TUGAS MATA KULIAH SISTEM KOMUNIKASI BERGERAK

MODEL PROPAGASI

GELOMBANG RADIO LUAR RUANGAN

Disusun oleh :

SOFIET ISA MASHURI SETIA HATI

07/252083/TK/32754

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2010

Pendahuluan

Pada saat ini kebutuhan masyarakat akan layanan jasa telekomunikasi

terus meningkat dengan pesat. Hal ini menuntut inovasi dalam teknologi

telekomunikasi yang sesuai dengan keadaan masyarakat saat ini yang memiliki

mobilitas yang tinggi. Salah satu teknologi komunikasi yang menjadi trend saat

ini adalah sistem komunikasi nirkabel atau wireless. Jaringan nirkabel adalah

teknologi pengiriman data dari satu titik ke titik lain tanpa kabel fisik, antara lain

menggunakan radio, selular, infrared, dan satelit.

Pada komunikasi nirkabel, dibutuhkan adanya media transmisi yaitu

gelombang radio. Radio adalah transmisi dan penerimaan sinyal dengan

gelombang elektromagnetik tanpa kabel. Spektrum Radio Frequency (RF)

menempati range 9 KHz – 300 GHz. Penggunaan gelombang radio jelas

memberikan banyak keuntungan. Terutama terkait sifatnya yang mobile, dapat

bergerak dan berpindah tempat dengan bebas tanpa perlu terhalang adanya kabel.

Gambar 1. Gelombang Radio

Agar jaringan nirkabel dapat berfungsi, sinyal harus memiliki jalur dari

pengirim ke penerima dan tiba dengan kekuatan sinyal yang masih cukup untuk

diterjemahkan. Kekuatan sinyal dapat diukur dengan dua satuan :

dBm (decibel above 1 milliWatt) dalam satuan Watt atau Volt

S/N Ratio (Singnal-to-Noise) menggambarkan rasio antara kekuatansinyal

dan kekuatan noise. Untuk sinyal digital, S/N Ratio lebih kecil daripada

S/N untuk sinyal analog.

Propagasi Gelombang Radio

Gambar 2. Model sederhana transmisi gelombang radio

Gelombang radio akan melakukan propagasi untuk mentransmisikan suatu

informasi. Propagasi gelombang radio didefinisikan sebagai perambatan

gelombang radio di suatu medium (umumnya udara). Propagasi gelombang radio

dapat dikatakan ideal jika gelombang yang dipancarkan oleh antena pemancar

diterima langsung oleh antena penerima tanpa melalui suatu hambatan (line of

sight/LOS). Seluruh pemodelan dasar pada propagasi radio, disebut sebagai model

propagasi ruang bebas (free space). Propagasi ruang bebas (free space) terjadi

apabila di antara transmitter dan receiver tidak terdapat penghalang apapun.

Propagasi ruang bebas berfungsi untuk memperkirakan penguatan dari sinyal pada

penerima.

Gambar 2. Model transmisi gelombang radio

Berdasarkan lokasinya, propagasi gelombang radio dapat dikelompokkan

menjadi propagasi dalam ruang (Indoor) dan propagasi luar ruang (Outdoor).

Sementara itu, gelombang radio berdasarkan perambatannya dalam ruang dibagi

menjadi dua kelompok besar yaitu ground wave dan sky wave. Ground wave

adalah gelombang yang dekat dengan permukaan tanah dan sky wave adalah

gelombang yang merambat ke langit. Ground wave sendiri ada yang merambat

secara line of sight (LoS) atau secara garis lurus pada ruang bebas (sering disebut

space wave) dan merambat secara memantul dengan tanah (ground reflected

wave). Satu lagi gelombang dalam kategori ground wave yang benar-benar

merambat dipermukaan tanah yaitu gelombang permukaan (surface wave).

Gambar 3. Gelombang radio berdasarkan perambatannya

Mekanisme Propagasi Radio

LOS (Line of Sight)

Gambar 4. Model sederhana LOS

Salah satu mekanisme perambatan gelombang radio adalah LOS, yang

merupakan lintasan gelombang radio yang mengikuti garis pandang. Propagasi

jenis ini disebut pula sebagai propagasi ruang bebas karena gelombang radio

memancar bebas ke segala arah dan diterima langsung oleh receiver. Transmisi ini

terjadi jika antena pemancar dan penerima dapat “saling melihat” yaitu jika di

antara keduanya dapat ditarik garis lurus tanpa hambatan apa pun. Lintasan LOS

merupakan lintasan yang menghasilkan daya yang tertinggi di antara mekanisme-

mekanisme yang lain. Dengan kata lain, lintasan LOS menawarkan rugi-rugi

lintasan (pathloss) yang terendah. Di atas permukaan bumi, transmisi ini dibatasi

jaraknya oleh lengkungan bumi.

Gambar 5. Model sederhana LOS di atas permukaan bumi

Refleksi (Pantulan)

Gambar 6. Refleksi 2 gelombang radio oleh permukaan bumi

Mekanisme pantulan terdiri atas dua jenis, yaitu: mekanisme pantulan

pada atmosfer bumi dan pada permukaan bumi. Permukaan bumi dan lapisan

ionosfer secara bersama-sama dapat membentuk pantulan gelombang yang

berulang-ulang sehingga diperoleh jangkauan radio yang sangat jauh.

