Endah Sudarmilah, Antisipasi Pengaruh Pemudaran Gelombang pada Transmisi Gelombang Mikro Digital
Antisipasi Pengaruh Pemudaran Gelombang (Fading) pada Transmisi Gelombang Mikro Digital dengan Space Diversity dan Frequency Diversity Endah Sudarmilah Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta
Abstrak Informasi yang ditransmisikan melalui jaringan telekomunikasi tidak hanya dalam wujud “suara” saja, tetapi dapat pula dalam wujud data, video dan image. Informasi yang berbeda-beda wujudnya tersebut dapat ditransmisikan melalui media yang beragam pula. Salah satu media transmisi yang banyak digunakan saat ini adalah jaringan gelombang mikro. Komunikasi gelombang mikro banyak diterapkan baik pada komunikasi satelit maupun komunikasi terrestrial. Sebagai komunikasi terrestrial gelombang mikro merambat melalui atmosfer, karena itu gelombang mikro dipengaruhi oleh adanya redaman (pengurangan energi) dan pudaran (fading) akibat efek atmosfer dan relief bumi. Dengan adanya banyak pengaruh redaman dan pudaran pada berkas gelombang mikro maka perlu diberikan suatu solusi untuk mengatasinya yaitu dengan peragaman (diversity) baik itu peragaman ruang (space diversity) maupun peragaman frekuensi (frequency diversity).
Kata Kunci: transmisi, gelombang mikro, peragaman, redaman, pudaran.
1. Pendahuluan Komunikasi memegang peranan penting dalam kehidupan manusia. Pada awalanya kebutuhan berkomunikasi hanya terbatas pada suatu lingkup daerah yang kecil saja, namun semakin lama kebutuhan akan komunikasi antar derah, antar pulau, antar negara, bahkan ke seluruh dunia, sehingga kemudian istilah “telekomunikasi” menjadi tidak asing lagi bagi kita. Seiring dengan berkembangnya tingkat peradaban manusia, teknik bertelekomunikasi pun semakin maju. Berawal dari penemuan telepon oleh Alexander Graham Bell, kemudian menyusul penemuan-penemuan perangkat telekomunikasi modern seperti faksimili, radio, satelit, telepon seluler, dan lain-lain. Saat ini informasi yang ditransmisikan melalui jaringan telekomunikasi tidak hanya dalam wujud “suara” saja, tetapi dapat pula dalam wujud data, video dan image. Informasi yang berbeda-beda wujudnya tersebut dapat ditransmisikan melalui media yang beragam pula. Salah satu media transmisi yang banyak digunakan saat ini adalah jaringan gelombang mikro. Sistem transmisi gelombang mikro dapat digunakan untuk komunikasi satelit maupun komunikasi terentrial yang merambat melalui atmosfer, sehingga
efek atmosfer sangat mempengaruhi energi dan berkas gelombangnya. Antisipasi hal tersebut adalah dengan adanya space diversity (peragaman ruang) dan frequency diversity (peragaman frekuensi).
2. Sistem Transmisi Gelombang Mikro (Microwave) Sistem transmisi gelombang mikro bekerja pada frekuensi UHF 300 MHz-30 GHz (pada umumnya 1-3 GHz) yang mempunyai panjang gelombang dalam ruang bebas antara 1 cm-1 m. sinyal gelombang mikro dipancarkan melalui lintasan lurus dari satu titik ke titik yang lain, dikenal dengan istilah “ lintasn garis pandang” atau line of sight (LOS. Stasiun yang digunakan, baik stasium pemencar, penerima, maupun relai ditempatkan pada lokasi yang tinggi pada menara antena yang tinggi pula, agar transmisi dapat mencakup daerah LOS yang maksimum sehingga dapat diperoleh suatu lintasan gelombang yang bersifat langsung (direct signal path). Propagasi LOS gelombang mikro menggunakan gelombang radio atau RF (Radio Frequency), yang juga merupakan gelombang elektromagnetik. Komunikasi gelombang mikro dapat digunakan untuk komunikasi satelit maupun komunikasi terentrial
69
JURNAL TEKNIK ELEKTRO EMITOR Vol. 2, No. 2, September 2002
