BAB II TEORI DASAR
2.1. PROPAGASI GELOMBANG Propagasi gelombang adalah suatu proses perambatan
gelombang
elektromagnetik dengan media ruang hampa. Antenna pemancar memang didesain untuk memancarkan sinyal – sinyal gelombang elektromagnetik ke ruang hampa, sedangkan antenna penerima hanya mempunyai kemampuan menangkap sebanyak mungkin energi elektromagnetik dengan efektif yang kecepatan perambatannya sekitar 300.000 km per detik. Ditinjau dari sifat perambatannya terdapat berbagai jenis propagasi gelombang, yaitu : 1. Gelombang Permukaan Bumi ( Ground Wave ) 2. Gelombang Langit ( Sky Wave ) 3. Gelombang Ruang ( Space Wave ) 2.1.1.
Gelombang Permukaan Bumi ( Ground Wave ) Gelombang ini merambat pada permukaan bumi. Gelombang ini biasanya dipakai untuk frekuensi dibawah 3 MHz. Gelombang ini berpolarisasi vertikal karena polarisasi horizontal sejajar dengan permukaan
bumi.
Biasanya
komunikasi
broadcast
dengan
gelombang menengah memakai jenis gelombang ini.
5
GROUND WAVE
Gambar 2.1 Ground Wave
2.1.2.
Gelombang Langit ( Sky Wave ) Perambatan gelombang ini melalui lapisan – lapisan udara atau ionosfer. Gelombang ini pada umumnya dipakai untuk frekuensi 3 MHz – 30 MHz. Dengan gelombang ini maka jarak berkomunikasi dapat dilakukan relatif lebih jauh.
IONOSFER
A
B
SKY WAVE
Gambar 2.2 Sky Wave
6
Propagasi Sky Wave memanfaatkan lapisan ionosfer sebagai pemantul gelombang radio. Terbentuknya lapisan ionosfer karena pengaruh dari sinar ultraviolet matahari. Lapisan ionosfer yang terbentuk adalah lapisan D, E, dan F. Lapisan D dan E stabil pada siang hari dan pada malam hari, lapisan ini menghilang. Sedangkan lapisan F stabil pada siang dan malam hari. Ketinggian lapisan ionosfer adalah 60 km – 600 km dan lapisan D adalah yang paling dekat dengan bumi. Pada gelombang ini terdapat istilah Frekuensi Kritis ( fc ), yaitu frekuensi tertinggi yang masih dapat dipantulkan kembali ke bumi oleh suatu lapisan. Sedangkan frekuensi tertinggi yang masih dapat dikembalikan ke bumi oleh suatu lapisan pada suatu sudut datang tertentu disebut dengan Maximum Usable Frequency ( MUF ). MUF =
fc Cos a
Dimana : MUF = Maximum Usable Frequency ( Hz ) a
2.1.3.