Mekanisme pantulan pada atmosfer bumi menghasilkan lintasan terpantul

lapisan ionosfer. Lapisan ionosfer merupakan lapisan atmosfer bumi yang

memiliki sifat dapat memantulkan gelombang elektromagnetik. Dengan lintasan

ini, jangkauan radio dapat mencapai jarak yang lebih jauh daripada menggunakan

lintasan hamburan tropo. Pada siang hari, lapisan ionosfer kurang stabil oleh

karena proses ionisasi, sehingga mengakibatkan efektivitasnya sebagai pemantul

menjadi kurang baik. Lapisan ionosfer menjadi lebih stabil pada waktu malam

hari sehingga semakin efektif sebagai pemantul gelombang radio.

Gambar 7. Refleksi gelombang radio oleh ionosfer

Mekanisme pantulan juga terjadi di atas permukaan bumi, yaitu oleh

permukaan bumi itu sendiri. Bersama-sama dengan lintasan LOS, lintasan

terpantul oleh permukaan bumi ini membentuk apa yang ground reflection (2 ray)

model.

Gambar 8. Refleksi gelombang radio oleh permukaan bumi

Koefisien refleksi merupakan nilai perbandingan antara gelombang pantul

dengan gelombang radio langsung, besarnya adalah

R = Rv e jǿ

v =

Єc Sin θ1 – ( Єc - Cos 2

θ1 )½

Єc Sin θ1 + ( Єc - Cos 2 θ1 )

½

dengan, θ1 = adalah besar sudut datang

Єc = adalah permisivitas kompleks

Єc = Є - j( 1800 σ)/ f Mhz

Faktor Rv menunjukkan perubahan amplitud dan Øv menyatakan

perubahan fase. Nilai masing-masing tergantung pada polarisasi gelombang, sudut

datang, konstanta dielektrik, permukaan bumi, dan panjang gelombang.

Berikut ini tabel koefisien refleksi dari beberapa tipe permukaan bumi

menurut Von Hipple.

Tipe Permukaan Pemitivitas Relatif

Є (rata-rata)

Konduktivitas Rata-rata σ

(s/meter)

Air Tawar (danau, sungai)

Air laut

Permukaan yang baik(rata)

Permukaan rata-rata

Permukaan yang buruk

Pegunungan

81

81

25

15

4

-

0.001

5.0

0.02

0.005

0.001

0.00075

Tabel 1. Koefisien Refleksi beberapa tipa permukaan bumi

Tabel 2. Loss Daya akibat refleksi benda padat

Refraksi (Pembiasan)

Reflaksi merupakan proses pemancaran atau pembolakan gelombang

elektromagnetik. Refraksi terjadi jika gelombang merambat dari suatu medium ke

medium lain yang memiliki perbedaan kerapatan. Refraksi hampir seperti refleksi,

namun jika pada refleksi gelombang elektromagnetik tersebut dipantulkan dari

atas permukaan bumi maka akan menuju ke atas permukaan bumi lagi. Sementara

itu, pada refraksi, gelombang dari atas permukaan bumi akan menuju ke atas

permukaan bumi dan bawah permukaan bumi.

Gambar 9. Refraksi gelombang radio oleh permukaan bumi

Difraksi

Defraksi adalah kemampuan gelombang radio untuk berputar pada sudut

yang tajam dan membelok disekitar penghalangnya. Difraksi terjadi jika

gelombang radio membentur benda atau penghalang yang berupa ujung yang

tajam, sudut-sudut atau suatu permukaan batas (gelombang menyusur

permukaan). Gelombang radio yang demikian akan terurai dan dapat menjangkau

daerah berbayang-bayang (shadowed region). Daerah bayangan pada dasarnya

adalah daerah kosong dari sisi berlawanan datangnya gelombang dalam arah

segaris pandang dari pemancar terhadap penerima Mekanisme ini menjadi penting

karena pada lingkungan tersebut terdapat banyak wilayah yang berbayang-bayang.

Gambar 10. Difraksi gelombang radio oleh permukaan bumi dan fenomena shadow zone

Scattering (Hamburan)

Hamburan gelombang radio terjadi jika medium tempat gelombang

merambat terdiri atas benda-benda (partikel) yang berukuran kecil (jika

dibandingkan dengan panjang gelombang) dan jumlah per satuan volumenya

cukup besar. Mekanisme hamburan akan menyebabkan gelombang menuju ke

segala arah sehingga transmisi gelombang radio dengan mekanisme hamburan

mempunyai efisiensi yang kecil. Biasanya digunakan antena dengan permukaan

yang luas untuk meningkatkan efisiensi. Transmisi jenis ini memanfaatkan sifat

lapisan troposfer yang menghamburkan gelombang elektromagnetik dan sering

disebut dengan istilah hamburan tropo (troposcatter).

Dalam hal ini, benda-benda penghambur dapat berupa pepohonan, rambu-rambu

lalu lintas dan tiang-tiang lampu jalan. Efisiensi yang kecil mengakibatkan

mekanisme hamburan ini hanya berpengaruh pada penerima yang berada di

sekitar benda penghambur saja. Daya gelombang terhambur akan meluruh dengan

cepat sehingga pengaruhnya pada penerima yang berada jauh dari penghambur

menjadi sangat kecil. Meskipun demikian, berbagai pengukuran menunjukkan

bahwa daya yang diterima sering lebih daripada yang diperkirakan oleh sinyal

terpantul dan terdifraksi. Hal ini menunjukkan kontribusi gelombang terhambur

pada penerimaan sinyal.

