ELEMEN KOMUNIKASI RADIO DAN SPEKTRUM FREKUENSI

Politeknik Telkom Jaringan Nirkabel

34PAGE 10

3 ELEMEN KOMUNIKASI RADIO DANSPEKTRUM FREKUENSI

Overview

Dalam sistem komunikasi berbasis radio paket diperlukan perangkat-perangkat pendukung untuk terselenggaranya komunikasi ini, dan harusdiketahui pada frekuensi berapa sistem ini bekerja.

Tujuan

1. Mahasiswa mengetahui elemen pendukung dan cara kerja sistemkomunikasi radio.

2. Mahasiswa memahami frekuensi kerja sistem ini.3. Mahasiswa dapat meyelesaikan berbagai persoalan dan fenomena yang

terkait dengan perangkat.


34PAGE 10

3 ELEMEN KOMUNIKASI RADIO DANSPEKTRUM FREKUENSI

Overview

Dalam sistem komunikasi berbasis radio paket diperlukan perangkat-perangkat pendukung untuk terselenggaranya komunikasi ini, dan harusdiketahui pada frekuensi berapa sistem ini bekerja.

Tujuan

1. Mahasiswa mengetahui elemen pendukung dan cara kerja sistemkomunikasi radio.

2. Mahasiswa memahami frekuensi kerja sistem ini.3. Mahasiswa dapat meyelesaikan berbagai persoalan dan fenomena yang

terkait dengan perangkat.


35PAGE 10

3.1 Intro

Pada bab sebelumnya, telah dibahas tentang dasar sistem komunikasiradio beserta berbagai property pendukung kinerja sistem tersebut. Diantaraproperty pendukung sistem, perangkat atau elemen yang tidak bolehdilupakan, mengingat bagian inilah yang akan berperan saat ingin mengadakansuatu konektivitas termasuk spektrum frekuensi yang digunakan.

Untuk lebih jelasnya, berikut arsitektur sistem komunikasi bergerak

Gambar 3.1 Komunikasi RadioKeterangan gambar :• Mobile Station (MS) : Basic bagi komunikasi bergerak, adalah perangkat

mobile user.• Base Station (BS) : Cakupan area pada jarngan seluler dibagi menjadi

area-area kecil yang disebut sel. Sel lain memiliki base station yangsecara simultan berkomunikasi dengan seluruh mobile di sekitar sel, danmelewatkan trafik ke Mobile Switching Centre. Base station dikoneksikan ke mobile phone via radio interface.

• Mobile Switching Centre (MSC) : Mengontrol jumlah sel atau kluster,mengatur base station dan kanal-kanal untuk mobiles phone dan handlekoneksi.

• National Carrier Exchange : Adalah gateway untuk ke national fixedpublic switched telephone network (PSTN). Ini mengatur untukkepentingan koneksi pada sistem komunikasi nasional, dan selaluterintegrasi dengan MSC.


36PAGE 10

3.2 Modulasi Sinyal RadioKonsep yang digunakan adalah transmisi data parallel yang berarti

menggunakan teknik modulasi Frequency Division Multiplexing (FDM).Menggunakan data streaming yang parallel dan FDM dengan overlappingsubkanal untuk menghindari pengguna equalisasi high data dan untuk melawandorongan noise, distrosi multipath sebaik available bandwidth yang digunakan.

Salah satu aplikasinya yaitu pada komunikasi militer. Pada perangkattelekomunikasi, pada bagian Discrete Multi-Tone (DMT), Modulasi multikanaldan modulasi multicarrier (MCM) yang menggunakan pita lebar dan kadangmengganti dengan OFDM.