= sudut datang gelombang radio pada suatu layer
Gelombang Ruang ( Space Wave ) Gelombang ruang merupakan gelombang yang perambatannya bersifat Line Of Sight ( LOS ), yaitu gelombang yang yang perambatannya merupakan garis lurus dari antenna pemancar ke antenna penerima. Jarak potensial tergantung dari ketinggian
7
antennanya, karena kelengkungan bumi membatasi sifat Line of Sight tersebut..Gelombang ini dipakai untuk frekuensi diatas 30 MHz dan dapat memungkinkan terjadinya komunikasi jarak jauh. Jarak maksimum yang dapat ditempuh oleh gelombang ruang ± 60 km. Dengan gelombang ini, ionosfer dapat ditembus jika dipancarkan ke atas. Frekuensi – frekuensi yang termasuk ke dalam space wave ini adalah : VHF ( Very High Frequency ), UHF ( Ultra High Frequency ), SHF ( Super High Frequency ). 2.1.3.1. VHF ( Very High Frequency ) Batasan frekuensi 30 – 300 MHz. Pada umumnya frekuensi – frekuensi diatas 30 MHz tidak lagi dipantulkan oleh ionosfer sehingga sky wave tranmission tidak memungkinkan lagi. Coverage dipengaruhi oleh refraksi dan refleksi di troposfer, sedangkan penyerapan atmosfer sangat kecil. 2.1.3.2. UHF ( Ultra High Frequency ) Pada ferekuensi ini mempunyai batasan 300 – 3000 MHz. Frekuensi Band ini atmosfer effect sangat penting dan pada umumnya
penyerapan
penyerapannya
karena
atmosfer
bertambah
dengan
naiknya
frekuensi
refraksi
gelombang – gelombang radio di atmosfer memungkinkan dicapainya jarak yang lebih besar dari pada jarak optikal
8
horizontal, jarak line of sight maksimum tergantung dari tinggi antenna. 2.1.3.3. SHF ( Super High Frequency ) SHF ini mempunyai batasan frekuensi 3 – 30 GHz, mempunyai propagasi yang lebih baik dari pada frekuensi – frekuensi sebelumnya. Propagasi SHF ini dapat mencapai jarak yang cukup jauh, hanya untuk frekuensi diatas 10 GHz, predaman harus disesuaikan, disebabkan oleh precipitation yang memberi pengaruh besar. Sistem antenna yang sangat directif ini dapat dipasang pada gelombang – gelombang pendek
Gambar 2.3 Space Wave
9
Gelombang ruang terbagi atas dua komponen, yaitu gelombang langsung dan gelombang pantul. a. Gelombang Langsung ( Directed Wave ) Gelombang
langsung
merupakan
yang
tidak
mendapat
pengaruh dari sifat – sifat atmosfer yang ada. Selama perambatannya dari antenna pemancar ke antenna penerima tidak mengalami penyerapan, pembelokkan, pemantulan, atau penghamburan. b. Gelombang Pantul ( Reflected Wave ) Gelombang pantul merupakan gelombang yang sampai ke antenna penerima setelah dipantulkan oleh suatu media atau benda dalam perambatannnya
Gambar 2.4 Gelombang langsung dan gelombang pantul
10
2.2. NOISE Noise adalah sinyal yang kehadirannya tidak diharapkan dalam saluran telekomunikasi. Noise merupakan parameter yang terpenting pada teknik transmisi. Noise inilah yang membatasi kehandalan dari suatu sistem telekomunikasi. Pada dasarnya noise dibagi menjadi 4 ( empat ) bagian, yaitu : 1. Thermal Noise 2. Intermodulation Noise 3. Crosstalk 4. Impulse Noise 2.2.1.
Thermal Noise Thermal noise ini terdapat di semua media transmisi dan pada semua peralatan telekomunikasi. Noise ini disebabkan karena panas pada perangkat elektronika yang timbul dari pergeseran electron bebas dan karakteristiknya berupa distribusi energi yang merata pada spectrum frekuensi dengan suatu distribusi Gaussian. Karena distribusi yang merata inilah maka thermal noise ini disebut juga white noise. Semua peralatan dan media transmisi mempunyai saham dalam timbulnya thermal noise jika temperaturnya diatas 0° absolute ( derajat Kelvin ). Rms noise voltage ( Vn ) ini besarnya adalah : Vn 2 = 4 KTRB volts 2
11
Dimana : K = Konstanta Boltzman ( 1,37 x 10-23 J / °K ) T = Temperatur (°K ) R = Tahanan ( Ω ) B = Bandwidth ( Hz ) Jika sistem tersebut tersambung dengan beban R, maka daya dari noise adalah :
(12 Vn)
2
Pn =
R
= KTB watt
Maka jelas terlihat bahwa noise power ini tergantung pada bandwidth dan temperature.
2.2.2.