Gambar 11. Titik S merupakan titik penghamburan

Hubungan antara Propagasi dan Frekuensi

Selain dipengaruhi oleh benda-benda fisik maupun nonfisik yang

menghalangi transmisi gelombang radio, propagasi biasa juga dipengaruhi oleh

frekuensi. Berikut ini adalah tabel hubungan antara propagasi dan frekuensi sinyal

yang ditransmisikan

Tabel 3. Hubungan antara frekuensi dan propagasi

Gambar 12. Pengaruh frekuensi pada propagasi ionosfer

Efek-Efek Propagasi

Pemudaran (Fading)

Fading didefinisikan sebagai perubahan fase, polarisasi, atau level suatu

sinyal yang ditransmisikan terhadap waktu. Fading merupakan fenomena yang

diakibatkan oleh mekanisme-mekanisme propagasi yang ada.

Jarak yang ditempuh gelombang dan mekanisme perambatan yang telah

dialami gelombang menyebabkan gelombang yang datang memiliki amplitude

dan fase yang berbeda satu sama lain. Kondisi lingkungan yang selalu berubah

dari waktu ke waktu juga mengakibatkan amplitude dan fase gelombang radio

yang diterima berubah-ubah (bervariasi) dari waktu ke waktu. Keadaan ini dikenal

dengan istilah pemudaran (fading).

Secara umum, fading terbagi atas dua jenis: short term fading dan long

term fading. Short term fading terjadi pada periode waktu dan jarak yang pendek

dan disebabkan oleh pantulan multipath suatu sinyal yang ditransmisikan seperti

akibat pemantulan oleh rumah-rumah, gedung-gedung, hutan atau pepohonan.

Sedangkan long term fading terjadi pada periode waktu dan jarak yang panjang

seperti akibat pada pemantulan oleh gunung atau bukit.

Multipath

Multipath dapat didefinisikan secara sederhana sebagai fenomena

perambatan dari sinyal yang dikirimkan melalui lintasan yang bervariasi. Dengan

kata lain, multipath merupakan fenomena diterimanya sinyal-sinyal yang

mengalami fading oleh penerima. Karena adanya fenomena ini maka sinyal yang

datang dari Tx akan diterima oleh Rx dengan level daya dan waktu kedatangan

yang bervariasi dimana sinya secara LOS (langsung) akan diterima oleh Rx

dengan waktu kedatangan yang lebih awal dan level daya yang lebih besar

dibandingkan sinyal yang berpropagasi secara NLOS (tidak lansung). Oleh karena

itu total sinyal yang diterima oleh Rx merupakan penjumlahan dari masing-

masing komponen sinyal yang malalui lintasan dengan berbagai macam

mekanisme propagasi. Ini berarti daya yang diterima oleh penerima merupakan

jumlahan (vektor) dari seluruh gelombang radio yang datang tersebut yang

memiliki kemungkinan untuk saling menguatkan atau malah melemahkan.

Gambar 13. Efek multipath

Propagasi loss

Propagasi loss mencakup semua perlemahan yang diperkirakan akan

dialami sinyal ketika berjalan dari Base station ke Mobile Station. Adanya

pemantulan dari beberapa obyek dan pergerakan mobile station menyebabkan

kuat sinyal yang diterima oleh mobile station bervariasi dan sinyal yang diterima

tersebut mengalami path loss. Path loss akan membatasi kinerja dari system

komunikasi bergerak sehingga memprediksikan Path loss merupakan bagian yang

penting dalam perencanaan system komunikasi bergerak. Path loss yang terjadi

pada sinyal yang diterima dapat ditentukan melalui model propagasi tertentu.

Model propagasi biasanya memprediksikan rata-rata kuat sinyal yang diterima

oleh mobile station.pada jarak tertentu dari base station ke mobile station.

Disamping itu model probagasi juga berguna untuk mempekirakan daerah

cakupan sebuah base station sehingga ukuran sel dari base station dapat

ditentukan. Model propagasi juga dapat menentukan daya maksimum yang dapat

dipancarkan untuk menghasilkan kualitas pelayanan yang sama pada frekuensi

yang berbeda. Perkiraan rugi lintasan propagasi yang dilalui oleh gelombang yang

terpancar dapat dihitung.

Daerah skip

Daerah skip adalah daerah tenang antara 2 titik di mana gelombang tanah

terlalu lemah untuk dapat diterima oleh antena penerima dan titik dimana

gelombang langit pertama kali kembali ke bumi. Batas luar daerah skip bervariasi

bergantung pada frekuensi kerja, kapan terjadinya (hari), musim, aktivitas

matahari dan arah pancaran. Pada frekuensi rendah dan sangat rendah, daerah skip

tidak kelihatan, tetapi untuk frekuensi tinggi dapat diketahui daerah skip tersebut.

Apabila frekuensi kerja semakin tinggi, maka daerah skip menjadi semakin lebar

terhadap titik di mana batas luar daerah skip dapat mencapai beberapa ribu

kilometer jauhnya.