Pada OFDM carrier lain orthogonal terhadap carrier lainnya.Bagaimanapun kondisi ini tidak selalu memperbaiki MCM, berikut skemamulticarrier transmition OFDM

Gambar 3.2 Modulasi

Gambar 3.3 Spectrum


37PAGE 10

Skema OFDM, membagi bandwidth menjadi narrow subbandorthogonal. Sistem Multiple Akses :a. OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)b. Sub-carrier divide into a groupsub-channel

Gambar 3.4 Perbandingan kinerja OFDM dan OFDMA

Jenis modulasi lain :1. AM (Amplitudo Modulation)

Gambar 3.5 Amplitudo Modulation


38PAGE 10

2. FM (Frequency Modulation)

Gambar 3.6 Frequency Modulation

3. QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

Gambar 3.7 QPSK


39PAGE 10

4. MSK (Minimum Shift Keying)

Gambar 3.8 MSK

3.3 Propagasi Sinyal RadioMekanisme fisik yang mempengaruhi propagasi radio sangat kompleks

dan bermacam-macam, tapi secara umum ada 3 faktor penting yang sangatperlu diperhatikan.

Refleksi (pemantulan)1. Terjadi saat gelombang mengenai halngan yang ukurannya agak lebih

besar dibandingkan dengan panjang gelombang sinyal.2. Contoh refleksi dari bumi ke gedung.3. Refleksi ini mungkin mengganggu sinyal original secara konstruktif atau

destruktif (merusak).4. Terdapat sinyal tak langsung datang ke receiver setelah mengalami

pantulan terhadap object. Mungkin terdapat banyak pantulan yangberkontribusi terhadap besarnya delay.


40PAGE 10

Difraksi/ Refraksi1. Terjadi saat radio path antara pengirim dan penerima dihalangi oleh

benda yang tidak dapat ditembus dan oleh permukaan dengan yangtajam tidak beraturan.

2. Mennjelaskan bagaimana sinyal radio mampu melakukan perjalanandengan perangkat urban dan rural tanpa line of sight.

3. Propagasi melewati object yang cukup besar seolah-olahmenghasilkan sumber sekunder, seperti puncak bukit dsb.

Scattering (penghamburan)

1. Propagasi melewati object yang kecil dan/atau kasar yang menyebabkanbanyak pantulan untuk arah-arah yang berbeda.

2. Terjadi saat kanal radio terdiri dari obyek yang memiliki ukuransebesar panjang gelombang atau kurang dari gelombang propagasi danjuga saat jumlah obstacle (penghalang) cukup besar.

3. Scattering dihasilkan oleh obyek-obyek kecil, permukaan kasar danketidakteraturan yang lain pada kanal.

4. Sebagaimana prinsip difraksi.5. Menyebabkan energi penirim diradiasikan di banyak tempat.6. Penyangga lampu atau penenda jalan bisa menyebabkan scattering.

Gambar 3.9 terjadinya difraksi, refleksi dan scattering


41PAGE 10

Free Space Loss

1. Diasumsikan terdapat satu sinyal langsung (line of sight path), sangatmudah memprediksi dengan free space formula.

2. Digunakan prediksi bahwa sinyal yang diterima sangat kuat yaitu saatkondisi antara transmitter dan receiver kosong, tanpa penghalang,tanpa gannguan.

3. Power delay di receiver adalah fungsi dari jarak pemisahan transmitterdan receiver yang dinaikkan menuju beberapa power.

4. Redaman sinyal memiliki kuantitas positif dalam dB dan didefinisikanantara power transmitter yang efektif dan power yang diterima.

3.4 Sinyal Power dan Sinyal Noise To RatioTeori yang dilahirkan Claude Shannon pada tahun 1948, menyatakan

bahwa kapasitas kanal (dalam bit per second) adalah fungsi bandwidth,kekuatan sinyal, dan noise, memberikan infinite time. Sehingga dinyatakandalam rumus untuk single transmitter ke receiver path :

C = B · Log2[1+ S /N]

Untuk C adalah kapasitas kanal dalam bits per second (bps), B adalahbandwidth kanal dalam Hertz (Hz), dan S adalah signal power, sedangkan Nadalah noise power. Rumus ini sangat mendukung untuk memahamiketerbatasan teori fundamental. Transmisi data pada rate tertentu adalahmemungkinkan untuk perubahan bandwidth tiba-tiba dibagi ketersediaan S/Nratio yang dapat dicapai pada penerima.

Pada data di lapangan S/N akan senantiasa lebih kecil daripada C, danmemerlukan lipatan yang cukup pada sisi encoder/decoder untuk digunakansebagai pendekatan C. Walaupun jika salah satu pihak menginginkanpeningkatan kapasitas kanal dalam perbaikan bandwidth, ada dua hal yangharus dipertimbangkan yaitu S/N dan C.

