SIMULASI LINK BUDGET PADA KOMUNIKASI SELULAR DI DAERAH URBAN DENGAN METODE WALFISCH IKEGAMI Zulkha Sarjudin, Imam Santoso, Ajub A. Zahra Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. H. Soedharto,SH, Tembalang - Semarang, Indonesia
ABSTRAK Pada sistem komunikasi selular, propagasi gelombang radio merupakan hal yang sangat penting untuk dimengerti khususnya di daerah urban. Komunikasi selular merupakan sistem komunikasi yang menggunakan udara sebagai media transmisi. Perambatan gelombang radio dari pemancar ke penerima pasti mengalami rugi-rugi propagasi. Secara empiris, terdapat beberapa model propagasi yang dapat digunakan untuk menghitung pathloss, salah satunya adalah metode Walfisch Ikegami. Berdasarkan hal tersebut, pada penelitian ini dibuat simulasi metode Walfisch Ikegami untuk menghitung pathloss pada daerah urban dengan nilai parameter yang dapat divariasi. Parameter-parameter tersebut antara lain tinggi BTS, tinggi gedung, frekuensi, lebar jalan, jarak antar gedung, sudut orientasi jalan dan jarak BTS-MS. Hasil perhitungan pathloss kemudian digunakan untuk menghitung link budget untuk mendapatkan nilai RSL (Receive Signal Level) untuk daerah urban. Tahap pengujian yang dilakukan pada penelitian ini ada 2 (dua) yaitu tahap perhitungan pathloss dan tahap perhitungan link budget. Tahap perhitungan pathloss merupakan perhitungan rugi-rugi propagasi di daerah kota sedang dan kota metropolitan dengan metode Walfisch Ikegami. Pada tahap perhitungan link budget, dilakukan untuk mendapatkan level daya yang diterima MS. Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa pada frekuensi diatas 925 MHz, pathloss di daerah kota metropolitan lebih besar dibandingkan kota sedang. Sedangkan pada frekuensi dibawah 925 MHz, pathloss di daerah kota metropolita lebih kecil dibandingkan pada kota sedang. Keywords: pathloss, link budget, Walfisch Ikegami, I.
PENDAHULUAN Definisi dari propagasi gelombang adalah perambatan gelombang pada media perambatan atau media transmisi. Media transmisi yang digunakan bisa berupa kawat, udara atau cahaya. Propagasi melalui udara menggunakan gelombang elektromagnetik atau radio sehingga disebut sistem transmisi radio. Komunikasi seluler merupakan sistem telekomunikasi yang menggunakan media transmisi udara. Sistem ini memiliki kelebihan dapat digunakan untuk berkomunikasi dimanapun selama masih terjangkau oleh BTS (Base Transceiver Station). Area cakupan antena BTS adalah persebaran sinyal dari antena pada permukaan bumi. Area cakupan antara BTS dengan BTS lainnya memiliki luas area yang berbeda-beda. Aspek-aspek yang mempengaruhi area cakupan ialah jenis antena, tipe lingkungan, model propagasi, jari-jari sel dan anggaran daya. Penelitian tentang model propagasi yang telah dilakukan sebelumnya ialah tentang analisis perbandingan pemodelan propagasi pada system DCS 1800. Simulasi tersebut menampilkan hasil analisis perbandingan model propagasi dari operator GSM (Wirasati, 2003)..
Penelitian kali ini tentang simulasi anggaran daya (link budget) pada daerah urban dengan menggunakan model propagasi Walfisch Ikegami. Dengan simulasi ini diharapkan dapat menampilkan pengaruh perubahan parameter satu terhadap parameter lainnya. Parameter-parameter disini adalah parameter-parameter dari BTS, MS dan parameter ruang yang dihitung melalui rumus propagasi Walfisch Ikegami. Kemudian hasil akhir dari perhitungan tersebut akan digunakan dalam perhitungan link budget untuk mendapatkan besar level daya yang diterima oleh MS. II. Batasan Masalah Dalam penulisan penelitian ini pembahasan masalah memiliki batasan pada permasalahan berikut: 1. Frekuensi yang digunakan adalah 900-1800 MHz. 2. Model perambatan yang digunakan ialah model perambatan Walfisch Ikegami. 3. Menggunakan arah downlink untuk menghitung pathloss. 4. Tidak membahas mengenai pengaruh interferensi terhadap kuat sinyal.