Gambar 14. Efek daerah skip

Model Propagasi

Transmisi radio dalam sistem komunikasi bergerak sering terjadi melalui

wilayah yang tidak beraturan. Untuk mengestimasi besarnya nilai redaman

lintasan sinyal, perlu diperhitungkan pula berbagai profil wilayah yang dilaluinya.

Profil wilayah ini dapat berubah dari yang sederhana seperti hanya berupa

kelengkungan bumi, sampai ke profil pegunungan yang ketinggiannya tidak

beraturan. Hadirnya pepohonan, bangunan dan penghalang-penghalang lainnya

harus juga diperhitungkan keberadaannya. Untuk itu, kondisi wilayah yang dilalui

perambatan gelombang juga sering diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, antara

lain

1. Daerah Urban

Memiliki ciri-ciri antara lain:

Gedung-gedung yang terdapat didaerah tersebut berkerangka

logam dan betonnya tebal, sehingga membatasi propagasi radio

melalui gedung.

Gedung-gedungnya tinggi, sehingga kemungkinan terjadinya

difraksi pada propagasi sinyal sangat kecil.

Sinyal radio dalam perambatannya mengalami pantulan dengan

redaman tertentu.

Redaman oleh pepohonan (foliage loss) diabaikan, karena

pepohonan sangat jarang.

Kendaraan yang bergerak banyak, sehingga menyebabkan

perubahan karakteristik kanal secara kontinyu.

2. Daerah Sub-Urban

Memiliki ciri-ciri antara lain:

Tingkat halangan lebih rendah dibanding daerah urban, sehingga

propagasi sinyal radio relatif lebih baik dan median kuat sinyal

tinggi.

Gedung-gedung relatif rendah, sehingga sinyal radio mengalami

difraksi oleh puncak gedung.

Jalan-jalan lebar.

Kecepatan pergerakan (mobiltas) kendaraan lebih tinggi dibanding

daerah urban.

Daerah bisnis rendah.

Pembangunan infrastruktur baru mungkin dilakukan.

3. Daerah Terbuka (Open Area)

Memiliki ciri-ciri antara lain:

Kuat sinyal yang diterima relatif lebih besar dibanding daerah

urban dan sub-urban, karena jarang terdapat halangan.

Ruas jalan lebar

Lalu-lintas kendaraan tinggi

Sejumlah model propagasi kini telah tersedia untuk memprediksi redaman

lintasan yang melalui wilayah yang sifatnya tidak beraturan. Model-model ini

ditujukan untuk memprediksi kekuatan sinyal di titik lokasi penerimaan tertentu,

atau di wilayah lokal tertentu yang disebut sektor, dengan metode yang bervariasi

secara luas dalam pendekatannya, kerumitannya maupun ketepatannya. Sebagian

besar model propagasi ini berlandaskan pada interpretasi sistematik dan

pengukuran data yang diperoleh dalam wilayah layanan yang dimiliki oleh

operator sistem komunikasi bergerak. Model propagasi bergantung pada terrain,

densitas pohon, beamwidth, tinggi antena, kecepatan angin dan musim.

Fokus utama permodelan perambatan sinyal (propagation model) adalah

memprediksi kekuatan rata-rata sinyal yang diterima pada sebuah titik dengan

jarak tertentu dari transmitter. Dapat dibedakan menjadi dua yaitu: Large-scale

propagation model dan Small-scale propagation model atau Fading model.

Disebut sebagai large-scale propagation model, jika permodelan tersebut

dapat digunakan untuk menghitung kuat sinyal rata-rata untuk transmitter-receiver

yang terpisah jarak hingga cukup jauh (ratusan atau bahkan ribuan meter).

Permodelan ini dapat memperkirakan coverage area dari sebuah transmitter.

Sedangkan small-scale propagation model (atau disebut juga fading model),

merupakan permodelan yang digunakan untuk mengamati fluktuasi kekuatan

sinyal sinyal yang diterima receiver pada jarak pergerakan yang sangat dekat atau

dalam waktu yang sangat singkat. Sebagaimana kita ketahui, pergerakan penerima

yang sangat kecil sekalipun dapat menyebabkan sinyal yang diterimanya berubah

fasenya. Karena pengaruh multipath, perubahan fase ini akan dapat menyebabkan

perubahan kekuatan sinyal yang cukup besar. Inilah yang diamati oleh small-scale

propagation model. Sedangkan large-scale propagation model mengamati tren

perubahan rata-rata kekuatan sinyal yang diakibatkan oleh pergerakan dengan

jarak yang cukup jauh.

