TEKNOLOGI POWER LINE COMMUNICATIONS (PLC) BERKAITAN DENGAN ASPEK TEKNIK DAN EKONOMI

ULTIMATICS VOL. 1 NO. 1, DESEMBER 2009

KUNTARTO

TEKNOLOGI POWER LINE COMMUNICATIONS (PLC) BERKAITAN DENGAN ASPEK TEKNIK DAN EKONOMI Universitas Multimedia Nusantara Tangerang - Banten Guson Prasamuarso Kuntarto [email protected]

Abstract—Power line communications (PLC) adalah sebuah paradigma baru transfer data digital melalui jaringan distribusi listrik. Fokus utama tulisan ini adalah membahas PLC dari aspek teknik maupun ekonomi. Dalam hal bagaimana sistem ini mampu menjadi penghubung antar pengguna (users), juga untuk mengetahui perubahan dan infrastruktur tambahan apa yang diperlukan . Keywords – Power Line Carrier, Power Line Communication, OFDM, PLC modem

I.

PENDAHULUAN

Gagasan di balik komunikasi listrik (PLC) adalah memanfaatkan jaringan distribusi listrik yang telah dipergunakan selama bertahun-tahun untuk komunikasi data. Untuk itu diperlukan suatu teknik guna menerapkan gagasan tersebut. Saat ini, jumlah penggunaan bandwidth untuk transmisi data digital melalui jaringan seperti Internet dan Local Area Network (LAN) telah meningkat             mampu mengakomodasi kebutuhan komunikasi data, dengan menggunakan band frekuensi tertentu sebagai pembawa sinyal di atas saluran listrik. Oleh karena itu, diperlukan perangkat yang dapat mendukung pertukaran data melalui jaringan listrik, yang secara teknik dan ekonomi memiliki kelayakan untuk dioperasikan.

II.




2.2.Perubahan apa yang diperlukan? Secara teknis hanya diperlukan perubahan kecil untuk komunikasi menggunakan jaringan listrik. Oleh karena itu, peneliti bekerjasama dengan para insinyur telah mengembangkan alat komunikasi yaitu modem PLC (PLM).

ASPEK TEKNIK

2.1. Betapa mudahnya untuk menyambung? Gambar 1 menunjukkan jaringan distribusi listrik. Secara teknis, distribusi listrik bekerja pada tegangan

         

!"  # 

   !     $  ! %! &   "" '' '* '     Jaringan distribusi listrik telah terhubung ke sebagian besar perumahan, perkantoran dan pabrik. Hal ini membuat PLC mudah untuk menghubungkan ke pengguna, karena sebagian besar rumah terhubung dengan jaringan listrik. Oleh karena itu, PLC memiliki potensi untuk berkembang menjadi kekuatan lokal dan skala besar jaringan data. TEHNOLOGI POWER ...

Gambar 1: Diagram jaringan distribusi listrik [4]



7

Gambar 2: Model sistem komunikasi data [4]

ULTIMATICS VOL. 1 NO. 1, DESEMBER 2009

KUNTARTO

Dalam rangka merancang PLM yang beroperasi untuk mentransfer data digital melalui transmisi analog, diperlukan suatu model sistem umum komunikasi data seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. A.

Modulator and Demodulator

Pada dasarnya, PLC bekerja dengan menempatkan (superimpossed) sinyal analog di atas standar frekuensi

 +/0   3/0 "     yang lebih tinggi dapat digunakan untuk transmisi dan    '4     & frekuensi radio (RF) yang dikirimkan melalui tegangan $#5 "6! $  oleh pemancar dan didemodulasi disisi penerima. Teknik modulasi sinyal diterapkan disisi modulator dan demodulator. Dalam kasus ini, modulasi diperlukan sebagai teknik untuk mengubah data digital ke bentuk analog, sehingga sinyal dapat ditransmisikan melalui saluran. Pada ujung yang lain, dipergunakan demodulator yang mengubah kembali sinyal analog menjadi data

 7$   $    pada aplikasi target dan memiliki keuntungan tertentu * Frekuensi Shift Keying (FSK) adalah salah satu teknik modulasi dan demodulasi. FSK, menerapkan frekuensi sinyal pembawa bervariasi untuk merepresentasikan  "   "8 9  69 : !#  ; dengan menggunakan 8 saluran komunikasi, yang memungkinkan implementasi 4 baudrate (600Hz, "'/0 '/0  E/0 ' Q!   

