Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

10
HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 98 Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada Gelombang Millimeter untuk Implementasi Wireless Broadband Haniah Mahmudah dan Ari Wijayanti Abstrak—Peningkatan layanan akses pita lebar berbasis nirkabel atau Broadband Wireless Access (BWA) yang meng- gunakan frekuensi diatas 10 GHz sehingga untuk implementasi sistem komunikasi BWA diperlukan adanya estimasi redaman hujan. Estimasi redaman hujan SST multilink dipengaruhi beberapa faktor yaitu intensitas hujan sebagai fungsi waktu, data cuaca berupa kecepatan dan arah angin serta letak suatu link digunkan untuk mengimplemantasikan teknik diversity menggunakan teknik combining SC, EGC dan MRC dengan panjang link sama dan sudut antar link lebih dari 90 0 dan direkomendasikan dengan teknik Selection Combining (SC) mampu memberikan diversity gain sampai 8 dB untuk panjang link 1 km, diversity gain sampai 17 dB untuk panjang link 2 km dan diversity gain sampai 28 dB untuk panjang link 3 km. Untuk outage probability 0,01% perhitungan diversity gain menggunakan redaman hujan SST mendekati diversity gain menggunakan pembangkitan redaman hujan yang berkorelasi spatial berdasarkan data Surabaya model Morita-Higuti yang menunjukkan bahwa redaman hujan SST mampu mengestimasi diversity gain pada kondisi hujan yang deras. Kata Kunci—redaman hujan, diversity gain, SC, EGC dan MRC 1 P ENDAHULUAN P ERKEMBANGAN teknologi layanan broad- band yaitu high speed internet, digital video, audio broadcasting, video conference dan lain-lain dengan kapasitas tinggi dan bandwith lebar dari suatu pemancar sentral ke pelanggan den- gan menggunakan Broadband Wireless Access (BWA) atau Local to Multipoint Distribution Sys- tem (LMDS) terus meningkat dengan cepat [1]. LMDS adalah sistem komunikasi fixed wireless access, line of sight (LOS) point to multipoint yang beroperasi pada frekuensi gelombang millime- ter yaitu antara 20-40 GHz dan bandwidth yang tersedia sekitar 1 - 3 GHz. Sedangkan di Indonesia perkembangan jaringan akses wire- less menggunakan jaringan akses wireless un- tuk layanan akses pita lebar berbasis nirkabel Haniah Mahmudah, Jurusan Teknik Telekomunikasi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Jl. Raya ITS Keputih Sukolilo, Telp: 031-5947280.. E-mail: [email protected] Ari Wijayanti, Jurusan Teknik Telekomunikasi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Jl. Raya ITS Keputih Sukolilo, Telp: 031-5947280. E-mail: [email protected] atau Broadband Wireless Access (BWA) meru- pakan teknologi akses yang menawarkan akses data/internet berkecepatan tinggi dan berke- mampuan menyediakan layanan kapan dan dimanapun (anytime anywhere) dengan meng- gunakan media nirkabel. Layanan BWA yang tersedia antara lain akses internet pita lebar, VoIP/Teleponi, Multimedia, layanan on demand. Untuk memenuhi kebutuhan layanan BWA di Indonesia mempunyai beberapa alokasi spek- trum frekuensi salah satunya pita frekuensi 10,5 GHz [2]. Permasalahan pada sistem komunikasi yang menggunakan frekuensi diatas 10 GHz adalah mempunyai redaman yang cukup besar terutama redaman yang disebabkan oleh hujan sehingga bisa menurunkan performansi dari sistem komunikasi [3]. Untuk desain sistem komunikasi jaringan akses wireless untuk layanan akses pita lebar berbasis nirkabel atau Broadband Wireless Access (BWA) yang menggunakan gelombang millimeter sangat memerlukan informasi tentang statistik redaman hujan. Dalam hal ini sangat perlu memperhatikan parameter redaman hujan ISSN: 2088-0596 c 2010 Published by EEPIS

Transcript of Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

Page 1: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 98

Estimasi Redaman Hujan untuk AplikasiTeknik Diversity pada Gelombang Millimeter

untuk Implementasi Wireless BroadbandHaniah Mahmudah dan Ari Wijayanti

Abstrak—Peningkatan layanan akses pita lebar berbasis nirkabel atau Broadband Wireless Access (BWA) yang meng-gunakan frekuensi diatas 10 GHz sehingga untuk implementasi sistem komunikasi BWA diperlukan adanya estimasiredaman hujan. Estimasi redaman hujan SST multilink dipengaruhi beberapa faktor yaitu intensitas hujan sebagai fungsiwaktu, data cuaca berupa kecepatan dan arah angin serta letak suatu link digunkan untuk mengimplemantasikan teknikdiversity menggunakan teknik combining SC, EGC dan MRC dengan panjang link sama dan sudut antar link lebihdari 900 dan direkomendasikan dengan teknik Selection Combining (SC) mampu memberikan diversity gain sampai8 dB untuk panjang link 1 km, diversity gain sampai 17 dB untuk panjang link 2 km dan diversity gain sampai 28dB untuk panjang link 3 km. Untuk outage probability 0,01% perhitungan diversity gain menggunakan redaman hujanSST mendekati diversity gain menggunakan pembangkitan redaman hujan yang berkorelasi spatial berdasarkan dataSurabaya model Morita-Higuti yang menunjukkan bahwa redaman hujan SST mampu mengestimasi diversity gain padakondisi hujan yang deras.