Berdasarkan cara pembuatannya model perambatan gelombang luar

ruangan dibagi menjadi tiga kategori utama yaitu:

1. Deterministic Model: sebuah model yang dibuat berdasarkan relasi antara

sebuah persamaan dan peristiwa yang terjadi, sehingga jika diberi input

yang sama maka akan menghasilkan output yang sama pula. Contoh:

Parabolic equation

2. Empirical Model: Sebuah model yang dibuat dengan membandingkan

secara statistik sebuah persamaan dengan data hasil observasi, eksperimen,

atau pengalaman. Contoh: Hata-okumura, Walfisch-Ikegami

3. Ray Optical Model: Model yang dibuat berdasarkan gerakan berkas sinar

yang dipancarkan sebagai pengganti sinyal radio. Sinyal elektromagnetik

juga merupakan cahaya (energi gelombang elektromagnetik merupakan

energi dari foton berdasarkan persamaan E adalah energi, h = tetapan

Planck, dan f =banyaknya foton). Contoh: Intelligent Ray Tracing

Model Okumura

Model Okumura merupakan salah satu model yang terkenal dan paling

banyak digunakan untuk melakukan prediksi sinyal di daerah urban (kota). Model

ini cocok untuk range frekwensi antara 150-1920 MHz dan pada jarak antara 1-

100 km dengan ketinggian antenna base station (BS) berkisar 30 sampai 1000 m.

Okumura membuat kurva-kurva redaman rata-rata relatif terhadap redaman ruang

bebas (Amu) pada daerah urban melalui daerah quasi-smooth terrain dengan

tinggi efektif antenna base station (hte) 200 m dan tinggi antenna mobile station

(hre) 3 m. Kurva-kurva ini dibentuk dari pengukuran pada daerah yang luas

dengan menggunakan antenna omnidirectional baik pada BS maupun MS, dan

digambarkan sebagai fungsi frekuensi (range 100-1920 MHz) dan fungsi jarak

dari BS (range 1-100 km). Untuk menentukan redaman lintasan dengan model

Okumura, pertama kita harus menghitung dahulu redaman ruang bebas (free space

path loss), kemudian nilai Amu (f,d) dari kurva Okumura ditambahkan kedalam

factor koreksi untuk menentukan tipe daerah. Model Okumura dapat ditulis

dengan persamaan berikut:

L (dB) = LF + Amu(f,d) – G(hte) – G(hre) - GAREA

Dimana L adalah nilai rata-rata redaman lintasan propagasi, LF adalah

redaman lintasan ruang bebas, Amu adalah rata-rata redaman relatif terhadap

redaman ruang bebas, G(hte) adalah gain antena BS, G(hre) adalah gain antena MS,

dan GAREA adalah gain tipe daerah. Gain antena disini adalah karena berkaitan

dengan tinggi antena dan tidak ada hubungannya dengan pola antena. Kurva

Amu(f,d) untuk range frekuensi 100-3000 Mhz ditunjukkan oleh gambar 15,

sedangkan nilai GAREA untuk berbagai tipe daerah dan frekuensi diperlihatkan

pada gambar 16.

Gambar 15

Gambar 16

Lebih jauh, Okumura juga menemukan bahwa G(hte) mempunyai nilai yang

bervariasi dengan perubahan 20 dB/decade dan G(hre) bervariasi dengan

perubahan 10 dB/decade pada ketinggian antena kurang dari 3 m.

G(hre) = 20log(hre/200) 100 m > hre > 10 m

G(hre) = 20log(hre/3) 10 m > hre > 3 m

G(hre) = 10 log(hre/3) hre £ 3 m

Beberapa koreksi juga dilakukan terhadap model Okumura. Beberapa

parameter penting seperti tinggi terrain undulation (Dh), tinggi daerah seperti

bukit atau pegunungan yang mengisolasi daerah, kemiringan rata-rata permukaan

daerah, dan daerah transisi antara daratan dengan lautan juga harus

diperhitungkan. Jika parameter-parameter tersebut dihitung, maka factor koreksi

yang didapat dapat ditambahkan untuk perhitungan redaman propagasi. Semua

faktor koreksi akibat parameter-parameter tersebut juga sudah tersedia dalam

bentuk kurva Okumura.

Model Okumura ini, semuanya berdasarkan pada data pengukuran dan

tidak menjelaskan secara analitis hasil perhitungan yang diperoleh. Untuk kondisi

tertentu, kita dapat melakukan ekstrapolasi terhadap kurva Okumura untuk

mengetahui nilai-nilai di luar rentang pengukuran yang dilakukan Okumura, tetapi

validitas dari ekstrapolasi yang kita lakukan sangat bergantung kepada keadaan

dan kehalusan kurva ekstrapolasi yang kita buat.

Model Okumura merupakan model yang sederhana tetapi memberikan

akurasi yang bagus untuk melakukan prediksi redaman lintasan pada sistem

komunikasi radio bergerak dan sellular untuk daerah yang tidak teratur.

Kelemahan utama dari model ini adalah respon yang lambat terhadap perubahan

permukaan tanah yang cepat. Karena itu model ini sangat cocok diterapkan pada

daerah urban dan suburban, tetapi kurang bagus jika untuk daerah rural

(pedesaan). Secara umum standar deviasi hasil prediksi model ini dibanding

dengan nilai hasil pengukuran adalah sekitar 10 dB sampai 14 dB.