 6&$V6WX& membuat sistem ini dapat bekerja secara optimal. Menggunakan teknik FSK untuk mencapai kecepatan data tinggi tidak dianjurkan, karena nilai kecepatan data (baud rates) adalah linear dengan nilai peningkatan  V

!"8Y X$X$ $

  ! V!"Z *+ Untuk mencapai kecepatan data yang lebih tinggi dari "Z Q !$$6WX&[\$Z  ; (OFDM) dipilih sebagai teknik modulasi dan demodulasi yang dikenal. Sistem ini bekerja pada HF band, kuat terhadap berbagai macam gangguan dan mendukung   X      ' "+ ] *

menunjukkan skema OFDM dimana data ditransmisikan

  X $V  & $ ^ menggunakan Quadrature Amplitude modulation `5Z"+"3[   $  dengan simbol terpisah (C1, C2, .., Cn-1, Cn), sehingga ^       frekuensi sub-multiplexing menggunakan skema OFDM "3   X    $   domain-waktu menggunakan sistem Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), dan kemudian ditransmisikan dan diubah kembali ke domain-frekuensi menggunakan Fast Fourier Transform (FFT) pada penerima. Jumlah total poin dalam IFFT dan FFT adalah sama dengan jumlah #X"3 

     

Saluran encoder dan decoder menerapkan kode atau blok kode konvolusi Forward Error Correction (FEC) teknik ini dipergunakan untuk mengurangi kesalahan, dengan menambahkan ekstra bit sebagai pengontrol. Sehingga kesalahan yang muncul dalam aliran bit dapat dideteksi dan dikoreksi oleh bit kontrol tambahan

  

      

Encoder bertugas melakukan kompresi terhadap data, sementara disisi lain, dekoder penerima digunakan untuk    & $  D.

Medium Access control (MAC)

Agar saluran listrik dapat diakses oleh banyak perangkat secara terus-menerus, diperlukan protokol Media Access Control (MAC). Ada beberapa metode MAC antara lain: Carrier Sense Multiple Access dengan Collision Detection (CSMA / CD), Carrier Sense Multiple Access dengan Collision Avoidance (CSMA / 5 7[\$Z  5XX7[Z5+ Metode CSMA / CA dapat diterapkan pada PLC dengan mudah, dengan menggunakan kembali random-off    $  * 

 

Keamanan merupakan isu yang sangat penting dalam komunikasi data. PLC menggunakan mekanisme enkripsi 56-bit Data Encryption Standard (DES). Privasi







Gambar 3: Orthogonal Frequency Division Multiplexing [15].

Gambar 4: A model of data communications system for PLC [4].

8

TEHNOLOGI POWER ...

ULTIMATICS VOL. 1 NO. 1, DESEMBER 2009

KUNTARTO

   + Gambar 6 menunjukkan sebuah pemodelan kebisingan (noise) terhadap saluran listrik. Pemancar (Tx) mengirimkan sinyal tertentu sepanjang saluran  ^  /    %; 9! $  kebisingan diwakili oleh N(t) terdiri dari sebuah saluran narrowband yang akan menginterferensi H(f, t) yang :      +   3 /0 "+ Peralatan rumah tangga seperti komputer dan pengering rambut dapat menyebabkan kebisingan (noise) dalam  !*Z/0"+ Selain itu, untuk mengirimkan data digital dengan menggunakan frekuensi radio (RF) melalui saluran listrik, penggunaan band AM harus dihindari, karena $  $   !   E ‚   komunikasi data melalui saluran listrik adalah mungkin untuk menggunakan frekuensi tinggi (HF) 3-30 MHz dan   !6*#*/0""8…  itu, diperlukan pengaturan rentang frekuensi untuk PLC. Sebagai contoh, di Eropa, penggunaan bandwidth untuk PLC telah dibakukan oleh CENELEC. Frekuensi yang diijinkan adalah antara 3kHz dan 148.5kHz, yang dibagi menjadi lima rentang frekuensi: 3kHz-9Khz, 9kHz95kHz, 95kHz-125kHz, 125kHz-140kHz, dan 140kHz"E+/‡5 &!V   penggunaan bandwidth tinggi untuk mendukung aplikasi kecepatan data tinggi, seperti real-time video, karena mencapai tingkat data yang tinggi memerlukan bandwidth &   9       HF untuk PLC dapat mengganggu komunikasi lain, seperti siaran radio, radio amatir dan navigasi pesawat  9! !      /6/!6WX&      rumah (indoor) yang menggunakan infrastruktur listrik

 ! 9  6 & $V 6WX& dapat digunakan untuk aplikasi diluar rumah (outdoor).