Faktor lain yaitu energi sinyal yang berlebih dalam satuan perbit harusditransmisikan, atau noise dan interference perbit harus dikurangi.Tergantung pada link aplikasi komunikasi, penurunan ini significant.

Contoh aplikasinya, untuk radio militer, faktor-faktor sepertikebutuhan power, ukuran, dan berat harus cukup dan sesuai lapangan, apalagisaat ingin menaikkan transmisi dan/atau daya proses.


42PAGE 10

Pada kasus lain, jika link komunikasi antara dua tower yang kondisinyafixed, mungkin faktor kebutuhan power, ukuran, dan berat tidak begituberpengaruh karena infrastrukturnya dapat direncanakan, diinstal dandisupport.

Di samping itu, throughout hasil penelitian ini menyatakan bahwa kanalbandwidth atau spektrum RF mampu memberi pengaruh kuat yang spesifikpada karakteristik operasional untuk aplikasi spesifik dan gangguan yangburuk.

Rumus Shannon juga mampu memberikan asumsi jumlah. Asumsi sinyalyang infinite terhadap waktu, sinyal yang mengenai ruangan yang luas (misalkemampuan untuk reuse bandwidth yang sama pada lokasi berbeda), yangberarti bahwa noise memiliki karakteristik statistik untuk derau putih dannoise Gaussian, serta tidak cukup untuk mengurangi keberadaan interference.

Karena sistem ini mempengaruhi secara signifikan, dan harus dilakukanperhitungan yang cukup untuk advanced communication systems, maka banyakyang harus dilakukan secara ekstrim untuk mengasumsikan beberapa haldalam teori Shannon.

3.5 Attenuation (Redaman)Untuk membuat desain sistem wireless, harus memiliki pemahaman

yang cukup tentang transmisi wireless LAN dan sistem perbaikannya, sepertiattenuation atau redaman, radio frequency (RF) interference, dan alikasinyaserta pertimbangan struktural. Sebagaimana kita tahu, banyak sekali hal-halyang harus diperhitungkan sat desain baik pada hubungan point-to-point danpoint-to-multipoint pada implementasi wireless, yang berarti cakupanwireless pada implementasi ini tidak keluar area, tapi lebih difokuskan padapoint yang spesifik.

Attenuation adalah penurunan atau peredaman kekuatan gelombangradio, penurunan daya sebagaimana efek dari jarak dari tingginya antenna. Halini dapat disebabkan oleh kondktivitas yang natural atau resistance yangdihasilkan oleh seluruh perangkat fisik. Tapi resistor terbaik untuk gelombangradio adalh bumi. Energi radiasi dari bumi, dan interference dari pohon danbangunan akan menyebabkan attenuation untuk snyal gelombang tanah,sebagai radiasi energi dan interference dari air dan partikel-partikel padaatmosphere akan mempengaruhi sinyal gelombang langit.

Harus direncanakan desain dan perangkat yang akan digunakanberdasar pada factor pengaruh propagasi gelombang tanah dan langit, sepertitinggi pemancar, factor radiasi. Rendahnya frekuensi propagasi radio pada


43PAGE 10

transmisi gelombang tanah dan langit dapat digunakan untuk bermacam-macam jarak, propagasi gelombang high-frequency (3,000 kHz to 30 Mhz)memancarkan lebih pada sky waves untuk transmisi dan jarak sekitar 12,000miles. Propagasi gelombang very high frequency (sekitar 30 MHz) mengalamitransmisi gelombang line-of-sight langsung.

3.6 Rain, Snow and Fog AttenuationPada kondisi ekstrim, attenuation yang dikarenakan hujan tidak

memberikan dampak serius untuk frekuensi antara range 6 atau 8 GHz.Ketika gelombang mikro memiliki frekuensi 11 atau 12 GHz atau diantarakeduanya, attenuation hujan menjadi lebih peting, khususnya di area yangcurah hujannya memiliki densitas yang tinggi dan durasi waktunya cenderunglama.

