berupa bandwidth requirements[6] untuk berbagai macam aplikasi dan keterkaitannya dengan kapasitas kebutuhan akan bandwidth yang digunakan radio link itu sendiri sudah mencukupi. Dalam membentuk suatu backbone, keandalan (reliability) sistem mutlak harus disediakan sehingga diperoleh suatu sistem jaringan backbone yang High availability[6]. High availability merupakan sebuah tolok ukur yang mengindikasikan seberapa baik sistem dapat berfungsi dalam berbagai kondisi pada periode waktu tertentu dengan tujuan adalah menjaga sistem selalu baik dari segala kemungkinan terjadinya failure atau downtime dan selalu tersedia 24/7 (24 jam per hari, 7 hari seminggu). High availability dapat dikaitkan dalam bentuk istilah RAS[6] (reliability, availability, serviceability), mengacu pada toleransi fault, layanan secara terus-menerus dan kemampuan untuk memperbaiki komponen/perangkat yang rusak tanpa membuat sistem tersebut dalam kondisi down atau koneksi terputus. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pencapaian system yang High Availability, diantaranya adalah hal-hal yang dekat kaitannya dengan pemilihan hardware yang akan dibahas pada bagian selanjutnya. Berikut adalah beberapa hal yang memiliki keterkaitan dengan tercapainya system yang High Availability : a. b. c. d.
Redundant Components and Spare Part. Uninterruptible power. Generator Listrik. Komputer Data Server.
Dari desain link yang terbentuk, dibutuhkan peralatan/hardware untuk mendukung pembangunan infrastruktur. Peralatan yang dipilih diantaranya antena Yagi 16 dBi dan Grid 24 dBi, Radio Wireless, IP Phone Panasonic KX-HGT100, Router IOP Plines8, Modem AJ 2885 P, Hub/Switch LAN, PoE (Power over Ethernet), converter RS232 ke RJ45, Kabel Koaksial (LMR 400) dan Konektor (RP-SMA).
(a)
(b)
Gambar 6. (a) EOC-5610 (b) IP Phone Lynksys SPA 941
Gambar 7. VoIP Box Linksys SPA 9000
Antena yagi 16 dBi cukup untuk penggunaan jarak 2-5km, sedangkan antena grid 24 dBi diperlukan untuk jarak yang lebih jauh dengan penggunaan power yang sama dari radio wireless EOC 5610.
(a)
(b)
Gambar 8. (a) Antena Yagi 16 dBi dan (b) Grid 24 dBi
(a)
(b)
Gambar 9. IOP Plines8 (a) bagian depan (b) bagian belakang
Gambar 10. Modem AJ 2885 P.
Selanjutnya dibuat sistem diagram, dimana terjadi pengiriman data radar melalui radio link. Data radar yang diproses dikirim ke sistem CRC[8] dalam jaringan yang memiliki komputer server ADP[8] (Air Defence Processor) melalui router IOP Plines8 dan modem AJ 2885P. Data inilah yang kemudian ditransmisikan melalui radio link menuju sistem SOC[8] (Sector Operational Centre) di Kosek IV.
Senao EOC 5610 dengan power 600 mW, mampu digunakan pada jarak sampai dengan 30 km. Perangkat berupa IP Phone merupakan aplikasi tambahan sebagai pemanfaatan komunikasi suara dengan teknologi VoIP[7] yang dalam penggunaannya ditambahkan sebuah VoIP Box. Untuk jenis IP Phone dan VoIP Box yang digunakan, dipilih produk dari Linksys yaitu IP Phone Linksys SPA 941 dan VoIP Box Linksys SPA 9000.
Gambar 11. Sistem diagram CRC-radio link-SOC
3
Sistem radio link (dengan penambahan IP Phone) dan perangkat pendukung lain (Hub, converter dan PoE), dapat digambarkan secara sebagai berikut :
Hasil dari jari-jari FZ ditambahkan dengan ketinggian obstacle dan tinggi antena minimum didapat. Dengan bantuan software path loss, diperoleh Path profile dengan FZ seperti pada gambar di bawah dengan hasil analisa data tinggi antena pada tabel 4.
Gambar 12. Sistem diagram Radio Link Gambar 14. Daerah Fresnel zone Kosek-Sumberker\
Dari sistem diagram diatas dapat disusun dalam sistem radio link dari lokasi satrad menuju lokasi Kosek IV melalui beberapa repeater yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya dan dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 15. Daerah Fresnel zone Sumberker-Marau
Gambar 13. Radio Link Kosek IV-Satrad
4.
Analisa Data Desain Radio Link.