Model Hatta dan COST-231

Model Hatta merupakan bentuk persamaan empirik dari kurva redaman

lintasan yang dibuat oleh Okumura, karena itu model ini lebih sering disebut

sebagai model Okumura-Hatta. Model ini valid untuk daerah range frekuensi

antara 150-1500 MHz. Hatta membuat persamaan standard untuk menghitung

redaman lintasan di daerah urban, sedangkan untuk menghitung redaman lintasan

di tipe daerah lain (suburban, open area, dll), Hatta memberikan persamaan

koreksinya. Persamaan prediksi Hatta untuk daerah urban adalah:

L(urban)(dB) = 69,55 + 26,16logfc – 13,82loghte – a(hre) + (44,9 – 6,55loghre) logd

Dimana fc adalah frekuensi kerja antara 150-1500 MHz, hte adalah tinggi effektif

antena transmitter (BS) sekitar 30-200 m , hre adalah tinggi efektif antena receiver

(MS) sekitar 1-10 m, d adalah jarak antara Tx-Rx (km), dan a(hre) adalah faktor

koreksi untuk tinggi efektif antena MS sebagai fungsi dari luas daerah yang

dilayani.

Untuk kota kecil sampai sedang, faktor koreksi a(hre) diberikan oleh persamaan:

a(hre) = (1,1logfc – 0,7) hre – (1,56logfc – 0,8) dB

sedangkan untuk kotta besar:

a(hre) = 8,29 (log1,54hre)2 – 1,1 db untuk fc < 300 MHz

a(hre) = 3,2 (log11,75hre)2 – 4,97 dB untuk fc > 300 MHz

Untuk memperoleh redaman lintasan di daerah suburban dapat diturunkan dari

persamaan standar Hatta untuk daerah urban dengan menambahkan faktor

koreksi, sehingga diperoleh persamaan berikut:

L(suburban)(dB) = L(urban) – 2[log(fc/28)]2 – 5,4

dan untuk daerah rural terbuka, persamaannya adalah:

L(open rural)(dB) = L(urban) – 4,78 (logfc)2 – 18,33logfc – 40,98

Walaupun model Hatta tidak memiliki koreksi lintasan spesifik seperti yang

disediakan model Okumura, tetapi persamaan-persamaan diatas sangat praktis

untuk digunakan dan memiliki akurasi yang sangat baik. Hasil prediksi dengan

model Hatta hampir mendekati hasil dengan model Okumura, untuk jarak d lebih

dari 1 km. Model ini sangat baik untuk sistem mobile dengan ukuran sel besar,

tetapi kurang cocok untuk sistem dengan radius sel kurang dari 1 km.

European Co-operative for Scientific and Technical Research (EURO-

COST) membentuk komite kerja COST-231 untuk membuat model Hatta yang

disempurnakan atau diperluas. COST-231 mengajukan suatu persamaan untuk

menyempurnakan model Hatta agar bisa dipakai pada frequensi 2 GHz. Model

redaman lintasan yang diajukan oleh COST-231 ini memiliki bentuk persamaan:

L(urban) = 46,3 + 33,9logfc – 13,82 loghte – a(hre) + (44,9-6,55loghte)logd +CM

Dimana a(hre) adalah faktor koreksi tinggi efektif antenna MS sesuai

dengan hasil Hatta, dan

0 dB untuk daerah kota sedang dan suburban

CM =

3 dB untuk daerah pusat metropolitan

Model Hatta COST-231 hanya cocok untuk parameter-parameter berikut:

f : 1500 – 2000 MHz

hte : 30-200 m

hre : 1-10 m

d : 1-20 km

Model Lee

Didasarkan pada data hasil pengukuran di Amerika Serikat

Frekuensi kerja : 900 MHz

Model bisa digunakan untuk penerapan prediksi area to area atau point to point

Sesuai untuk daerah urban, suburban, dan rural.

Persamaan prediksi Lee:

L = Lo + glogd + Fo

Dimana: Fo = F1.F2.F3.F4.F5

F1 = faktor koreksi ketinggian antena BS

F2 = faktor koreksi daya pancar BS

F3 = faktor koreksi gain antena BS

F4 = faktor koreksi ketinggian antena MS

F5 = faktor koreksi frekuensi kerja

Parameter acuan:

- Frekuensi kerja : 900 MHz

- Tinggi antena BS : 30,5 m dan tinggi antena MS : 3 m

- Daya pancar : 10 W

- Gain antena BS : 6 dB terhadap dipole ½ lambda

Lingkungan Lo(dB) g

Free space 91,3 20,0

Open 91,3 43,5

Suburban 104,0 38,0

Urban

-Tokyo

-Philadelphia

-Newark

128,0

112,8

106,3

30,0

36,8

43,1

Tabel 4. Perbandingan pada model Lee

Model Longley-Rice

Model Longley-Rice ini cocok untuk diterapkan pada system komunikasi

titik ke titik didalam frekuensi dari 400 MHz sampai 100 GHz.. Redaman media

transmisi dihitung dengan mengacu pada bentuk geometri dari profil permukaan

daerah layanan dan efek refraksi dari troposphere. Teknik geometri optik

(utamanya model refleksi 2-ray) digunakan untuk memperkirakan kekuatan sinyal

sampai batas horizon gelombang radio. Redaman karena difraksi dihitung dengan

menggunakan model Fresnel-Kirchoff knife-edge. Sementara itu teori hamburan

digunakan untuk membuat perhitungan troposcatter pada jarak jauh, dan redaman

difraksi medan jauh dihitung dengan menggunakan metode Van der Pol-Bremmer

yang dimodifikasi.