Attenuation rate untuk salju umunya lebih tinggi, tergantung ukurandari partikel-partikel salju, juga untuk material hujan dan kabut, padaperbandingan panjang gelombang sinal.

Sebagai contoh sinyal 2.4 GHz akan memiliki panjang gelombangapproximately 125 millimeters, atau 4.9 inches. Sinyal 23 GHz memilikipanjang gelombang approximately 0.5 inches. Sedangkan raindrop mendekati0.25 inches. Pada sinyal 2.4 GHz, air hujan atau salju, tidak akan memilikipengaruh yang cukup kuat pada sistem wireless, betapapun pada 23 GHz,panjang gelombang akan diredam separuhnya oleh hujan. Pada ukuran ini,hujan atau salju menjadi bidang permukaan refleksi (bidang pantul) danmenghamburkan sinyal 23 GHz.

Pada kasus umum, efek dari kabut setingkat atau sama seperti efekhujan. Meskipun kabut mampu memberi pengaruh kuat terhadap radio linkketika digabungkan dengan kondisi atmospheric seperti pembalikan suhu.

Pembalikan suhu meniadakan jarak, dan udara dapat menyebabkanrefraksi atau refleksi yang kuat, dengan hasil yang tidak mampu diprediksi.Pembalikan suhu juga mampu menyebabkan pengembunan, yang bisa jadimeningkatkan potensi kemungkinan terjadinya interference antara systemyang tidak normal. Dimana kondisi ini exist saat menggunakan path pendekdan jarak ruang yang cukup.


44PAGE 10

3.7 Penetrasi

Adalah proses penembusan terhadap benda-benda material,merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi perjalanan sinyal, yangmembuat sinyal lebih kuat. Juga tidak hanya berpengaruh terhadap sinyal, tpimember efek langsung yang cukup kuat terhadp gelombang elektromagnetikdan kecepatan perjalanannya.

3.8 Bouncing (Pemantulan)Refleksi terjadi jika terdapat sinyal tak langsung datang ke receiver

setelah mengalami pantulan terhadap obyek. Terdapat banyak pantulan yangberkontribusi terhadap besarnya delay.

Gambar 3.10 refleksi atau pantulan terjadi karena ground waves terserapbumi

Gambar 3.11 pantulan terhadap bumi


44PAGE 10

3.7 Penetrasi

Adalah proses penembusan terhadap benda-benda material,merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi perjalanan sinyal, yangmembuat sinyal lebih kuat. Juga tidak hanya berpengaruh terhadap sinyal, tpimember efek langsung yang cukup kuat terhadp gelombang elektromagnetikdan kecepatan perjalanannya.

3.8 Bouncing (Pemantulan)Refleksi terjadi jika terdapat sinyal tak langsung datang ke receiver

setelah mengalami pantulan terhadap obyek. Terdapat banyak pantulan yangberkontribusi terhadap besarnya delay.

Gambar 3.10 refleksi atau pantulan terjadi karena ground waves terserapbumi

Gambar 3.11 pantulan terhadap bumi


45PAGE 10

Dalam kanal radio bergerak, sebuah lintasan tunggal antara base stationdan sebuah mobile station jarang terjadi, sehingga model free spacemenjadi tidak akurat apabila digunakan sendirian.

Untuk itu diperlukan model lain yang mengakomodasi lintasan lain.Model yang mengakomodasi lintasan pantulan (reflection) salah satunyaadalah: ground reflection (2 ray) model.

Model ini menggunakan model propagasi berdasarkan geometric opticdan mempertimbangkan 2 lintasan antara pemancar dan penerima, yaitulintasan langsung (direct path) dan lintasan pantul ( ground reflectedpropagation path).

Model ini dianggap akurat untuk memprediksi kuat sinyal large scaledalam jarak beberapa kilometer untuk sistem radio bergerak yangmenggunakan tinggi tower diatas 50 m.