Kata Kunci—redaman hujan, diversity gain, SC, EGC dan MRC

F

1 PENDAHULUAN

P ERKEMBANGAN teknologi layanan broad-band yaitu high speed internet, digital video,

audio broadcasting, video conference dan lain-laindengan kapasitas tinggi dan bandwith lebardari suatu pemancar sentral ke pelanggan den-gan menggunakan Broadband Wireless Access(BWA) atau Local to Multipoint Distribution Sys-tem (LMDS) terus meningkat dengan cepat [1].LMDS adalah sistem komunikasi fixed wirelessaccess, line of sight (LOS) point to multipoint yangberoperasi pada frekuensi gelombang millime-ter yaitu antara 20-40 GHz dan bandwidthyang tersedia sekitar 1 - 3 GHz. Sedangkan diIndonesia perkembangan jaringan akses wire-less menggunakan jaringan akses wireless un-tuk layanan akses pita lebar berbasis nirkabel

• Haniah Mahmudah, Jurusan Teknik Telekomunikasi, PoliteknikElektronika Negeri Surabaya, Jl. Raya ITS Keputih Sukolilo,Telp: 031-5947280.. E-mail: [email protected]

• Ari Wijayanti, Jurusan Teknik Telekomunikasi, PoliteknikElektronika Negeri Surabaya, Jl. Raya ITS Keputih Sukolilo,Telp: 031-5947280. E-mail: [email protected]

atau Broadband Wireless Access (BWA) meru-pakan teknologi akses yang menawarkan aksesdata/internet berkecepatan tinggi dan berke-mampuan menyediakan layanan kapan dandimanapun (anytime anywhere) dengan meng-gunakan media nirkabel. Layanan BWA yangtersedia antara lain akses internet pita lebar,VoIP/Teleponi, Multimedia, layanan on demand.Untuk memenuhi kebutuhan layanan BWA diIndonesia mempunyai beberapa alokasi spek-trum frekuensi salah satunya pita frekuensi10,5 GHz [2].

Permasalahan pada sistem komunikasiyang menggunakan frekuensi diatas 10 GHzadalah mempunyai redaman yang cukupbesar terutama redaman yang disebabkan olehhujan sehingga bisa menurunkan performansidari sistem komunikasi [3]. Untuk desainsistem komunikasi jaringan akses wirelessuntuk layanan akses pita lebar berbasisnirkabel atau Broadband Wireless Access (BWA)yang menggunakan gelombang millimetersangat memerlukan informasi tentang statistikredaman hujan. Dalam hal ini sangat perlumemperhatikan parameter redaman hujan

ISSN: 2088-0596 c⃝ 2010 Published by EEPIS

Page 2: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 99

untuk dalam perancangan link budgetsehingga bisa diperoleh analisa performasisistem komunikasi yang handal terhadapredaman hujan.

Banyak metode yang telah dikembangkanuntuk memprediksi redaman hujan menggu-nakan data pengukuran intensitas hujan. Adabeberapa metode statistik yang digunakan un-tuk menghitung redaman hujan yaitu perhi-tungan dari data pengukuran langsung padalintasan propagasi, mengestimasi redaman hu-jan dari pengukuran menggunakan raingauge,radar dan radiometer, model empiris yangmenggunakan metode extrapolasi dan intrap-olasi dari data statistik frekuensi, konfigurasilintasan dan data cuaca dan simulasi meng-gunakan Synthetis Storm Technique (SST). Un-tuk perhitungan redaman hujan menggunakandata pengukuran langsung hanya dapat digu-nakan untuk frekuensi tertentu dan hanya lin-tasan yang pendek. Pada pengukuran langsungmenggunakan raingauge, radar dan radiome-ter redaman hujan yang dihasilkan hanya un-tuk link yang pendek. Untuk metode extrapo-lasi tidak ada model empiris yang cocok un-tuk statistik redaman yang menggunakan datacuaca karena waktu yang komplek dan struk-tur dari hujan yang tergantung dari data statis-tik cuaca. Untuk perhitungan redaman hu-jan untuk link yang panjang maka diperlukanstatistik untuk memprediksi redaman hujanyang mempertimbangkan sifat-sifat mikrofisikdan makrofisik menggunakan data dari pen-gukuran langsung curah hujan dan datacuaca dengan mempertimbangkan arah dankecepatan angin menggunakan metode statis-tik Synthetic Storm Technique (SST) untuk mem-prediksi redaman hujan sepanjang link [4][5].Kannellopolous and Kafetzis menunjukkanbahwa prediksi redaman hujan menggunakanSST untuk satu link komunikasi terrestrial diAthena [5]. Fontan, dkk menunjukkan hasilprediksi redaman hujan SST mempunyai hasilyang sama dengan pengukuran langsung un-tuk daerah Wessling [6]. Kannellopolous, dkkjuga mensimulasikan statistik redaman an-nual/seasonal and diurnal pada frekuensi 12 GHzuntuk komunikasi satelite [7].