Gambar 5: Block diagram of PLM [2, 11].

dicapai dengan enkripsi 64-bit data ke dalam 64-bit chipper data menggunakan 56-bit key sinyal, sehingga perangkat yang memiliki kunci enkripsi yang berbeda

    :! +"8 F.

Modem Design

Idealnya, di dalam komunikasi konvensional diterapkan metode pencocokan impedansi. Misalnya,

      + ~ sementara disisi penerima (receiver) menggunakan    &  + ~  Y   : dengan metode yang berbeda, dan sering disebut sebagai   X  X!€  ]  : sebuah sistem komunikasi data menggunakan PLC yang menerapkan impedansi pemancar dengan simbol ZT dan impedansi penerima dengan simbol Zi. Selain itu, perlu ditambahkan rangkaian coupling X X $&!! ^   menyaring frekuensi rendah. Sementara frekuensi tinggi

 $   



Fitur utama dari PLC adalah penggunaan kabel listrik yang ada sebgai media transmisi. Sehingga tidak diperlukan kabel tambahan untuk transmisi data tersebut +Z   & &! dicermati dalam penerapan teknologi PLC antara lain: pelemahan, kebisingan dan gangguan elektromagnetik yang disebabkan oleh medan listrik, yang dapat  !   +"8 Awalnya, kabel listrik dirancang untuk mentransfer      X   $    Dalam komunikasi data, meningkatkan laju transmisi data sama dengan meningkatkan frekuensi atau bandwidth. Ini berarti, untuk mengakomodasi kecepatan data yang lebih tinggi, kabel listrik harus mampu bekerja pada frekuensi yang lebih tinggi. Namun, saluran listrik memiliki keterbatasan seperti kebisingan, pelemahan,

III.


Gambar 6: A noise model of power line channel [4]

TEHNOLOGI POWER ...

ASPEK EKONOMI

3.1. Perubahan apa yang diperlukan? Untuk menerapkan sistem PLC diperlukan PLM. Ada dua konsep aplikasi yang menggunakan PLM. Power 7X$Q $$Q "ˆ‰ !!  aplikasi PLC yang menghubungkan komunikasi antara substasiun dengan rumah menggunakan PLM dan jaringan listrik sebagai media transmisi. PLOC bekerja di

!"9! X$ $!  PLOC adalah sistem Automatic Meter Reading (AMR). Sistem ini memungkinkan pembacaan stand listrik, gas,

X::!$ Z 3]8&:$  5Z%3 Z  3 Q   Z  sistem FSK dan beroperasi di half-duplex. Sebuah Data Concentrator Unit (DCU) terhubung ke Meter Interface Unit (MIU) di mana DCU berfungsi untuk : $ ^   Z‚… [  

9

ULTIMATICS VOL. 1 NO. 1, DESEMBER 2009

KUNTARTO

Konsep lainnya PLC adalah Power Line Telecoms ‚ $$ $X $ ‚  "ˆ Œ:  

  ! ""#' 9!   X$ $! aplikasinya adalah Local Area Network (LAN) listrik. Sistem ini menggunakan jaringan listrik tegangan rendah, untuk menghubungkan perangkat di rumah, seperti komputer, printer, scanner, serta perangkat rumah lainnya seperti smart devices. Stop kontak digunakan sebagai concentrators dengan menambahkan adapter khusus atau PLM, seperti ditunjukkan pada Gambar 8.


Gambar 7: blok diagram sistem AMR [6].