Analisa desain link berupa perhitungan jari-jari Fresnel zone (FZ) untuk mengetahui ketinggian minimum antena dengan menggunakan rumus pada persamaan (2), sehingga radio link mempunyai lintasan yang baik dan dapat berkomunikasi dari titik yang satu ke titik yang lain.
Gambar 16. Daerah Fresnel zone Marau-Satrad
Tabel 4. Analisa Tinggi Antena Jarak Obstacle (m) d1 d2
Tinggi Ant. Minimum (m)
Tinggi Antena Desain (m)
300
14.2
15-25
3400
14860
21.58
25-25
2400
13780
19.97
25-10
Jari2 Fresnel (m)
Tinggi Obstacle (m)
Kosek-Sumberker
5,22
8,98
800
Sumberker-Marau
18,59
2,99
Marau-Satrad 242
15,98
3,99
Nama Link
4
Selanjutnya melakukan perhitungan link budget berupa besarnya daya yang dikeluarkan oleh antena (EIRP), RSL, Path Loss dan gain antena serta rugi-rugi lainnya. Rencana penggunaan hardware adalah Antena Yagi dan Grid TP-Link yang memiliki gain sebesar 16 dBi dan 24 dBi, dengan transmisi power yang dimiliki Radio Senao EOC 5610 sebesar 600mW atau 27,8 dBm dan untuk receiver sensitivity antena -75 dBm (asumsi penggunaan data terbesar 54 Mbps). a. Kosek IV dengan Sumberker. Dengan menggunakan persamaan (1), lintasan sejauh 1.10 km memiliki free space loss (FSL) sebesar 100.88 dBm. Parameter lain dihitung dengan persamaan (3) diperoleh EIRP sebesar 43.18 dBm, dengan asumsi Cable Loss (LMR 400) 0,22 dB dan Connector Loss (RP-SMA) -0,4 dB. Selanjutnya dengan persamaan (4) diperoleh nilai RSL -42.32 dBm, lebih besar dari Rx Sensitivity -75 dBm.
b. Sumberker dengan Marau. Hal yang sama dihitung pada link ini, namun menggunakan antenna Grid 24 dBi pada jarak lintasan sepanjang 18.26 km. Hasilnya diperoleh FSL sebesar 125.28 dBm, EIRP sebesar 51,18 dBm dan RSL senilai - 50.72 dBm. Nilai RSL ini > Rx Sensitivity - 75 dBm. c. Marau dengan Satrad 242. Lintasan dipisahkan jarak sejauh 16.19 km, dan dengan perhitungan yang sama diperoleh FSL sebesar 124.24 dBm. Parameter lain, didapat EIRP sebesar 51,18 dBm dan RSL senilai -49.68 dBm > Rx Sensitivity - 75 dBm. Dengan demikian, semua link dapat berkomunikasi dengan baik karena nilai RSL > Rx Sensitivity. Hasil perhitungan link budget dapat disimpulkan seperti terlihat pada tabel 5 berikut.
Tabel 5. Analisa hasil Link Budget. No 1 2 3 5 6 7 8 9 10
Nama Link Jarak (km) FSL (dB) Tx Power (dBm) Gain Tx Ant (dBi) Losses (dB/m) Conector Loss (dB) EIRP (dBm) Gain Rx Ant (dBi) RSL(dBm)
Kosek-Sumberker 1,1 100,88 27,8 16 (Yagi) 0,22 0,4 43,18 16 -42,32
Sumberker -Marau 18,26 125,28 27,8 24 (Grid) 0,22 0,4 51,18 24 -50,72
Marau-Satrad 16,19 124,24 27,8 24 (Grid) 0,22 0,4 51,18 24 -49,68
11
RSL > Rx sensitivity
yes
yes
yes
Mengacu pada referensi[8], untuk reliability (MTBF) peralatan adalah 122.000 H (jam), sama halnya dengan memiliki lifetime selama 5.083 hari (14 tahun) dan didapatkan hasil seperti tabel 6.
segera digantikan sementara yang satu dilakukan perbaikan. Hasil desain yang diharapkan dapat diperoleh tercapainya availability 99.99% adalah seperti pada gambar 17 berikut :
Tabel 6. Pencapaian availability 99.99%
No Variabel
Definisi/Formula
Nilai
1
MTBF (jam)
Mean Time Between Failures
122000
2
MTTR (jam)
Mean Time To Repair
12.2
3
Availability (%)
MTBF/(MTBF+MTTR)
99.99
4
Downtime/tahun
(1-Availability) x1 year
52m 33s
Untuk mencapai Availability tersebut, desain sistem harus memenuhi kriteria tersedianya uninterruptible power supply. Selain itu, desain ini juga menempatkan spare untuk radio wireless EOC-5610, sehingga jika terjadi downtime atau status failure dapat
Gambar 17 Sistem Diagram dengan uninterruptible power
5
5.