Statistik redaman hujan dapat digunakanuntuk mengkompensasi efek redaman hujan

menggunakan statistik fade slope, statistik fadeduration, frequency scaling factor dan site diversitygain [7]. Salah satu statistik redaman hujan SSTdengan memodelkan beberapa lintasan komu-nikasi, sehingga dapat digunakan untuk beber-apa teknik mitigasi untuk mengatasi redamanhujan. Teknik mitigasi memanfatkan pemod-elan beberapa lintasan komunikasi salah sat-unya menggunakan teknik diversity yaitu cell-site diversity sehingga sistem komunikasi wire-less untuk layanan akses pita lebar berbasisnirkabel pada gelombang milimeter dapat di-aplikasikan [1][9].

Pada penelitian ini tentang statistik intensitashujan, statistik redaman hujan kemudian anal-isa diversity gain untuk mengatasi efek redamanhujan dengan teknik diversity yaitu cell-site di-versity menggunakan teknik combining yaitumetode Selection Combining (SC), Equal GainCombining (EGC) dan Maximal Ratio Combining(MRC). Statistik curah hujan merupakan hasilpengukuran intensitas hujan pada dua lokasipengukuran yang mempunyai jarak 2 km yangmewakili daerah makrocell. Selanjutnya dataintensitas hujan digunakan untuk perhitunganstatistik redaman hujan menggunakan Syn-thetic Storm Technique (SST) dengan memod-elkan beberapa lintasan komunikasi (multi-link) dengan asumsi bahwa lokasi link refer-ence adalah Timur-Barat, dan letak link yanglain berada pada arah berlawanan jarum jamdengan beda sudut antar link 450, 900, 1350 and1800 terhadap link reference. Panjang link komu-nikasi adalah 1-3 km [9]. Hasil redaman hujanSST digunakan untuk pembangkitan redamanhujan menggunakan korelasi redaman hujanSST, rata-rata dan standar deviasi redamanhujan SST [10] sedangkan koefisien korelasispatial berdasarkan data Surabaya dengan nilaiSSE yang minimum [12]. Hasil perhitungandiversity gain menggunakan redaman hujan SSTmultilink dibandingkan dengan pembangkitanredaman hujan yang berkorelasi spatial dengandata Surabaya.

2 SYNTHETIC STORM TECHNIQUE(SST)Perhitungan redaman hujan SST menggunakankecepatan angin (v) dan arah angin (θ). Kon-

Page 3: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 100

figurasi link mempunyai panjang linatasan ko-munikasi lebih dari satu LN adalah panjanglintasan komunikasi ke-N . Litasan komunikasidiasumsikan bahwa link referensi terletak ditimur sehingga letak litasan komunikasi yanglain berbeda sudut ψ dengan arah berlawanandengan jarum jam dari arah Timur.

Kecepatan angin di link harus memper-hatikan letak link komunikasi dan arah angin.Arah angin dengan sudut kedatangan (θ) dankecepatan angin (v) maka kecepatan angin dilink dapat dihitung dengan persamaan:

vr =

∣∣∣∣∣ v

cos(ψ − (900 − θ))

∣∣∣∣∣dengan v adalah kecepatan angin, θ adalaharah kedatangan angin, dan ψ adalah sudutantar link.

Parameter-parameter pengukuran yaituwaktu sampling raingauge, kecepatan danarah angin digunakan untuk mengitungpanjang segmen sepanjang lintasan [5] dengan△L = vrT adalah waktu sampling raingauge.Redaman hujan SST pada setiap link dapatdihitung menggunakan persamaan [5].

A(n) =N−1∑m=0

aRbn−m△Lm (1)

dengan a dan b adalah konstanta yang diper-oleh dari ITU-R.P.838 recommendation untukfrekuensi 30 GHz [13].

Gambar 1. Skenario teknik diversity

3 PENGUKURAN DAN ANALISA

3.1 Sistem PengukuranSistem pengukuran intensitas hujan menggu-nakan raingauge di lokasi PENS-ITS Surabaya.

Sedangkan pengukuran kecepatan dan arahangin diperoleh dari BMG Juanda, Surabaya.Letak pengambilan data intensitas hujan di ITSdan pengambilan data cuaca berupa kecepatandan arah angin di BMG Juanda memiliki jarakkurang dari 15 km [14], maka memiliki kore-lasi spasial pengukuran angin yang tinggi se-hingga pada penelitian ini dapat menggunakandata pengukuran angin dari BMG Juanda. Datacuaca berupa kecepatan dan arah angin meng-gunakan kecepatan rata-rata angin tiap haridan arah angin yang terbanyak dalam satuhari. Data intensitas hujan, kecepatan dan arahangin digunakan untuk menghitung redamanhujan SST multilink sepanjang lintasan dihi-tung tiap-tiap event hujan. Hasil perhitunganredaman hujan SST multilink [10] dan pem-bangkitan redaman hujan menggunakan ko-relasi spatial redaman hujan [12] digunakanuntuk menghitung diversity gain dengan teknikcombining.