5. Prinsip sistem seluler tidak dibahas secara matematis dan detail. 6. Jarak BTS-MS yang dihitung antara 20-5000 meter. II. DASAR TEORI Komunikasi tanpa kabel (wireless) merupakan sistem komunikasi yang menggunakan media transmisi gelombang radio. Gelombang radio akan melakukan propagasi untuk mentransmisikan sinyal informasi. Salah satu sistem komunikasi yang berbasis pada wireless communication adalah sistem komunikasi selular. Setiap proses propagasi akan menimbulkan rugi-rugi propagasi. Terdapat beberapa metode untuk mengistimasi rugi-rugi propagasi diantaranya Okumura Hatta, WCY lee, Walfisch ikegami dan lain-lain. Metode Walfisch Ikegami dipilih karena metode ini cocok digunakan untuk mengestimasi rugi-rugi propagasi di daerah perkotaan. Metode Walfisch Ikegami Model Walfisch-Ikegami adalah model propagasi empiris untuk area urban yang dapat digunakan baik untuk makrosel maupun mikrosel. Parameter-parameter yang berhubungan dengan model walfisch-ikegami dapat diilustrasikan pada gambar 1[6] Model walfisch-Ikegami dapat dibagi menjadi 2 kasus, yaitu LOS (Line Of Sight) dan NLOS (Non Line Of Sight). Formula redaman lintasan untuk kondisi LOS dapat dirumuskan pada persamaan 1[2] LLOS [dB] = 42.6 + 26 log10 d + 20 log10 f…...…(1) Dengan d adalah jarak (km) dan f adalah frekuensi (MHz). Formula redaman lintasan untuk kondisi NLOS dapat dirumuskan pada persamaan 2[2] L = Lfsl + Lrts + Lmsd….……..……...……………...(2) Model Walfisch-Ikegami valid untuk kondisi: f = Frekuensi 800 - 2000 MHz hbts = Tinggi antenna BTS 4 – 50 m hms = Tinggi antenna MS 1 – 3 m d
w = lebar jalan (m), hm= tinggi ms (m), ϕ= sudut orientasi jalan (derajat), hb= tinggi BTS (m), hroof = tinggi rata-rata bangunan (m), d= jarak MS-BTS (km), b= jarak antar bangunan (m), f= frekuensi (MHz), Redaman lintasan dalam kondisi NLOS, Free space loss dinyatakan pada persamaan 3[2] Lfsl = 32,45 + 20 log10 (d) + 20 log10 (f)……..….(3) d = Jarak MS-BTS (km), f = Frekuensi (MHz) Lrts = −16.9 + 10 log10 (w)+20 log10(w) + 20 log10 (hroof – hm) + Lori..…………………………....(4) Lori = −10 + 0.354ϕ : untuk 00 ≤ ϕ <35........... (5) 2.5 + 0.075(ϕ − 35) : untuk 350 ≤ ϕ<55...........(6) 4.0 − 0.114(ϕ − 55) : untuk 550 ≤ ϕ < 900........(7) Lmsd = LBSH + ka + kd log10 d+ kf log10 fc− 9log10 b………………………………………………....(8) kf = 4 0,7(
fc 1) : Untuk kota sedang....(9) 925
fc 1) :Untuk daerah metropolitan(10) 925 LBSH = 18 xlog10 (1 (hr - hm)) : hb > hr…….(11) 4 1,5(
Ka = 54 Kd = 18 18 – 15(Δhb/Δhr)
: hb > hr……(12) : hb > hr…...(13) : hb ≤ hr.......(14)
Link Budget Tujuan dari perhitungan anggaran daya adalah untuk menentukan parameter dan konfigurasi yang ideal untuk mendapatkan kinerja terbaik dalam suatu link transmisi. Paramater-parameter yang dibutuhkan dalam perhitungan anggaran daya diantaranya adalah propagasi gelombang radio yang digunakan untuk memperkirakan rugi-rugi propagasi antara pemancar dan penerima, daya pancar transmisi, penguatan antena, rugi-rugi, sensitifitas penerima serta margin-margin seperti yang ditunjukkan pada gambar 2[1]:
= Jarak antara MS dan BTS 20 – 5000 m
Gambar 2 Parameter anggaran daya
Gambar 1 Model Walfisch-Ikegami[6
Dengan:
]