Model Longley-Rice juga dapat digunakana dengan menggunakan program

komputer untuk menghitung redaman media transmisi dibandingkan terhadap

redaman ruang bebas (free space loss) pada daerah permukaan tidak teratur untuk

selang frekuensi antara 20 MHz sampai 10 GHz. Parameter-parameter sebagai

masukan dari program komputer tersebut adalah frekuensi operasi, panjang

lintasan, polarisasi, tinggi antenna, refraksi permukaan, radius effektif bumi,

konduktivitas tanah, konstanta dielektrik bumi, dan cuaca. Program juga dapat

dioperasikan pada parameter khusus seperti jarak horizon antenna, sudut elevasi

horizon, jarak angular antar horizon, ketidakteraturan permukann bumi, dan

parameter-parameter khusus lainnya.

Model Longley-Rice bekerja pada dua mode. Jika informasi mengenai

profile permukaan lintasan tersedia secara mendetail maka parameter-parameter

khusus lebih mudah untuk menentukan dan menghitung redaman lintasan, mode

ini disebut mode prediksi dari titik ke titik (point to point mode). Pada sisi lain

jika profile permukaan lintasan tidak tersedia maka metode Longley-Rice

meyediakan teknik untuk menghitung parameter-parameter khusus dari lintasan.

Mode prediksi ini disebut dengan area mode.

Sampai saat ini model Longley-Rice sudah mengalami banyak modifikasi

dan koreksi sejak pertama kali model ini dipublikasikan. Salah satu modifikasi

yang penting adalah yang berkaitan dengan propagasi radio didaerah kota, dimana

ini sangat berkaitan dengan komunikasi bergerak. Modifikasi ini memperkenalkan

istilah baru sebagai tambahan pada prediksi redaman di daerah urban yang

berhubungan dengan penerimaan sinyal di antenna penerima. Istilah baru ini

adalah urban factor (UF), yang didefinisikan sebagai perbandingan antara hasil

prediksi berdasarkan model Longley-Rice dengan hasil prediksi menggunakan

model Okumura.

Salah satu kelemahan dari model Longley-Rice ini adalah tidak

menyediakan cara untuk penentuan koreksi terhadap factor lingkungan disekitar

antenna penerima yang bergerak, atau mempertimbangkan factor koreksi untuk

menghitung efek dari gedung-gedung dan pohon disekitar penerima. Dengan kata

lain pada model Longley-Rice efek multipath tidak diperhitungkan.

Model Durkin

Model Durkin merupakan salah satu model propagasi klasik yang hampir

memiliki kesamaan dalam penggunaannya dengan model Longley-Rice. Model

yang pertama kali diterbitkan dalam paper oleh Edwards dan Durkin ini

menggunakan komputer sebagai simulasi untuk memprediksi kuat medan diatas

permukaan bumi yang tidak teratur.

Sebagai masukan simulator untuk menghitung path loss, Durkin

membaginya menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah akses terhadap database

dari topografi dan informasi profile permukaan bumi sepanjang arah radial dari

transmitter ke receiver. Dengan asumsi bahwa antenna receiver menerima semua

energi yang berasal dari arah radial, maka tidak terjadi efek multipath. Dengan

kata lain propagasi yang dimodelkan disederhanakan ke dalam bentuk Line of

Sight (LOS) dan difraksi dari rintangan sepanjang arah radial, dan mengabaikan

pantulan dari benda-benda disekitarnya dan efek scater local. Sedangkan bagian

kedua adalah algoritma simulasi untuk menghitung perkiraan redaman lintasan

sepanjang arah radial. Dengan cara melakukan perhitungan secara iterasi dari

pengukuran pada daerah yang berbeda-beda tetapi masih dalam satu daerah

layanan, maka dapat diperoleh kontur dari kuat sinyalnya.

Model Walfisch – Ikegami

Model empiris ini adalah kombinasi dari model yang dibuat oleh J.

Walfisch dan F. Ikegami. Model ini selanjutnya dikembangkan oleh COST dalam

proyek COST 231. Oleh karena itu model ini sering juga disebut dengan model

empiris COST-Walfisch-Ikegami. Dalam perhitungannya, model ini hanya

memperhitungkan jalur transmisi secara lurus pada bidang vertikal antara

pemancar-penerima. Jadi yang diperhitungkan hanyalah efek dari benda-benda

yang segaris dengan jalur transmisi. Pada daerah perkotaan dimana terdapat

banyak gedung-gedung maka yang diperhitungkan hanyalah gedung-gedung yang

dilalui bidang vertikal jalur transmisi. Tingkat ketepatan dari model empiris ini

sangat tinggi karena, pada daerah perkotaan perambatan yang terjadi melalui atap

gedung (multiple diffraction) merupakan faktor yang sangatlah dominan dan

paling berpengaruh. Hanya saja efek akibat refleksi yang berulang-ulang (Multiple

reflection) tidak diperhitungkan. Gambar 16 menjelaskan mengenai jalur

perambatan berdasar model walfisch ikegami ini.

Gambar 17. Jalur Perambatan model Walfisch Ikegami

Model ini bisa digunakan secara akurat pada parameter-parameter sebagai-

berikut:

Frekuensi = f (800...2000 MHz)

Ketinggian pemancar = hTX (4...50 m)

Ketinggian penerima = hRX (1...3 m)

Jarak antara pemancar dan penerima = d (20...5000 m)

Gambar 17 menunjukkan penampang vertikal dari gedung-gedung yang berada

pada jalur transmisi. Sebuah pemancar pada atap sebuah gedung dengan tinggi htx

memancarkan gelombang dengan frekuensi f agar penerima diseberang gedung-

gedung tersebut dapat menerima sinyal.