Perhitungan diversity gain menggunakanteknik combining menggunakan skenario diver-sity seperti Gambar 1. Teknik combining adalahteknik yang sangat sederhana yaitu SelectionCombining (SC). Jika daya yang diterima darihub adalah Pn dengan n=1,2. Output SC adalah

PSC = max(P1, P2) (2)

Teknik yang lain adalah Equal-gain combin-ing (EGC) dan Maximal-ratio Combining (MRC).Daya output dari EGC

PEGC = 10log10

((ψ

1/21 + ψ

1/22

)2/2

)(3)

dan daya output MRC adalah:

PMRC = 10log10(ψ1 + ψ1) (4)

dengan ψn = 10Pn/10 untuk n = 1, 2 dalam skalalinear. Perhitungan diversity gain pada outageprobability adalah G(p) = A(p)− Ad(p) [3].

Untuk perhitungan diversity gain menggu-nakan teknik combining yaitu SC, EGC danMRC ada beberapa asumsi dideskripsikan se-bagai berikut: Pertama, semua link dipen-garuhi hujan dengan redaman dalam dB den-gan perhitungan redaman hujan SST multilink

Page 4: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 101

[10] dan pembangkitan redaman hujan meng-gunakan korelasi spatial redaman hujan, rata-rata dan standar deviasi redaman hujan SST[12]. Kedua, sistem LMDS dengan kondisi linkkomunikasi line of sight (LOS) dan panjang dualink diasumsikan sama dengan panjang linkmasing-masing 1-3 km dan sudut antar dualink adalah 450, 900, 1350 dan 1800.

Pembangkitan redaman hujan menggunakankorelasi spatial Morita-Higuti berdasarkan dataSurabaya pada Tabel 1 kemudian dihitung ko-relasi redaman hujan menggunakan metodeKK [12]. Dengan digunakan untuk pembangk-itan redaman hujan yang berkorelasi spatialberdasarkan data Surabaya kemudian dihi-tung diversity gain. Hasil perhitungan diversitygain menggunakan pembangkitan redaman hu-jan yang berkorelasi spatial berdasarkan dataSurabaya dibandingkan dengan diversity gainmenggunakan redaman hujan SST multilink.

Tabel 1Sum Square Error (SSE) dan koefisien korelasi

spatial Morita-Higuti berdasarkan dataSurabaya [12]

Kuartil MH (α) SSE MH

3 0,1807 0,0081

4 0,0725 0,0052

3.2 Statistik Intensitas Hujan di Surabaya

Pengambilan data intensitas hujan di lokasiSurabaya dilakukan di PENS-ITS dan RS Hajidengan jarak 2 km yang mempunyai iklimtropis dengan curah hujan tinggi. Dua lokasipengukuran ini mewakili daerah makrocell se-hingga sangat penting untuk memperoleh in-formasi statistik curah hujan untuk implemen-tasi sistem BWA. Pengukuran intensitas hujandilakukan pada tahun 2008 menggunakan rain-gauge dengan tipe tipping bucket mempunyaisensitifitas 0,01 inchi tiap sample hujan den-gan waktu sampling 1 menit. Hal ini sangatpenting bahwa intensitas hujan yang berbasissampling tiap menit dari pengamatan annual

untuk mengestimasi margin fading pada sistemtelekomunikasi.

Hasil pengukuran curah hujan yang sudahterkonversi dalam (mm/h) digunakan untukperhitungan redaman hujan SST kemudiandibuat distribusi kumulatif intensitas hujan.Distribusi kumulatif intensitas hujan ini dapatdigunakan untuk pembangkitan redaman hu-jan menggunakan rekomendasi ITU-R P.530.10.Perhitungan redaman hujan SST dan pemngki-tan redaman hujan digunakan untuk perhitun-gan diversity gain menggunakan teknik com-bining SC, EGC dan MRC.

3.3 Analisa

Pengukuran curah hujan di dua lokasi pen-gukuran diplot dalam grafik distribusi kumu-latif seperti pada Gambar 2. Untuk nilai curahhujan rata-rata untuk dua lokasi mendekati ni-lai yang sama 15 mm/h dan mempunyai nilaicurah hujan maksimum yang sama mendekati213 mm/h untuk PENS dan 216 mm/h untukRS Haji seperti pada Tabel 2. Sehingga untukperhitungan redaman hujan SST multilink da-pat menggunakan hasil pengukuran salah satulokasi saja.