RSL (Receive Signal Level) adalah level sinyal yang diterima di penerima dan nilainya harus lebih besar dari sensitivitas perangkat penerima (RSL _ Rth). Untuk menghitung RSL (Receive Signal Level) maka digunakan rumus 15 RSL = Pt + Gt - Lkabel - Lcom – pathloss+ GrLr………………………………………….…15
Dimana Pt=daya pancar Tx, Gt=penguatan antena Tx, Lkabel =rugi-rugi kabel+ konektor, Lcom=rugi-rugi kombiner, Gr=penguatan antena Rx, Lr=rugi-rugi kabel penerima. IV. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PROGRAM Diagram Alir Pada perancangan simulasi ini terdapat beberapa diagram alir. Berikut ini adalah 2 diagram alir yang penting untuk diketahui. Diagram alir utama pada perancangan sistem ini ditunjukkan dalam gambar 3. Dalam diagram alir tersebut terdapat 2 kondisi propagasi yaitu LOS (Line of Sight) dan NLOS (Non Line of Sight). Pada kondisi LOS, pathloss dihitung dengan menggunakan persamaan 1 sedangkan Pathlos kondisi NLOS dihitung dengan menggunakan persamaan 2.
Pada diagram alir tersebut terdapat 2 pilihan kondisi area yaitu area kota metropolitan dan kota sedang. Pathloss pada area kota metropolitan dihitung dengan menggunakan persamaan 10 sedangkan pathloss area kota sedang dihitung dengan menggunakan persamaan 9. V. Tampilan Program Tampilan program simulasi diperlihatkan pada gambar 5.
Mulai
Tidak
Ya
Gambar 5 Tampilan halaman simulasi
Kondisi LOS?
Hitung Pathloss menggunakan persamaan.2
Hitung Pathloss menggunakan persamaan .1
Hitung link budget menggunakan rumus 15
Selesai
Gambar 3 Diagram alir system
Diagram alir menu Walfisch Ikegami kondisi NLOS (Non Line of Sight) ditunjukkan pada gambar 4. Pada diagram alir ini terdapat 2 pilihan kondisi area yaitu area kota metropolitan dan area kota sedang. M u la i
M a s u k k a n P a r a m e te r w a lf is h ik e g a m i
t id a k
K o ta M e t r o p o lit a n ?
H it u n g ru g i p ro p a g a s i D e g a n m e n g g u n k a n p e rs a m a a n 9
y a
H itu n g r u g i p ro p a g a s i D e g a n m e n g g u n k a n p e rs a m a a n 1 0
H i tu n g lin k b u d g e t m e n g g u n a k a n ru m u s 1 5
S e le s a i
Gambar 4 Diagram alir Walfisch Ikegami kondisi NLOS
Pada halaman ini berfungsi untuk menghitung rugi propagasi dan link budget dengan metode Walfisch Ikegami pada kondisi NLOS. Di sini terdapat parameter-parameter yang dapat diubah nilainya diantaranya frekuensi, jarak MS-BTS, lebar jalan, tinggi gedung, sudut orientasi jalan, jarak antar gedung dan tinggi BTS. VI. PENGUJIAN DAN ANALISIS Pada pengujian ini diperbandingkan antara variasi jarak dan pathloss. Hasil pengujian pada daerah kota sedang dan kota metropolitan ditampilkan pada tabel 1 Tabel 1 Hasil pengujian variasi jarak terhadap pathloss
Jarak (m) 20 50
Pathloss K. sedang (dB) 56.8874928 68.3266326
Pathloss K. metropolitan (dB) 59.350942 70.790082
100
83.448353
85.911802
200 400 600 800 1000 1500 2000 2500 3000
94.8874928 106.326633 113.0181 117.765772 121.448353 128.139821 132.887493 136.570073 139.578961
97.350942 108.79008 115.48155 120.22922 123.9118 130.60327 135.35094 139.03352 142.04241
3500 4000 4500 5000
142.122939 144.326633 146.270428 148.009213
144.58639 146.79008 148.73388 150.47266
Pada jarak 20 meter, pathloss yang dihasilkan sebesar 56.8874928dB (kota Sedang). Sedangkan pada jarak 5000 meter, pathloss yang dihasilkan sebesar 148.009213dB (kota sedang). Dari data diatas dapat dianalisis bahwa semakin jauh jarak MS terhadap BTS maka pathloss yang dihasilkan semakin besar. Pengujian variasi tinggi BTS terhadap pathloss ditampilkan pada tabel 2 Tabel 2 Hasil pengujian variasi tinggi BTS terhadap pathloss