3.9 Line Of SightHubungan Line Of Sight biasa digunakan untuk broadband connectivity

communication, dengan frekuensi pembawa umumnya diatas 1 GHz.Informasi yang dibawa bisa jadi adalah satu atau campuran dari informasisebagai berikut : Kanal telepon Informasi data Telegraph Telex Facsimile Video Program channel Telemetry

Modulasi yang digunakan dalam komunikasi LOS bisa modulasi analog(FM) ataupun dengan memakai modulasi digital. Link Line Of Sight, atau seringjuga disebut hop, umumnya memiliki panjang 10 - 100 km.

Empat Langkah Proses Desain :1) Perencanaan awal dan pemilihan lokasi menara

Meliputi perencanaan modulasi, beberapa syarat sistem komunikasi(digital / analog), besar informasi yang hendak dikirimkan, jenis service (syarat QoS ) , dsb. Perencana juga harus mengetahui apakah komunikasiyang dilakukan adalah independen atau merupakan bagian dari networkyang lebih besar


46PAGE 10

2) Menggambar profil lintasanYang diperhatikan : profil bumi sepanjang lintasan, path clearance,refleksi bumi.

3) Analisis lintasanDaya pancar yang diperlukan, metoda-metoda perbaikan.

4) Survey lokasiDetail lokasi site (lintang dan bujur), lokasi antena, ketersediaan catudaya, data cuaca lokasi, survei EMI (Electromagnetic Interference), danberbagai faktor pembatas lokasi lainnya.

Rumus Praktis Jari-Jari Fresnell I

GHzI fd

ddR

.3.17 21

R1 jari-jari fresnell ( dalam meter )d1 , d2, dan d jarak ( dalam kilometer )f frekuensi ( dalam GHz )

GHzI fd

ddR

.1.72 21

R1 jari-jari fresnell ( dalam feet )d1 , d2, dan d jarak ( dalam statute mile )f frekuensi ( dalam GHz )

Clearance Factor

Biasanyadiinginkan

clearance factor= 0,6 untuk

mendapatkan penerimaan yang sama dengan kondisi bebas pandang.

IRI R

C

radiusfresnellfirst

clearanceC


47PAGE 10

Rugi Lintasan

a) Hubungan LOS banyak diaplikasikan untuk VHF/UHF serta terutamagelombang mikro, keadaan perambatan rata-rata dianggap sebagai gelombanglangsungb) Redaman lintasan (pathloss) dianggap seolah adalah redaman ruang bebas(free space loss) , jika clearance factor = 0,6

)()( log20log205,32)( kmMHzfs dfdBL

)()( log20log2045,92)( kmGHzfs dfdBL

)()( log20log205,36)( miMHzfs dfdBL c) Path loss akan berubah dari harga free space pathloss jika clearancefactor 0,6.d) Clearance Factor = 0,6 sangat disukai dalam desain , karena Lp = Lfs

untuk jenis medium pemantul apapun.e) Perubahan Harga Pathloss

R =0.3

R=1.0SmoothSphereDiffraction

From

FreeSpace(dB)


48PAGE 10

3.10 Spektrum Frekuensi

Pembagian spektrum frekuensi berdasarkan pada panjang gelombang-nya, dan digunakan untuk berbagai jenis komunikasi yang berbeda. Berikutpembagian spektrum frekuensi sesuai kesepakatan IMT-2000.


48PAGE 10

3.10 Spektrum Frekuensi

Pembagian spektrum frekuensi berdasarkan pada panjang gelombang-nya, dan digunakan untuk berbagai jenis komunikasi yang berbeda. Berikutpembagian spektrum frekuensi sesuai kesepakatan IMT-2000.


49PAGE 10

Latihan

1. Jelaskan perangkat-perngkat dalam arsitektur siskomber!2. Jelaskan perbedaan OFDM dan OFDMA!3. Jelaskan konsep refleksi, difraksi dan scattering!4. Apa yang Anda pahami tentang Free Space Loss, jelaskan rumusnya!5. Jelaskan pengaruh redaman terhadap sinyal!6. Sebutkan jenis-jenis redaman yang sering mempengaruhi sinyal radio!7. Apakah yang mendasari pembagian frekuensi setiap jenis komunikasi?

ELEMEN KOMUNIKASI RADIO DAN SPEKTRUM FREKUENSI

Software

Transcript of ELEMEN KOMUNIKASI RADIO DAN SPEKTRUM FREKUENSI