AMR, kehandalan transmisi menjadi fokus perhatian daripada kecepatan, sehingga dipergunakan laju transfer data 600bps untuk mengurangi data cacat. Setiap MIU dilengkapi juga dengan sebuah repeater dan penyaringan ^      3 Konsep lainnya PLC adalah Power Line Telecoms ‚ $$ $X $ ‚  "ˆ Œ:  

  ! ""#' 9!   X$ $! aplikasinya adalah Local Area Network (LAN) listrik. Sistem ini menggunakan jaringan listrik tegangan rendah, untuk menghubungkan perangkat di rumah, seperti komputer, printer, scanner, serta perangkat rumah lainnya seperti smart devices. Stop kontak digunakan sebagai concentrators dengan menambahkan adapter khusus atau PLM, seperti ditunjukkan pada Gambar 8. Z  3 Q   Z  sistem FSK dan beroperasi di half-duplex. Sebuah Data Concentrator Unit (DCU) terhubung ke Meter Interface Unit (MIU) di mana DCU berfungsi untuk : $ ^   Z‚… [   AMR, kehandalan transmisi menjadi fokus perhatian daripada kecepatan, sehingga dipergunakan laju transfer data 600bps untuk mengurangi data cacat. Setiap MIU dilengkapi juga dengan sebuah repeater dan penyaringan ^      3

Gambar 8: Power Line LAN at home [12].

Asoka™ telah mengimplementasikan sistem ini dengan mengembangkan dan memproduksi power line modem (PLM), salah satu produknya adalah PL9640ETH. Produk ini mengadopsi standar komunikasi

$$/$ "ˆ:       mencapai 14Mbps. Dilengkapi juga dengan deteksi dan koreksi kesalahan serta 56-bit DES sistem enkripsi  :  "'95$Š Sumimoto Electric™ juga telah mengembangkan dan memproduksi PLM yang bekerja sampai 45 Mbps *#*Z/0 " Harga PLM relatif murah, dengan menawarkan berbagai aplikasi. Harga Tipe PLM24 misalnya adalah ‹ *'    "* ‚   $$ ! &    ^     $

 !' "*

Table 1: Keragaman LAN [7, 12, 18].

Ethernet Phone line Wireless Power line IEEE 802.3 HomePNA 2.0 IEEE 802.11a HomePlug 1.0 IEEE 802.11b 10/ 100M 10M 55M 14M 11M Fastest Use existing power system Use existing Mobility line Low cost NIC phone line and electrical outlet Requires extensive Wiring and retrofit

Computers must be Near phone jack

wired infrastructure New technology usually requiered Not yet widespread

10

TEHNOLOGI POWER ...

ULTIMATICS VOL. 1 NO. 1, DESEMBER 2009

75-200/port retrofit wiring 60-100 new installation

KUNTARTO

50-100

60-250

3.2. Infrastruktur Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1, sistem LAN  ! ! & ‹ 8+ # ‹ '  $    ! !   $^ 8 untuk menghubungkan komputer, jaringan nirkabel tidak memerlukan kabel tambahan akan tetapi memerlukan access point yang biayanya berkisar antara $ 60 - $ 250. Baik aplikasi PLOC maupun PLIC tidak perlu kabel. Ini berarti tidak ada biaya tambahan untuk kabel komunikasi. Selain itu, PLC menggunakan soket listrik sebagai concentrators, ini juga mengurangi pengeluaran untuk pengadaan hub/ switch. Oleh karena itu, penggunaan PLC untuk LAN berkecepatan tinggi lebih murah jika

  Ž !  8

IV.

KESIMPULAN

PLC menggunakan jaringan kabel listrik untuk komunikasi data tanpa harus menginstal infrastruktur baru. Hal ini membuat PLC mudah untuk menghubungkan pengguna baik lokal maupun wide area. Dengan menerapkan teknik modulasi yang muktahir seperti FSK dan OFDM memungkinkan band RF bekerja sebagai pembawa (carrier), ditunjang dengan FEC, MAC, dan sistem keamanan di PLM, memungkinkan PLM untuk beroperasi pada kecepatan data berbagai 2,4 Kbps , 14Mbps dan 45Mbps. Aplikasi PLC relatif murah, karena hanya memerlukan penambahan PLM yang harganya sekitar $ 32 sampai dengan $ 89. Menggunakan soket listrik yang ada sebagai concentrators sehingga tidak memerlukan biaya ekstra untuk instalasi kabel. Dengan demikian, membuat PLC secara teknis dan ekonomis layak untuk diimplementasikan.