Parameter yang di dapat dari gedung tersebut antara lain:

Nilai rata-rata dari ketinggian gedung (hROOF)

Nilai rata-rata dari lebar jalan (w)

Nilai rata-rata dari jarak gedung (b)

Gambar 18. Penampang vertikal jalur gelombang berdasar model Walfisch-Ikegami

Perarahan pada jalan yang berhubungan dangan jalur pemancar-penerima,

tidak diperhitungkan dalam implementasi model ini. Hal tersebut dikarenakan

data penampang melintang tersebut tidak dapat mewakili perarahan (contohnya

pada persimpangan, pada halaman gedung yang dikelilingi tembok maka

program-program komputasi model ini tidak dapat menggambarkan perarahan

dalam pixel-pixel database gambar mereka.

Jika parameter-parameter di atas saja yang diikutsertakan dalam

perhitungan, maka walfisch ikegamai dapat dikategorikan sebagai model statistik

saja. Namun selain memperhitungkan karakteristik dari parameter-parameter

diatas, model walfisch ikegami juga membuat perbandingan dan membedakan

antara dua situasi berbeda, yaitu saat terjadi LOS dan NLOS (None Line of Sight).

Perambatan LOS adalah perambatan langsung antara pemancar (TX) dan

penerima (RX). Saat terjadi situasi LOS maka fungsi yang digunakan dalam

prediksi menggunakan model ini sangatlah sederhana. Cuma dibutuhkan sebuah

persamaan dengan dua parameter saja. Persamaan di bawah ini menunjukkan hal

tersebut

Persamaan LOS ini hampir sama dengan persamaan losses pada

perambatan gelombang di ruang bebas. Persamaan itu diturunkan dari persamaan

free space loss yang mengalami modifikasi berdasarkan hasil pengukuran yang

dilakukan di kota-kota di eropa. Jika jarak d= 20 m, losses yang terjadi hampir

sama dengan losses pada ruang bebas dengan jarak yang sama. Grafik pada

gambar di bawah menunjukkan perbandingan antara free space loss dan

transmission loss dengan persamaan LOS diatas pada jarak d.

Gambar 19. Perbandingan free space loss dan transmission loss pada model Walfisch-Ikegami

Perambatan NLOS adalah perambatan tidak langsung antara pemancar

(TX) dan penerima (RX) dimungkinkan akibat refleksi, difraksi, maupun

hamburan. Persamaan pada situasi NLOS ini lebih rumit. Losses total dari kasus

NLOS ini merupakan hasil penjumlahan antara free space loss (l0), multiple

diffraction loss (lmsd) dan rooftop-to-street diffraction loss/losses akibat difraksi

dari atap gedung-jalan (lrts).

Untuk space loss :

Istilah rooftop-to-street diffraction loss (lrts) mewakili losses yang muncul pada

gelombang yang yang terarah ke jalanan dimana penerima berada. Pada dasarnya

losses ini dinyatakan oleh ikegami dalam model persamaannya, namun proyek

COST 231 telah menyempurnakan persamaan ini menjadi persamaan:

dan,

Lebar jalanan w, ketinggian atap hROOF, ketinggian penerima hRX dan perarahan

pada jalan φ adalah variabel dalam persamaan ini. Orientation loss lOri adalah

persamaan koreksi empiris yang diperoleh dengan membandingkan dengan data

dari pengukuran. Jadi persamaan tersebut dikalibrasi dengan hasil pengukuran.

Sebuah perkiraan mengenai multiple diffraction loss telah dibuat sebelumnya oleh

walfisch-bertoni COST 231 kemudian memodifikasi persamaannya agar bisa

dipakai untuk base station yang tingginya lebih rendah daripada ketinggian atap

gedung. Pada persamaan tersebut pengaruh hROOF dan b juga turut diperhitungkan

dengan cara dijumlahkan. Persamaan 4.38 adalah persamaan tersebut.

dengan,

Faktor kd and kf mengendalikan ketergantungan multiple diffraction loss terhadap

jarak dan frekuensi gelombang. Faktor ka menyatakan kenaikan path loss pada

base stations yang berada dibawah ketinggian atap.

Referensi

Wirelees and celluler telecomunications. William C.Y Lee

Kota medium dan pusat suburban

Pusat metropolitan

Wireless communication. Theodore S. Rappaport

Optimasi Penataan Sistem Wi-Fi di PENS-ITS dengan Menggunakan

Metode Algoritma Genetika, Seminar Proyek Akhir Jurusan Teknik

Telekomunikasi PENS-ITS 2010 oleh Kurnia P. Kartika, Tri Budi

Santoso, Nur Adi Siswandari.

Analisis Trafik pada Sistem Telekomunikasi Seluler Berbasis CDMA 2000

1X di Wililayah Semarang Kota. Eko Budiyono, 2006

Stasiun Induk Ponsel: Rangkuman Fakta EMF/Kesehatan. Mobile

Manufacturers Forum

Kuliah9-Komunikasi Radio. Indah Susilawati, S.T, M.Eng 2009