yang merambat melalui atmosfer, sehingga efek atmosfer sangat mempengaruhi energi dan berkas gelombangnya. Readaman energi dan pemudaran berkas gelombang ini yang disebut dengan pemudaran (fading). Sistem transmisi gelombang mikro terdiri atas dua macam yaitu sistem analog dan sistem digital. Sistem gelombang mikro analog menggunakan gelombang radio dengan modulasi FM (frequency Modulation), baik dengan sistem penjamakan (multiplexing) frekuensi atau FDM (Frequency Division Multiplexing) maupun waktu atau TDM (Time Division Multiplexing). Sedangkan sistem gelombang mikro
Gambar 1. Konfigurasi Point to point Digital Microwave
Gambar 2. Konfigurasi Point to Multipoint Digital Microwave
digital menggunakan gelombang radio yang termodulasi digital PSK (Phase Shift Keying), atau modulasi QAM (Quadrature Amplitude Modulation) dan penjamakan yang digunakan adalah TDMA (Time Division Multiple Access). Sistem gelombang mikro digital dari konfigurasinya dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu: 2.1. Point to Point Digital Microwave Merupakan transmisi gelombang mikro digital yang terjadi antara satu titik dengan satu titik lain. Sistem ini menggunakan antena parabola, sedemikian rupa sehingga gelombang yang dikirim memiliki perarahan (directivity) yang tinggi dengan daerah berkas (beam area) yang sempit, yang dikenal dengan antene directional. Konfigurasi point to point digital microwave ditunjukkan pada Gambar 1. 2.2. Point to Multipoint Digital Microwave Merupakan transmisi gelombang mikro digital yang terjadi antara satu titik (master) ke banyak titik (remote), atau sebaliknya. Menara yang berfungsi sebagai masterdielengkapai dengan antena yang bersifat segala arah (omnidirectional), agar dapat menerima dan mengirimkan informasi ke dari dan ke banyak arah, sehingga dapat menjangkau ke daerahdaerah lokasi remote yang luas. Sedangkan menara remotemenggunakan antena terarah (directional), pada umumnya yang digunakan adalah berbentuk parabola. Transmisi dengan jarak 30-60 km atau lebih digunakan repeater sebagai regenerator sinyal, agar informasi yang diterima sesuai dengan data yang ditransmisikan. Transmisi pada area relatif sempit tidak membutuhkan repeater karena jarak antara pengirim dan penerima tidak terlalu jauh, pada keadaan ini variable jarak tidak banyak berpengaruh pada transmisi sinyal. Master dan remote masing-masing dilengkapi dengan modul radio dan multiplexer, yang selanjutnya dihubungkan ke piranti komunikasi seperti PABX (Private Automatic Branch Exchange) unttuk layanan telepon, ke modem untuk transmisi data dan sebagainya. Konfigurasi dan diagram kotak point to multipoint digital microwave ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.
3. Efek Atmosfer dan Pemudaran (Fading) pada Gelombang Mikro Komunikasi gelombang mikro banyak diterapkan baik pada komunikasi satelit maupun komunikasi terrestrial. Sebagai komunikasi terrestrial gelombang mikro merambat melalui atmosfer, sehingga akan timbul dampak-dampak sebagai berikut;
Gambar 3. Diagram kotak Point to Multipoint Digital Microwave
70
3.1. Efek atmosfer - Absorbsi Absorbsi dapat disebabkan oksigen dalam atmosfer, hujan dan kabut. Hal ini menyebabkan energi yang dipropagasikan mengalami redaman (atenuasi meningkat0. hujan yang lebat menyebabkan atenuasi dapat meningkat 1 dB/km pada gelombang yang
Endah Sudarmilah, Antisipasi Pengaruh Pemudaran Gelombang pada Transmisi Gelombang Mikro Digital
-
-
berfrekuensi 6-10 GHz, dan untuk gelombang dengan frekuensi lebih dari 10 GHz dapat meningkat sampai 10 dB/km. Refraksi (pembiasan) Hal ini terjadi karena pengaruh perubahan temperatur, kelembaban dan kerapatan atmosfer refraksi dapat menyebabkan penyimpangan berkas gelombang mikro dari sinyal yang merambat. Jebakan atmosfer (duct) Ini terjadi karena kondisi temperatur dan kerapatan atmosfer yang bervariasi. Di sini berkas gelombang mikro hanya terpantulpantul di suatu daerah tertentu pada atmosfer, terjebak dan sulit dipropagasikan.