Intermodulation Noise Noise antar modulasi atau Intermodulation Noise timbul karena adanya intermodulasi antar sinyal yang satu dengan yang lainnya. Misalkan jika ada sinyal F1 dan F2 merambat melalui suatu peralatan atau media yang bersifat non – linier, maka akan timbul medulasi antara kedua sinyal tersebut. Intermodulasi ini dapat terbentuk dari harmonisa suatu sinyal. Untuk contoh diatas, maka intermodulasi yang terjadi akan mempunyai frekuensi – frekuensi sebagai berikut :
12
1. Harmonisa I
: F1 ± F2
2. Harmonisa II
: 2F1 ± F2 ; F1 ± 2F2 ; dst
3. Harmonisa III
: 2F1 ± 2F2 ; 3F1 ± F2 ; dst
Sejumlah sinyal yang dikirim bersama – sama melalui suatu alat, misalnya peralatan multichannel radio, akan mengakibatkan adanya intermodulasi yang menyerupai white noise. Intermodulation noise dapat timbul dari bermacam – macam hal, antara lain : 1. Level setting yang tidak baik. Jika level input dari suatu peralatan terlalu tinggi, maka peralatan akan bekerja pada suatu daerah kerja yang non – linier. Hal ini yang di sebut sebagai over drive. 2. Penempatan komponen yang kurang benar yang menyebabkan perlatan bekerja pada daerah kerja yang non – linier. Jadi intermodulation noise ini timbul dari peralatan yang non linier. Meskipun penyebab dari intemodulation noise ini berbeda dengan penyebab dari thermal noise, akan tetapi dampak serta bentuknya sama.
2.2.3.
Crosstalk Crosstalk atau pembicaraan silang adalah suatu sambungan ( coupling ) yang tidak diinginkan yang terjadi pada saluran pembicaraan. Melihat dari namanya, maka crosstalk merupakan suatu pembicaraan silang. Tetapi yang sebenarnya, crosstalk tidak
13
saja hanya terbatas pada pembicaraan saja. Akan tetapi crosstalk dalam pengertian yang lebih luas adalah merupakan suatu ketidakseimbangan sehingga suatu sinyal akan masuk ke dalam saluran sinyal yang lainnya, sehingga akan mempengaruhi sinyal asli yang akan dikirimkan. Jika crosstalk ini terdapat pada suatu hubungan komunikasi suara, maka gangguan ini dapat diabaikan, jika tidak sangat mengganggu pembicaraan yang sedang berlangsung. Akan tetapi jika crosstalk ini terdapat pada suatu hubungan komunikasi diluar suara, maka ini akan mempengaruhi sinyal yang diterima sehingga akan merusak sinyal yang diterima dengan merubah arti dari informasi yang dikirimkan. Ada beberapa hal penting yang menyebabkan timbulnya crosstalk. Hal tersebut adalah : 1. Electrical Coupling diantara media transmisi, misalnya antar pasangan – pasangan kawat pada sistem komunikasi yang menggunakan kabel sebagai media transmisi. 2. Pengedalian yang kurang baik dari frekuensi respon, misalnya design filter yang kurang baik.
14
2.2.4.
Impulse Noise Impulse noise adalah suatu noise sesaat yang berbentuk pulsa – pulsa sempit yang ditimbulkan oleh letupan – letupan sesaat pada suatu sinyal yang mempunyai amplitude yang cukup besar. Untuk suatu pembicaraan, impulse noise ini tidak mempunyai pengaruh apa – apa. Oleh karena itu jika berbicara tentang sinyal suara, hal ini tidak begitu diperhatikan. Akan tetapi impulse noise ini akan besar pengaruhnya pada komunikasi data, karena impulse noise ini akan membuat cacat sinyal yang diterima sehingga informasi yang dibawa dapat merubah artinya.
2.3. FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING Salah satu kehandalan yang harus dimiliki oleh suatu sistem telekomunikasi adalah kemampuan mengirimkan beberapa sinyal informasi pada saluran kanal lebar secara bersama – sama. Penggabungan beberapa kanal suara menjadi untuk disalurkan pada satu saluran kanal lebar inilah yang disebut dengan multiplexing. Pada sistem transmisi analog, metode penggabungan beberapa kanal suara ( multiplexing ) yang digunakan adalah Frequency Division Multiplexing ( FDM ).