Tabel 2Curah hujan rata-rata dan curah hujan

maksimum [10]

Lokasi Curah Hujan(mm/h)

Rata-Rata Rmaks

PENS 15,09 213

RS HAJI 15,71 216

Redaman hujan SST multi link untuk letaklink dengan perubahan sudut 00 sampai 1800

berlawanan dengan arah jarum jam diband-ingkan dengan ITU-R P.530-10. Gambar 3untuk outage probability antara 0,1% sampai0,01% menunjukkan bahwa redaman hujanSST mendekati redaman hujan ITU-R P.530-10. Pada outage probability kurang dari 0,01%redaman hujan SST mempunyai redaman hu-jan yang lebih besar dibandingkan denganITU-R P.530-10.

Page 5: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 102

Gambar 2. Distribusi curah hujan pada dualokasi pengukuran

Untuk redaman hujan SST di link timurlaut pada sudut 450 dan di link barat lautpada sudut 1350 mempunyai redaman hujanyang sama. Pada link timur pada sudut 00

dan di link barat pada sudut 1800 mempunyairedaman hujan yang sama. Sedangkan padalink utara pada sudut 900 redaman hujan SSTmempunyai redaman hujan yang paling besardibandingkan pada link yang lain.

Tabel 3 menunjukkan panjang link 1-3 kmuntuk outage probability 0,01% SST mempunyairedaman yang terbesar pada lokasi link Utaraatau link dengan beda antar sudut 900 terhadaplink reference. Dengan semakin panjang linkmaka redaman hujan akan semakin besar.

Tabel 3Redaman hujan pada outage probability 0,01 %

Lokasi Redaman Hujan(dB)

1 km 2 km 3 km

Link 00 23,00 45,57 61,65

Link 450 23,10 43,58 61,85

Link 900 24,25 47,32 66,70

Link 1350 23,60 44,30 62,05

Link 1800 23,47 45,56 61,67

Dengan perhitungan yang sama denganmenggunakan estimasi redaman hujan SSTdibandingkan dengan ITU-R P.530-10 untuk

Gambar 3. Redaman hujan SST multilinkfrekuensi 30 GHz, polarisasi horisontal, pan-jang link 1 km [9]

Gambar 4. Redaman hujan SST multilinkfrekuensi 30 GHz, polarisasi horisontal, pan-jang link 2 km [9]

Gambar 5. Redaman hujan SST multilinkfrekuensi 30 GHz, polarisasi horisontal, pan-jang link 3 km [9]

Page 6: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 103

panjang link 2 km dan 3 km. Pada Gambar 4dan 5 menunjukkan bahwa pada outage prob-ability kurang dari 0,01% redaman hujan SSTmempunyai redaman hujan yang besar diband-ingkan dengan redaman hujan ITU-R P.530-10.

Dalam perhitungan redaman hujan SSTharus memperhatikan arah kecepatan angindan letak link. Pada perhitungan redaman hu-jan SST diasumsikan bahwa pada orientasi linktimur-barat dan orientasi link yang lain utara-selatan dan arah kedatangan angin 69,06% daritimur dan barat maka outage probability ku-rang dari 0,01% untuk link berada di lokasiutara-selatan akan mempunyai redaman hu-jan paling besar dibandingkan link timur-baratkarena intensitas hujan akan masuk sepanjanglink secara bersamaan sehingga menghasilkanredaman hujan yang paling besar. Untuk outageprobability lebih dari 0,01% maka lokasi linkpada utara-selatan dan timur-barat mempun-yai redaman hujan sama seperti yang ditun-jukkan pada Gambar 6.

Hasil perhitungan redaman hujan SST mul-tilink digunakan untuk perhitungan diversitygain seperti pada Gambar 7. Hasil perbandin-gan diversity gain sebagai fungsi sudut 1350

dan 1800 menghasilkan diversity gain yangmendekati sama maka akan dibandingkan di-versity gain untuk panjang link 1 km dengansudut antar link 1800 dengan teknik combiningSC, EGC dan MRC. Untuk probabilitas lebihdari 0,1% SC mempunyai diversity gain yangkecil yaitu kurang dari 2 dB sedangkan padaEGC dan MRC memempunyai diversity gainyang kecil yaitu sekitar 3 dB. Outage probabil-ity antara 2.10-3% dan 0,1% MRC mempunyaidiversity gain yang lebih besar dibandingkandengan EGC. Dan SC mempunyai diversitygain paling kecil dibandingkan EGC dan MRC.Sedangkan untuk probabilitas antara 2.10-3%dan 0,001% diversity gain EGC dan MRC mem-punyai diversity gain yang lebih besar diband-ingkan dengan SC seperti terlihat pada Gambar7.

Untuk hasil perbandingan diversity gain un-tuk panjang link 2 km dan sudut antar link1800 dengan teknik combining SC, EGC danMRC untuk outage probability lebih dari 0,1%SC mempunyai diversity gain yang kecil yaitukurang dari 2 dB sedangkan pada diversity gain

Gambar 6. Redaman hujan pada link timur-barat dan utara-selatan pada link 3 km.