3.2. Efek relief bumi Efek ini disebabkan oleh benda-benda yang berada di permukaan bumi, misalkan batu, tumbuhan, gedung, bahkan dapat pula disebabkan oleh bentuk kurva bumi itu sendiri, efek yang ditimbulkan antara lain; - Pemantulan (refleksi) Berupa pemantulan berkas yang menyebabkan berkas dapat berubah sudut
Gambar 4. Pemantulan Tanah (ground reflection)
fasenya, berkas gelombang mikro yang berubah sudut fase dapat menimbulkan penguatan atau redaman bagi energi berkas gelombang mikro yang sudut fasenya tidak berubah. Salah satu contoh pementulan misalnya pemantulan tanah atau ground reflection. - Daerah fresnel Daerah berkas gelombang mikro yang keluar dan masuk antena dipol λ/2 yang sefase dengan gelombang langsung. Daerah fresnel dirancang dengan mempertimbangkan titik pantulan yang ada agar tidak menyebabkan atenuasi yang besar. - Diffraksi Karakteristik gelombang mikroyang terjadi apabila berkas gelombang mikro melewati penghalang dengan grazing incidence (hanya menyentuh penghalang) yang kemudian diuraikan. Energi gelombang inipun terurai, besarnya tergantung oleh ukuran dan bentuk dari penghalang tersebut. Redaman (loss) yang terjadi pada daerah dibelakang penghalang disebut shadow los. Redaman ini tergantung frekuensi, frrekuensi tinggi cenderung tidak didiffraksikan. Diffraksi lebih banyak terjadi pada frekuensi rendah dan redaman yang terjadi lebih besar. Selain redaman energi, pada gelombang mikro juga terjadi pudaran atau fading. Berdasar pada penyebabnya fading dapat dibedakan menjadi: 1. flat fading Pudaran terjadi karena pengaruh indeks bias pada atmosfer sesuai bentuk kurva bumi. 2. atmospheric multipath fading Pudaran terjadi karena lapisan-lapisan atmosfer. 3. ground reflection multipath fading Pudaran disebabkan oleh adanya pantulan berkas ke permukaan tanah. Dengan adanya banyak pengaruh redaman dan pudaran pada berkas gelombang mikro maka perlu diberikan suatu solusi untuk mengatasinya yaitu dengan peragaman (diversity) baik itu peragaman ruang (space diversity) maupun peragaman frekuensi (frequency diversity).
4. Antisipasi Redaman dan Fading pada Transmisi Gelombang Mikro
Gambar 5. Peragaman Ruang (space diversity)
4.1. Peragaman Ruang (space diversity) Peragaman ruang merupakan suatu metode untuk mengurangi redaman dan pudaran yang terjadi pada berkas gelombang mikro atau untuk meningkatkan reliabilitas berkas gelombang mikro. Metode peragaman ruang konfigurasinya dapat ditunjukkan pada Gambar 5, pada metode ini digunakan antena penerima yang lebih dari sau yang dipisahkan secara vertical. Pemasangan antena ini masih dalam satu menara yang sama. Peragaman ruang juga membutuhkan piranti combiner dan sistem penyaklaran.
71
JURNAL TEKNIK ELEKTRO EMITOR Vol. 2, No. 2, September 2002
F
Tabel 1. Jarak pemasangan antena penerima untuk metode peragaman ruang.
= fade margin antena (bila ada lebih dari satu diambil yang terkecil)
4.2. Peragaman Frekuensi (frequency diversity) Peragaman frekuensi juga merupakan metode antisipasi pengaruh redaman dan pudaran pada berkas gelombang mikro, dengan mengoperasikan dua buah frekuensi yang berlainan pada pemancarnya. Konfigurasi dari peragaman frekuensi ditunjukkan pada Gambar 6. Dua buah frekuensi yang berbeda tersebut digunakan untuk mengirimkan informasi yang sama, dengan harapan untuk diterima pada penerima untuk dipilih berkas dengan redaman dan pudaran yang paling kecil sehingga informasi yang diterima tetap utuh. Spasi atau perbedaan frekuensi yang digunakan untuk mengirimkan informasi ini kira-kira 2%. Reliabilitas dari peragaman frekuensi diambil dari kesempatan berkurangnya pudaran yang terjadi pada dua buah frekuensi pada saat yang bersamaan. Faktor peningkatan pada peragaman frekuensi ditunjukkan pada persamaan (2). F I sd = K ⎛⎜ σ f ⋅10 10 ⎞⎟ 2 ⎝ ⎠ Dimana: Isd = faktor peningkatan frequency diversity σf = prosentase spasi frekuensi (4-100%) F = fade margin antena K = konstanta Adanya peragaman ruang dan frekuensi tersebut dalam berbagai penelitian ternyata dapat digunakan untuk antisipasi adanya redaman dan pudaram (fading) pada transmisi gelombang mikro, akan tetapi unjuk kerja dari peragaman ruang dinilai lebih banyak mencapai hasil yang baik dibanding peragaman frekuensi dengan adanya faktor kebetulan pada peragaman frekuensi.