Penutup.
Selanjutnya dapat diambil kesimpulan baik dari segi teknis maupun segi manfaat. Dari segi teknis adalah sebagai berikut : a. Desain radio link sejauh 33,94 km membutuhkan 2 (dua) repeater, menghindari obstacle berupa tanjakan setinggi 100 m (01°09‟35.40”S dan 136°06‟05.20”E) serta perbukitan ± 180 meter (01°06‟00”S-01°07‟00”S dan 136°14‟00”E-136°16‟00”E). b. Hasil survei diperlukan 2 repeater pada lokasi sumberker (01°09‟35.40” S dan 136°06‟05.20” E) dan Marau (01°09‟26.80” S dan 136°15‟55.80” E). c. Spesifikasi dari repeater adalah antena yagi 16 dBi (Kosek-sumberker). Sedangkan Sumberker-Marau-Satrad antena grid parabola 24 dBi, dengan output power 27,8 dBm. d. Hasil perhitungan diperoleh nilai RSL lebih besar dari Rx Sensitivity -75 dBm, sehingga dapat berkomunikasi dengan baik. e. Desain tinggi antena untuk Kosek adalah 15 meter (minimal : 14,2 m dan FZ 5,22 m), Sumberker dan Marau adalah 25 meter (minimal : 21,58 m dan FZ 18,59 m) dan di satrad cukup 10 meter (minimal: 19,97 m dan FZ 15,98 m). Di sisi lain dari segi manfaat, dapat disimpulkan bahwa : a. Keberadaannya melengkapi komunikasi voice yang sudah ada berupa radio komunikasi HF/VHF/UHF yang terkendala oleh kondisi siang dan malam, karena di dalamnya diberikan aplikasi tambahan berupa IP phone. b. Gelar radio link ini mampu mengirimkan data radar dan memerlukan biaya infrastruktur pengembangan yang lebih kecil dari pengadaan sebuah stasiun bumi mini (SBM) yang menjadi satu-satunya sarana komunikasi saat ini. c. Radio link ini dijadikan backbone network dengan ketersediaan yang tinggi (availability 99.99%) untuk mengirimkan data radar dan komunikasi melalui IP Phone. Adapun masukan dan saran yang ingin disampaikan adalah agar melalui radio link ini, nantinya diberikan aplikasi tambahan berupa komunikasi data video. Layanan aplikasi lain juga dapat ditambahkan berupa layanan internet, komunikasi data fax, dan lain sebagainya yang menunjukkan bahwa perencanaan desain radio link ini sangat penting dan dibutuhkan.
Referensi 1. Theodore S. Rappaport, “Wireless Communications: Principles and Practice”, 2nd edition, Prentice Hall, 2002. 2. Hacker Friendly, “Jaringan Wireless di Dunia Berkembang”, Edisi kedua ©2007, Desember 2007. 3. SAF Tehnika, “An Introduction to Microwave Radio Link Design”, Copyright © SAF Tehnika A/S 2002. 4. Frank PA3GMP/ZS6TMV, “Calculating a link budget”,
, written by Frank, Mei 2008. 5. Mayhoneys, “Perhitungan Link Budget”,
BIODATA PENULIS FIRMANSYAH dilahirkan di kota kudus, tanggal 17 April 1981. Merupakan anak keenam dari enam bersaudara pasangan Mc. Kasiman (Alm) dan Sumarsih. Jenjang pendidikan yang dilalui dimulai dari SD AlIslam II Kudus lulus tahun 1993 dan melanjutkan ke SMP Negeri 1 Kudus lulus tahun 1996. Selanjutnya masuk SMU Taruna Nusantara Magelang dan lulus tahun 1999 dan pada akhirnya melanjutkan ke Akademi Angkatan Udara (AAU), sebuah lembaga pendidikan militer di Yogyakarta dan lulus pada tahun 2002. Sejak tahun 2003 penulis berdinas di TNI AU dan pada tahun 2005 sebuah kepercayaan diberikan padanya untuk bertugas di Satrad 242 Biak-Papua. Tahun 2008, penulis mendapatkan kesempatan melanjutkan studi pendidikan S-1 di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Jurusan Teknik Elektro. Pada bulan Juni 2010 penulis mengikuti seminar Tugas Akhir di Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro 6