Gambar 7. Diversity gain link dengan sudutantar link 450, frekuensi 30 GHz, polarisasihorisontal, panjang link 1 km

EGC dan MRC dengan nilai mendekati 3 dB.Outage probability antara 2.10-2% sampai 0,1%teknik SC mempunyai diversity gain mendekatiEGC tetapi diversity gain yang terbesar di-hasilkan oleh MRC. Untuk EGC menghasilkandiversity gain paling kecil dibandingkan SC danMRC seperti terlihat pada Gambar 8.

Diversity gain dengan panjang link 3 kmdan sudut antar link 1800 menggunakan teknikcombining SC, EGC dan MRC. Untuk proba-bilitas lebih dari 3.10-1% diversity gain EGCdan MRC mempunyai diversity gain yang kecildengan nilai mendekati 3 dB sedangkan SCmempunyai diversity gain mendekati nilai seki-tar 4 dB. Pada probabilitas kurang dari 3.10-1%SC mempunyai diversity gain mendekati MRCyang mempunyai nilai diversity gain terbesar.

Page 7: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 104

Sedangkan EGC menghasilkan diversity gainpaling kecil dibandingkan SC dan MRC sepertiterlihat pada Gambar 9.

Diversity gain menggunakan pembangkitanredaman hujan yang berkorelasi korelasi spa-tial Morita-Higuti pada kuartil tiga dengan ni-lai α = 0, 1855 pada outage probability 0,01% dansudut antar link 450, 900, 1350 dan 1800 untukpanjang link 1 km dengan metode SC, EGCdan MRC mempunyai nilai diversity gain yangmendekati nilai diversity gain menggunakanperhitungan redaman hujan SST.

Gambar 8. Diversity gain link dengan sudutantar link 450, frekuensi 30 GHz, polarisasihorisontal, panjang link 2 km

Gambar 9. Diversity gain link dengan sudutantar link 450, frekuensi 30 GHz, polarisasihorisontal, panjang link 3 km

Sedangkan perhitungan diversity gain meng-gunakan pembangkitan redaman hujan yang

berkorelasi spatial Morita-Higuti pada kuartilempat dengan nilai α = 0, 0725 mempunyainilai diversity gain yang kecil dibandingkandengan diversity gain menggunakan perhitun-gan redaman hujan SST. Sedangkan diversitygain menggunakan pembangkitan redaman hu-jan yang berkorelasi spatial Morita-Higuti padakuartil empat dengan nilai α = 0, 0725 mem-punyai nilai diversity gain yang kecil diband-ingkan dengan diversity gain menggunakanperhitungan redaman hujan SST.

Untuk panjang link 2 km dan 3 km den-gan metode SC, EGC dan MRC pada out-age probability 0,01% dan beda sudut antarlink 450, 900, 1350 dan 1800 diversity gain meng-gunakan pembangkitan redaman hujan yangberkorelasi spatial Morita-Higuti pada kuartilempat dengan nilai α = 0, 0725 mempunyai ni-lai diversity gain yang mendekati nilai diversitygain menggunakan perhitungan redaman hujanSST. Sedangkan diversity gain menggunakanpembangkitan redaman hujan yang berkore-lasi spatial Morita-Higuti dengan α = 0, 1855mempunyai nilai diversity gain yang lebih be-sar dibandingkan diversity gain menggunakanredaman hujan SST seperti ditunjukkan padaTabel 4.

Gambar 10. Diversity gain link sebagai fungsifrekuensi 10, 20, 30 dan 40 GHz, polarisasihorisontal, panjang link 1 km.

Hal ini menunjukkan bahwa diversity gainmenggunakan perhitungan redaman hujan SSTdapat digunakan untuk mengestimasi diversitygain pada kondisi hujan yang sangat deras.

Perhitungan diversity gain dengan panjanglintasan yang sama dan polarisasi yang sama,