Tabel 2. Ketentuan konstanta K
5. Kesimpulan Gambar 6. Peragaman frekuensi (frequency diversity)
Berkas gelombang mikro yang diterima pada masing-masing antena penerima dengan metode ini akan dibandingkan dan dikombinasikan untuk selanjutnya diambil berkas gelombang mikro yang memiliki redaman dan pudaran yang paling minimal. Pemasangan antena penerima pada peragaman ruang juga mempunyai standar yang merupakan hasil penelitian dari GTE-Lenkurt (asosiasi insinyur dalam bidang sistem komunikasi gelombang mikro) yang ditunjukkan dalam tabel 1. Untuk faktor peningkan metode peragaman ruang dapat dirumuskan pada persamaan (1). I sd
7 ⋅10 −5 ⋅ f ⋅ s 2 ⋅10 = D
F
10
Dimana: Isd = faktor peningkatan space divrsity f = frekuensi (GHz) s = jarak antena penerima (feet) D = panjang berkas (miles)
72
1
Dari artikel diatas dapat dapat disimpulkan berbagai hal sebagai berikut: 1. Sistem transmisi gelombang mikro dalam unjuk kerjanya sangat dipengaruhi faktor atmosfer dalam bentuk redaman (pengurangan energi) dan pudaran (fading). 2. Redaman (pengurangan energi) dan pudaran (fading) dapat diantisipasi dengan metode peragaman (diversity) baik itu peragaman ruang (space diversity) maupun peragaman frekuensi (frequency diversity). 3. Peragaman ruang menggunakan penduplikasian alat pada penerima pada transmisi gelombang mikro untuk kemudian berkas yang masuk dikombinasikan dan dicari berkas yang memiliki redaman dan pudaran yang paling kecil. 4. Peragaman frekuensi adalah metode penduplikasian alat pada pemancar gelombang mikro yang digunakan untuk mengirimkan informasi yang sama dengan frekuensi yang berbeda, untuk diterima penerima dan diproses diambil berkas dengan redaman dan pudaran yang paling kecil
Endah Sudarmilah, Antisipasi Pengaruh Pemudaran Gelombang pada Transmisi Gelombang Mikro Digital
5.
sehingga informasi yang hilang saat transmisi dapat minimal. Unjuk kerja dari peragaman ruang dinilai lebih banyak mencapai hasil yang baik dibanding
peragaman frekuensi dengan adanya kebetulan pada peragaman frekuensi.
faktor
Daftar Pustaka [1] [2] [3] [4]
Antenna Decoupling, Demodulator, GTE-Lenkurt, 1978. Multupath Fading, Demodulator, GTE-Lenkurt, November 1967 Space Diversity, Demodulator, GTE-Lenkurt, May 1973 Endah S, Sonya R, Point to Multipoint Digital Microwave PT. Caltex Pacific Indonesia di Minas, Laporan Kerja Praktek S-1 Teknik Elektro UGM, Yogyakarta, 2001. [5] Laine R U, Determining Antenna Heigths for Coastal Areas, Lenkurt Electric, Yogyakarta, 2001. [6] Schilling, Donald D, Taub, Hebert, Principles of Communications Systems, 2nd edition, Singapore, Mc Graw Hill Book Co, 1986. [7] Winch, Robert G, Telecommunication Transmission Systems, Singapore, McGraw-Hill, 1993.
73
JURNAL TEKNIK ELEKTRO EMITOR Vol. 2, No. 2, September 2002
74