Tinggi Pathloss k. Pathloss k. BTS (m) Sedang (dB) Metropolitan (dB) 205 130.0344 130.7668 210 129.7878 130.5201 215 129.5487 130.281 220 129.3167 130.0491 225 129.0914 129.8238 230 128.8724 129.6048 235 128.6594 129.3918 240 128.452 129.1844 245 128.25 128.9824 250 128.0531 128.7855 Pada ketinggian 205 meter, pathloss yang dihasilkan sebesar 130.0344 dB (kota Sedang). Sedangkan pada ketinggian 250 meter, pathloss yang dihasilkan sebesar 128.0531 dB (kota sedang). Dari data tersebut dapat dianalisis bahwa semakin tinggi BTS maka pathloss yang dihasilkan semakin kecil. Pengujian variasi frekuensi terhadap pathloss ditampilkan pada tabel 3 Tabel 3 Hasil pengujian variasi frekuensi terhadap pathloss
frekuensi Pathloss k. Pathloss k. (MHz) Sedang (dB) Metropolitan (dB) 900 122.8 122.79 925 123.2 123.21 950 123.6 123.64 1000 124.3 124.46 1050 124.9 125.26 1100 125.6 126.03 1150 126.2 126.79 1200 126.8 127.53 1250 127.4 128.25 1300 127.9 128.95
1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800
128.5 129 129.5 130.1 130.6 131 131.5 132 132.4 132.9
129.64 130.32 130.98 131.63 132.28 132.91 133.53 134.15 134.75 135.35
Pada frekuensi diatas 925 MHz, pathloss pada kota sedang lebih kecil dibandingkan pada kota metropolitan. Pengujian variasi tinggi gedung terhadap pathloss ditampilkan pada tabel 4 Tabel 4 Hasil pengujian variasi tinggi gedung terhadap pathloss
Tinggi gedung Pathloss k. Pathloss k. (m) Sedang (dB) Metropolitan (dB) 50 128.0531 128.785 55 129.1023 129.835 60 130.0803 130.813 65 131.0001 131.732 70 131.8714 132.604 75 132.7023 133.435 80 133.4993 134.232 85 134.2676 135 90 135.0118 135.744 95 135.7358 136.468 100 136.443 137.175 105 137.1363 137.869 110 137.8185 138.551 115 138.492 139.224 120 139.1593 139.892 125 139.8225 140.555 130 140.4837 141.216 135 141.1452 141.878 140 141.809 142.541 145 142.4773 143.21 150 143.1526 143.885 155 143.8371 144.569 160 144.5337 145.266 165 145.2452 145.978 170 145.9751 146.707 175 146.7272 147.46 180 147.5059 148.238
185 190 195 200
148.3167 149.1661 150.062 151.0148
149.049 149.898 150.794 151.747
Gedung-gedung yang tinggi menhasilkan pathloss yang lebih besar. Pengujian variasi lebar jalan terhadap pathloss ditampilkan pada tabel 5 Tabel 5 Hasil pengujian variasi lebar jalan terhadap pathloss
Lebar Pathloss k. Pathloss k. jalan (m) Sedang (dB) Metropolitan (dB) 6 142.147 143.7 9 140.386 142 12 139.137 140.7 15 138.168 139.7 18 137.376 139 21 136.707 138.3 24 136.127 137.7 Dari data diatas terlihat bahwa lebar jalan yang sempit menghasilkan pathloss lebih besar dibandingkan jalan yang lebih lebar. Pengujian variasi sudut orientasi jalan terhadap pathloss ditampilkan pada tabel 6 Tabel 6 Hasil pengujian variasi sudut orientasi jalan terhadap pathloss
Sudut orientasi jalan (deg) 0 5 12 15 20 25 30 35 36 40 45 50 55 56 60 65 70 75 80
Pathloss k. Pathloss k. Sedang Metropolitan (dB) (dB) 116.784 117.5 118.554 119.3 120.324 121.1 122.094 122.8 123.864 124.6 125.634 126.4 127.404 128.1 129.284 130 129.359 130.1 129.659 130.4 130.034 130.8 130.409 131.1 130.784 131.5 130.67 131.4 130.214 130.9 129.644 130.4 129.074 129.8 128.504 129.2 127.934 128.7