DAFTAR PUSTAKA "    5  9!$   V! Z 5$  Tokumaru, K., Hirotsu, K., Ohno, H., Shimoguchi, T., Ozaki, 7 9 ZVZ 9$ $/4 2004, “Development of high speed power line communications $ €9Ž‚7X!X%\V$+E 'E‘**Q Available: www.sei.co.jp/tr_e/t_technical_e_pdf/58-06.pdf, accessed: 16/09/2004. ' 5$'Ž ! V$ ˆ3#Ž7/€ Q 5\” !

”••VVV$X$• •ˆ3  accessed: 16/09/2004. *   5X!  '" 5 $ X     5Z% & € $ 5\” !

”••VVVX! X$X$• english/product/product_s1.htm, accessed: 15/09/2004.    

% ŒX!$

$5ZX!'"5 TEHNOLOGI POWER ...

89

power line FSK transceiver with reduced power consumption,” ‚ŽŽŽ7X $ $ X$ X $X$ 8'  '8‘'"' +     [W  5 Œ$  ]   Œ   [  '" [  $ !$! $V € Q 5\” VVV  $ X:• $$• W• t&d2001_061.pdf. 3     6$$0 5 Œ   6  9 ' [  communication and networking, 3rd edition, McGraw Hill. 8 ]$ 0Z% Z [$  5'$V line channel characteristics and their effect on communication &  €‚ŽŽŽ $X $Z0 8E#E3 E /!7X!/$0$/7/'X Z# '€ Q 5\” !

”••VVV! !X$• #'•$  htm, accessed: 01/10/2004. ˆ        4 '* /$ $V X€ "#"+Q5\”!

”••VVV X$ org/docs/world_summit/HomePlug.pdf, accessed: 16/09/2004. " V 9   9$ ! ] ' $V   V$ X!$$ $   $  € Q Available: http://glasnost.itcarlow.ie/~net4/kirwans/bband. ! ™š7$X38'*+3E"XX ”+•"•' ""  Z  YV % Ž  X! /5   9 $9 ''/$"$V X$X $5Y‘$ $X$ X $  $X results version 5.4,” International journal of communications & $"" "#*Q5\”!

”••VVVX › •œ$•  •‚4 9'* XX ”"3•ˆ•' "' #4 X!5/ Z'5 Power line communications Network Infrastructure for the 9 /$€ "#""Q5\”VVV › • publications/1.pdf, accessed: 05/09/2004. "* !\ ' X    !  "* ‘ Wireless LAN Technology, School of Electrical Engineering, ]$ ‚    $ 7X!$$&  *ˆ ‘ '   Q Available: http://users.ece.gatech.edu/yucel/wlan.pdf, accessed: 16/09/2004. " \ $YX54/0 4 /$& B., April 2003, “Power line communications: state of art and

!   €‚ŽŽŽ $X $Z0 *‘ 40. "+ $& 5 90 5 ]X YX$ 4 ‚   …0 ‚ '%X!  $ ^X  $V  communication modems,” Department of electronics and communications engineering University of Zaragoza, pp. 2-6, Q5\” VVV X'0•%X! 5$Ž^X $V $X $Z$   XX ”8•"•' "3 %X $X '  X $ Ž !  V $  ˆ3#Ž7/€ Q 5\”  !

”••VVV ramelectronics.net/html/ethernet133.htm, accessed: 11/10/2004.

11

ULTIMATICS VOL. 1 NO. 1, DESEMBER 2009

KUNTARTO

"8 9   "ˆˆˆ $V  X$X $ Channel Properties and Communications Strategies (Doctoral dissertation, Department of Information Technology,   …\ &€ Q 5\” !

”••$  unipi.it/~filippo/documenti/powerlines/PowerLineCom/ Œ$^•%ˆ  E‘'XX ”*#ˆ#' "E ž   '' $V  X$X $€ ]Y…  $X  $ X $ 5\” !

”•• www.fact-index.com/p/po/power_line_communications.html, accessed: 05/09/2004. "ˆ ‡  / '* $V    Communication System”, Department of Microelectronics and Information Technology, IMIT

12

TEHNOLOGI POWER ...