15
Secara definisi FDM adalah : “ Suatu proses penggabungan beberapa saluran informasi dengan jalan menggeserkan sinyal – sinyalnya pada kelompok – kelompok frekuensi yang berbeda didalam spektrum frekuensi sehingga seluruhnya dapat dipancarkan pada waktu yang bersamaan pada sebuah fasilitas transmisi bersama “. Atau dalam bahasa lain, FDM adalah suatu proses pembagian satu saluran kanal lebar menjadi beberapa kanal suara pada frekuensi carrier yang berbeda. Modulasi dilakukan melalui beberapa tahap penggabungan sebagai berikut : 1) Pre Group, pada tahap ini dilakukan penggabungan 3 kanal suara menjadi 1 kanal. Dengan lebar bandwidth sebesar : 3 x 4 KHz = 12 KHz, yaitu dari 12 KHz – 24 KHz. 2) Basic Group, pada tahap ini dilakukan penggabungan 4 buah Pre Group menjadi 1 buah Basic Group. Dengan kata lain menggabungkan 12 kanal dalam 1 kanal lebar dengan lebar bandwidth sebesar : 12 x 4 KHz = 48 KHz, yaitu dari 60 KHz – 108 KHz. 3) Master Group, pada tahap ini 5 buah Basic Group digabung menjadi 1 buah Master Group dengan jumlah kanal sebesar 60 kanal yang digabung menjadi 1 buah kanal lebar. Dan lebar bandwidth pada kelompok ini sebesar 240 KHz, yaitu dari 312 KHz – 552 KHz. 4) Super Group, pada tahap ini 5 buah Master Group digabung menjadi 1 buah Super Group dengan jumlah kanal sebanyak 300 kanal yang
16
digabung menjadi 1 kanal lebar. Dan lebar bandwidth sebesar 1200 KHz, yaitu dari 812 KHz – 2044 KHz. 5) Super Master Group, pada tahap ini 3 buah Super Group digabung menjadi 1 buah Super Master Group dengan jumlah kanal sebanyak 900 kanal yang digabung menjadi 1 kanal lebar. Dan lebar bandwidth sebesar 3600 KHz, yaitu dari 8516 KHz – 12.388 KHz.
BM 0
4 KHz BM
0
HPF
4 KHz BM
0
HPF
M U X
HPF
12
16
20
24
12 KHz
4 KHz
Gambar 2.5 Pre group
2.4. REDAMAN RAMBAT Redaman lintasan ruang bebas ( free space loss ) terjadi pada saat gelombang radio merambat dari antenna pemancar ke antenna penerima melalui media transmisi berupa ruang bebas sehingga menyebabkan turunnya level daya gelombang radio yang diterima. Menurunnya level daya tersebut dipengaruhi oleh frekuensi dan jarak antara titik pemancar dan titik
17
penerima. Dalam perhitungan redaman lintasan ruang bebas ( tergantung dari frekuensinya ) terdapat dua cara, yaitu : 1. Untuk frekuensi diatas 800 MHz A fs = 92,4 + 20 log d + 20 log f ( GHz ) 2. Untuk frekuensi dibawah 800 MHz A fs = 28,4 + 20 log d + 20 log f ( MHz ) Dimana : A fs
= Redaman ruang bebas ( dB )
d
= Jarak ( km )
f
= Frekuensi
2.5. GANGGUAN – GANGGUAN PROPAGASI Dalam sistem komunikasi radio, terkadang timbul gangguan – gangguan yang dapat mengurangi kehandalan suatu komunikasi. Gangguan – gangguan tersebut dapat berasal dari dalam, yaitu dari perangkatnya sendiri dan juga dari luar perangkat itu sendiri. Yang dimaksud dengan gangguan yang berasal dari luar perangkat yaitu yang terjadi dalam proses propagasi gelombang radio. Ganguan – gangguan propagasi tersebut antara lain adalah :
18
2.5.1.