85 90
127.364 126.794
128.1 127.5
Dari data tersebut dapat dilihat bahwa dari sudut 00 ≥ 550 menunjukkan peningkatan pathloss, sedangkan dari sudut 550 ≤ 900 besar pathloss semakin menurun. Pengujian variasi jarak antar gedung terhadap pathloss ditampilkan pada tabel 7 Tabel 7 Hasil pengujian variasi jarak antar gedung terhadap pathloss
Jark antar gedung (m) 20 25 30 35 40 45 50
Pathloss k. Pathloss k. Sedang Metropolitan (dB) (dB) 135.52 135.7138 134.65 134.8416 133.93 134.129 133.33 133.5265 132.81 133.0045 132.35 132.5442 131.94 132.1323
Jarak antar gedung yang lebar menghasilkan pathloss yang lebih sedikit dibandingkan jarak antar gedung yang rapat. V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil pengujian dan analisis yang dilakukan tentang simulasi pathloss menggunakan metode Walfisch Ikegami di daerah urban, maka diambil kesimpulan bahwa pada frekuensi diatas 925 MHz, daerah kota metropolitan menghasilkan rugirugi propagasi yang lebih besar dibandingkan kota sedang. Pada frekuensi 925 MHz, pathloss yang dihasilkan bernilai sama. Sedangkan pada frekuensi dibawah 925 MHz, pathloss yang dihasilkan pada kota sedang lebih tinggi dibandingkan pathloss pada kota metropolitan. Semakin tinggi BTS akan menghasilkan pathloss yang lebih kecil. Semakin jauh jarak MS terhadap BTS maka pathloss yang dihasilkan juga semakin besar. Semakin tinggi ketinggian gedung menghasilkan pathloss yang semakin besar. Semakin besar lebar jalan, maka pathloss yang dihasilkan juga semakin kecil. Jarak antar gedung yang lebar akan menghasilkan pathloss yang semakin kecil.
Saran Saran untuk pengembangan program dan penelitian lebih lanjut adalah membuat peta wilayah rugi-rugi jalur berdasarkan metode estimasi Walfisch Ikegami.
DAFTAR PUSTAKA [1] Wibisono, G., U. Kurniawan., G. D. Hantoro, Konsep Teknologi Selular, Informatika, Bandung, 2008. [2]. Walfisch Ikegami Propagation Model, http://www.cse.hcmut.edu [3]. Ryszard, Struzak, Radio-wave Propagation Basics. wireless.ictp.trieste.it/.../R_Propg_Basics.pdf. [4]. Propagasi Gelombang Radio, http://ab3duh.wordpress.com [5] Widodo, Slamet, Sistem Transmisi Radio 2,. Bpkm polines, Semarang, 2003. [6] Nachwan Mufti, Modul 7 Sistem Komunikasi Bergerak, Prediksi Redaman Propagasi, [7] Dirjen Postel, Persyaratan Teknis Alat Dan Perangkat Jaringan Global System for Mobile (GSM) 900 MHz / Digital Communication System (DCS) 1800 MHz, Jakarta, 2004. [8] ETSI, Digital Cellular Telecommunications System (Phase 2+);Radio Network Planning Aspects (GSM 03.30 version 8.3.0 Release 1999), http://pda.etsi.org/exchangefolder/tr_101362v0 80400p.pdf, Desember 2009. [9] Lempiäinen, J., M. Manninen, Radio Interface System Planning for GSM/GPRS/UMTS, Kluwer Academic Publishers, New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow, 2002.
Zulkha Sarjudin (L2F307055) Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Reguler II 2007 Bidang Konsentrasi Teknik Elektronika Telekomunikasi Universitas Diponegoro Email :
[email protected]
Mengetahui, Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Imam Santoso,S.T.,M.T. NIP. 197012031997021001 Tanggal:___________
Ajub A. Zahra. S.T.,M.T. NIP. 197107191998022001 Tanggal:__________