Page 8: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 105

Tabel 4Redaman hujan pada outage probability 0,01 %

Pembangkit Redaman Pembangkit Redaman Perhitungan Redaman Hujan

L1 L2 θ dengan MH α = 0, 1855 dengan MH α = 0, 0725 SST multilink

SC EGC MRC SC EGC MRC SC EGC MRC

1 1 450 4,61 4,59 5,50 2,86 3,62 4,10 2,32 3,94 4,15

900 7,00 6,12 7,50 3,78 4,10 4,77 4,00 5,32 5,80

1350 6,50 6,00 7,28 4,36 4,48 5,35 6,73 7,28 8,00

1800 6,00 5,50 6,80 4,53 4,55 5,50 7,15 7,50 8,30

2 2 450 15,3 13,17 15,5 9,60 8,90 10,16 5,00 5,56 6,30

900 21,78 19,77 22,00 13,00 11,00 13,10 1,00 10,70 11,80

1350 23,23 21,40 23,75 14,50 12,57 14,85 16,00 15,00 16,50

1800 24,37 22,30 24,85 14,96 12,80 15,19 16,70 15,00 17,00

3 3 450 25,41 22,23 24,60 14,95 13,32 14,98 8,50 8,30 9,34

900 34,65 32,00 35,56 20,55 18,00 20,33 18,60 17,20 19,00

1350 39,20 36,50 39,00 23,77 20,80 23,50 26,00 24,00 26,80

1800 41,04 38,14 40,90 24,73 21,85 24,20 28,00 26,50 28,00

semakin besar frekuensi maka diversity gainakan semakin besar. Pada frekuensi 10 GHzpada outage probability 10-2 % diversity gainterbesar dengan teknik MRC dengan sudutantar link 900 sebesar 4,96 dB. Pada frekuensi20 GHz pada outage probability 10−2% diver-sity gain terbesar dengan teknik MRC dengansudut antar link 900 sebesar 11,12 dB. Begitujuga pada frekuensi 30 GHz dan 40 GHz, padaoutage probability 10−2% diversity gain terbesardengan teknik MRC dengan sudut antar link900 berturut-turut sebesar 18,73 dB dan 22,81dB seperti pada Gambar 10.

4 DISKUSIUntuk implementasi jaringan akses wirelessuntuk layanan Akses Pita Lebar berbasis Nirk-abel atau Broadband Wireless Access (BWA) yangmenggunakan gelombang millimeter sangatmemerlukan informasi tentang statistik inten-sitas hujan. Hasil pengukuran intensitas hu-jan pada dua lokasi pengukuran yang mem-

punyai jarak 2 km mewakili daerah makro-cell. Hasil pengukuran intensitas hujan me-nunjukkan bahwa daerah tersebut mempunyairata-rata intensitas hujan 15 mm/h dan inten-sitas hujan maksimum yang sangat tinggi 216mm/h. Hasil pengukuran intensitas hujan dikedua lokasi pengukuran menunjukkan nilaiintensitas hujan yang relatif sama untuk daerahsurabaya pada jarak 2 km mempunyai cellhujan yang besar. Sehingga untik implementasijaringan kases wireless BWA sangat diperlukanperhitungan redaman hujan sehingga dapat di-gunakan untuk desain link budget.

Untuk meningkatkan performansi sistem ko-munikasi gelombang millimeter mengatasi efekredaman hujan dapat menggunakan teknikmitigasi. Salah satu teknik mitigasi yang di-gunakan adalah cell-site diversity. Pada peng-gunaan teknik cell-site diversity dapat mengap-likasikan perhitungan estimasi SST multilinkkarena memperhatikan karakteristik intensitashujan temporal, kecepatan dan arah angin,

Page 9: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 106

mempunyai lebih dari satu lintasan dalam per-hitungan redaman hujan sehingga cell-site di-versity dapat diimplementasikan.

Dalam perhitungan diversity gain yang terbe-sar diperoleh dengan perhitungan diversitygain metode SC dengan hasil diversity gainmendekati diversity gain MRC dan diversity gainterkecil dihasilkan oleh diversity gain EGC. Se-hingga untuk mengatasi efek redaman hujanpada sistem LMDS dapat diimplementasikanteknik cell-site diversity dengan menggunakanteknik SC karena mempunyai nilai diversitygain yang besar, lebih sederhana dibandingkanMRC sehingga implementasinya lebih mudahdan murah.

Pada outage probability 0,01% perhitungandiversity gain menggunakan pembangkitanredaman hujan yang berkorelasi spatial modelMorita-Higuti berdasarkan data Surabaya danrata-rata dan standar deviasi redaman hu-jan SST pada kuartil empat dengan nilai SSEterkecil mempunyai nilai diversity gain yangmendekati hasil diversity gain menggunakanredaman hujan SST sehingga diversity gainmenggunakan redaman hujan SST dapat di-gunakan untuk mengestimasi redaman hujanyang deras.

5 KESIMPULAN

Estimasi SST multilink dapat diaplikasikanuntuk teknik cell-site diversity karena mem-punyai lebih dari satu lintasan dalam per-hitungan redaman hujan dan memperhatikankarakteristik intensitas hujan temporal, ke-cepatan dan arah angin. Untuk mengatasi efekredaman hujan pada sistem LMDS dapat di-implementasikan teknik cell-site diversity den-gan menggunakan teknik SC, EGC dan MRCdan mampu memberikan diversity gain sam-pai 8 dB untuk panjang link 1 km, diversitygain sampai 17 dB untuk panjang link 2 kmdan diversity gain sampai 28 dB untuk pan-jang link 3 km. Sedangkan inplementasinyateknik diversity menggunkan teknik SC karenamampu memberikan diversity gain yang be-sar dan mendekati teknik MRC. Untuk diver-sity gain menggunakan teknik combining padaoutage probability 0,01% redaman hujan SST

mampu mengestimasi diversity gain pada kon-disi hujan yang deras.

Untuk penelitian selanjutnya perlu adanyaaplikasi teknik mitigasi yang lain sepertiMIMO, modulasi adaptive, power control ataukombinasi lebih dari satu teknik mitigasi se-hingga diperoleh performansi sistem komu-nikasi yang handal terhadap redaman hu-jan. Sedangkan untuk estimasi redaman hujandiperlukan lebih banyak data curah hujan se-hingga estimasi redaman hujan lebih akurat.