Polarisasi Polarisasi adalah peristiwa terjadinya perlawanan medan magnetik dan medan elektrik terhadap gelombang radio yang merambat di udara. Gelombang tanah meyebabkan muatan bumi membangkitkan sebuah arus. Ketika gelombang tanah melewati permukaan tanah, sebagian kekuatannya dilemahkan karena terjadinya penyerapan ( attenuation ) oleh bumi. Akibat dari polarisasi adalah walaupun gelombang tetap merambat, tetapi arahnya sudah berubah sehingga energi perambatannya semakin melemah.
2.5.2.
Refleksi Refleksi atau pemantulan pada propagasi gelombang merupakan peristiwa terpantulnya kembali gelombang elektromagnetik setelah mengenai suatu media. Akibat dari peristiwa refleksi ini adalah gelombang yang sampai pada antenna penerima akan mengalami redaman yang besar.
2.5.3.
Refraksi Gangguan lain dalam propagasi gelombang adalah peristiwa refraksi ( pembiasan ). Peristiwa ini merupakan peristiwa atmosfer yang disebabkan oleh tidak homogennya partikel – partikel lapisan udara di angkasa. Dengan adanya peristiwa ini, kemampuan gelombang radio dalam mencapai antenna penerima akan berkurang, karena ia harus menembus kepadatan udara sepanjang perambatannya.
19
2.6. FADING DAN SISTEM DIVERSITAS Kuat sinyal yang terukur di titik jauh umumnya akan berubah karena pemantulan permukaan bumi yang tidak teratur, pohon – pohon, gedung – gedung, dan lain – lain. Perubahan ini juga terjadi karena disebabkan oleh adanya pembiasan gelombang oleh atmosfer yang akan menyebabkan terjadinya perubahan sinyal di penerima. Peristiwa yang menyebabkan terjadinya penaikan dan penurunan sinyal inilah yang disebut dengan fading. Atau secara definisi, fading adalah perubahan kuat sinyal di penerima karena propagasi ganda. Fading sangat berpengaruh dalam merebut kuat sinyal yang diterima, dibadingkan
penerimaan
sinyal
pada
perambatan
udara
bebas
( tanpa fading ) dalam jarak yang sama. Fading biasanya paling besar berada dekat horizon radio dan dalam daerah bayang – bayang serta cenderung mengecil ketika melewati daerah terang. Pengaruh fading akan bertambah dengan kian tingginya frekuensi yang digunakan. Hal ini karena sejumlah perpindahan lapisan pemantul yang tidak teratur atau ketika pergeseran fasa yang melebihi panjang gelombang ( λ ). Terjadinya fading jelas mengurangi mutu penyampaian informasi, bahkan kadang – kadang terputus sama sekali dalam beberapa detik yang disebut dengan outage ( tidak tersalurnya informasi ).
20
Fading adalah faktor yang mempengaruhi kehandalan sistem transmisi gelombang mikro dan tentunya fading harus berusaha untuk diatasi. Yang jelas untuk memperbaiki alam adalah sesuatu hal yang tidak mungkin, sehingga untuk memperbaikinya adalah dengan memodifikasi sistemnya sedemikian rupa. Fading dapat dieliminir dengan cara teknik diversitas, yaitu dengan cara memancaatkan
penerimaan
gelombang
elektromagnetik
dengan
memodifikasi pada peralatannya. Teknik diversitas terdiri dari beberapa macam, tetapi yang banyak dipergunakan ada dua macam, yaitu space diversity dan frequency diversity. 2.6.1.
Space Diversity Suatu teknik diversitas dengan memanfaatkan antenna penerima yang dipasang secara ganda pada satu tiang. Jarak antara antenna yang satu dengan yang lainnya berjarak L = 70 λ – 100 λ.
Rx1 Tx Rx2 Gambar 2.6 Space Diversity
21
2.6.2.
Frequency Diversity Frequency
diversity
adalah
suatu
teknik
diversitas
yang
memanfaatkan penggunaan pemancar dan penerima ganda ( 2 Tx dan 2 Rx ). Sistem ini jarang dipakai karena menggunakan dua frekuensi yang berbeda.
Tx1
Rx1
Tx2
Rx2 Gambar 2.7 Frequency Diversity
22