UCAPAN TERIMAKASIHPaper ini didanai oleh DP2M dalam rangkapenelitian Hibah Bersaing tahun 2009.

DAFTAR PUSTAKA[1] Panagopoulos A D. and Kanellopoulos J.D, ”Cell-Site

Diversity Performance of Millimeter-Wave Fixed CellularSystems Operating at Frequencies Above 20 GHz ”, IEEEAntennas And Wireless Propagation Letters, Vol. 1, hal.183-185, 2002.

[2] Dirjen Postel, ”Penataan spektrum frekuensi radioLayanan akses pita lebar berbasis Nirkabel (BroadbandWireless Access/BWA)”, 2009.

[3] Kanellopoulos J.D, Koukolas S.G, ”Outage PerformanceAnalysis of Route Diversity Systems of Cellular Structure,Radio science Vol.26, Number 4, hal.891-899, 1991.

[4] Rogers R.R, ”Statistical Rainstorm Models : Their Theo-retical And Physical Foundations”, IEEE Transactions onAntennas and Propagation , July, hal. 547-565, 1976.

[5] Kanellopoulos J. D. dan Kafetzis P, ”Comparison of thesynthetic Storm Technique wih a Conventional Rain At-tenuation Prediction Model”, IEEE Transaction on Anten-nas and Propagation , Vol AP-34 no. 5, hal 713-715, 1986.

[6] F.P. Fontan, A. Nunez, A. Valcarce andU.C.Fiebig,”Converting Simulated Rain-rate Series intoAttenution Series Using the Synthetic Storm Technique”,COST 280 PM9104 3rd International Workshop, June2005.

[7] Sotirios A. Kanellopoulos, Athanasios D. Panagopoulos,Emilio Matricciani and John D. Kanellopoulos,”Annualand Diurnal Slant Path Rain Attenuation Statistic inAthens Obtained with the Synthetic Storm Technique”,IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol 54No. 8 August 2006.

[8] B.C Gremont and M. Filip,” Spatio-Temporal Rain Atten-uation Model for Application to Fade Mitigation Tech-niques ”, IEEE Transactions on Antennas and Propaga-tion, Vol 52 No. 5 August 2004.

[9] Hendrantoro G, Bultitude R.J.C dan Falconer D.D ”Use ofCell-site Diversity in Millimeter-wave Fix Cellular Systemto Combat the Effects of Rain Attenuation”, IEEE Journalon Selected Areas in Communications, Vol. 20, No.3, hal.602-614, 2002.

[10] Mahmudah H, Wijayanti A, Hendrantoro G,Mauludiyanto A, Matshusima, ”Analysis of RainAttenuation Statistics in Surabaya using Synthetic StormTechnique for Tropical Millimeter-Wave Wireless Design”,Wireless Optical Communication Network WOCN, 2008.

Page 10: Estimasi Redaman Hujan untuk Aplikasi Teknik Diversity pada ...

HANIAH MAHMUDAH DAN ARI WIJAYANTI 107

[11] Haniah M, Ari W, ”Korelasi Redaman Hujan SyntheticStorm Technique (SST) Untuk Design Wireless Broad-band”, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi(SNATI), 2009.

[12] ITU-R Rec. P.530-10,”Propagation Data and PredictionMethods Required for the Design of Terrestrial Line ofSight Systems, ” 2001.

[13] Wijayanti A ”Karakterisasi Variasi Spatial Curah Hujandan Redaman Spesifik di Surabaya”, Seminar NasionalAplikasi Teknologi Informasi (SNATI), 2009.

[14] ITU-R Rec. P.838, ”Specific Attenuation Model for Rainfor Use in Prediction Methods”, 1992.

[15] Merceret, F.J. and J.G. Ward, ”Spatial properties of winddifferences in the lowest three kilometers of the atmo-sphere”, Poster P10.8, Twelfth AMS Conference on Avia-tion and Range Meteorology, Atlanta, GA, 29 January - 2February 2006.

Haniah Mahmudah lahir di Tulungagung.Penulis lulus S1 pada tahun 2001 dari Ju-rusan Teknik Fisika, Fakultas Teknik Indus-tri ITS. Lulus S2 Teknik Elektro, FakultasTeknik Industri ITS, bidang studi Electro-magnetic Compatibility (EMC) dan propa-gasi gelombang pada tahun tahun 2008.Saat ini, penulis menjabat Kepala Lab.Dasar Telekomnuikasi PENS-ITS dan se-

bagai dosen tetap di Jurusan Telekomunikasi PENS-ITS, Kam-pus PENS ITS Sukolilo Surabaya.

Ari Wijayanti lahir di Surabaya, memper-oleh gelar Sarjana pada Jurusan TeknikElektronika ITS pada tahun 2001 dan mag-ister pada jurusan Teknik Elektronika ITS,bidang studi Telekomunikasi Multimediapada tahun 2008. Saat ini adalah pen-gajar pada jurusan Teknik Telekominikasi,Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.Bidang penelitian yang ditekuni adalah

Electromagnetic Compatibility (EMC)dan propagasi gelombang.