1

Pengukuran Karakteristik Propagasi Kanal VHF pada Band

Orbcomm

AFIRA GENUBHY – NRP 2207100604

Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia

Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Kampus ITS, Keputih – Sukolilo, Surabaya 60111

ABSTRAK

Orbcomm adalah satelit telekomunikasi yang

menyediakan pengiriman pesan digital dua arah,

komunikasi data dan pelayanan letak geografis.

Orbcomm terdiri dari 36 buah satelit yang berada pada

orbit LEO (Low Earth Orbital) dengan gateway tersebar

di seluruh dunia. Komunikasi radio menggunakan

Orbcomm beroperasi pada VHF (Very High Frequency)

dengan spektrum frekuensi uplink 148-150.05 MHz dan

downlink 137-138 MHz. Komunikasi radio VHF

digunakan secara luas untuk komunikasi jarak jauh.

Komunikasi radio yang maksimum dipengaruhi oleh

banyak hal, antara lain lokasi, frekuensi dan waktu

pengiriman. Pengukuran karakteristik propagasi

merupakan kegiatan dasar yang cukup penting untuk

rancang bangun sistem komunikasi.

Pada tugas akhir ini akan dilakukan pengukuran

terhadap parameter-parameter propagasi yang

berpengaruh pada komunikasi radio VHF dan

mengevaluasi parameter-parameter tersebut sehingga

diperoleh karakteristik propagasi di lokasi pengukuran.

Dari hasil pengukuran, diperoleh waktu

pengukuran terbaik pada siang hari karena rata-rata

level daya terima sebesar -77,7 dBm. Jarak maksimum

level daya yang dapat diterima antena penerima pada

pagi hari yaitu sejauh 7,41 km. Dari uji normalitas yang

dilakukan diperoleh bahwa seluruh data pengukuran

tidak berdistribusi normal.

Keywords

Radio VHF, Fading, Pathloss, Propagasi Gelombang

Radio

1. PENDAHULUAN Pada saat ini komunikasi radio merupakan suatu

bentuk komunikasi modern yang memanfaatkan

gelombang radio sebagai sarana untuk membawa suatu

pesan sampai ke tempat tujuannya. Untuk itu dapat

dieksplorasi alokasi kanal VHF (Very High Frequency)

dengan pertimbangan band tersebut mempunyai

keandalan menjangkau daerah yang cukup luas dan

tingkat kerugian yang rendah. Salah satu aplikasi yang

menjanjikan adalah pemanfaatan satelit Orbcomm yang

berada pada orbital LEO (Low Earth Orbit) agar

jangkauan VHF ini menjadi lebih global.

Dalam komunikasi radio harus diperhatikan

pengiriman sinyal dengan jarak tertentu antara antena

pemancar dan penerima, tidak terkecuali penerimaan

sinyal secara bergerak. Ketidakteraturan permukaan

bumi menyebabkan sinyal mengalami mekanisme

propagasi gelombang radio yang meliputi reflection

(pantulan), difraction dan scattering (penghamburan).

Mekanisme tersebut menimbulkan lintasan jamak

(multipath) pada proses pengiriman dan penerimaan

informasi gelombang radio. Hal tersebut dapat

menimbulkan rugi-rugi propagasi yang menyebabkan

berkurangnya kondisi sinyal pada penerima (fading).

Dalam Tugas Akhir ini akan dilakukan pengukuran

yang dapat dijadikan acuan karakteristik propagasi

apabila satelit Orbcomm sudah beroperasi di Indonesia.

Fading dan redaman propagasi VHF akan diukur

dengan menggunakan spectrum analyzer tipe

Tektronix 2711 dan antena penerima VHF jenis

monopole.

2. DASAR TEORI 2.1 Sistem Komunikasi Band VHF

VHF digunakan untuk radio komunikasi jarak

jauh dan beroperasi pada frekuensi 30-300 Mhz dengan

panjang gelombang 1-10 meter [3]. Frekuensi kanal

VHF diusahakan harus Line of Sight (LOS). Jika pada

jarak antara dua stasiun terdapat objek–objek yang

lebih tinggi dari pancaran gelombang radio, maka sudah

pasti transmisi yang dikirimkan ataupun diterima akan

terhambat.

Propagasi gelombang radio VHF digunakan

untuk broadcasting, penyiaran radio FM, televisi,

pemancar telepon genggam darat (darurat, bisnis, dan

militer), radio amatir, komunikasi laut, pengawas lalu

lintas udara dan sistem navigasi udara.

2.2 Standard dan Regulasi Alokasi Frekuensi

Pemanfaatan spektrum frekuensi radio sebagai

sumber daya alam perlu dilakukan secara tertib, efisien

dan sesuai dengan peruntukannya sehingga tidak

menimbulkan gangguan yang merugikan [4].

2

Alokasi Spektrum Frekuensi Radio Indonesia

ditetapkan dengan mengacu kepada alokasi Spektrum

Frekuensi Radio Internasional untuk wilayah 3 (region

3) sesuai Peraturan Radio yang ditetapkan oleh

International Telecommunication Union (ITU).

Alokasi frekuensi satelit bergerak Indonesia yang

digunakan ditunjukkan oleh Tabel 1 [5].

Tabel 1. Alokasi frekuensi satelit bergerak Indonesia

Alokasi untuk Dinas

Region 1 Region 2 Region 3

148 – 149.9

TETAP

BERGERAK kecuali

bergerak penerbangan (R)

BERGERAK-SATELIT

(Bumi ke angkasa) S5.209

S5.220 S5.219 S5.223

148 – 149.9

TETAP

BERGERAK

BERGERAK-SATELIT (Bumi ke

angkasa)

S5.209

S5.218 S5.219 S5.221

149.9 – 150.05 BERGERAK-SATELIT (Bumi ke angkasa) 5.209

5.224A

NAVIGASI RADIO-SATELIT S5.224B

S5.220 S5.222 S5.223

2.3 Konsep Dasar Propagasi Gelombang

Radio

Mekanisme dasar propagasi gelombang

elektromagnetik bermacam-macam, tetapi secara umum

dapat dikategorikan menjadi tiga yaitu refleksi, difraksi

dan scattering. Gambar 1 menunjukkan mekanisme

propagasi gelombang radio.

Gambar 1. Propagasi gelombang radio

A. Free Space

Free space adalah propagasi ruang bebas,

yaitu sinyal yang dipancarkan langsung diterima

oleh antena penerima sehingga tidak ada rugi yang

disebabkan medium.

(1)

dimana:

Pr = daya terima (Watt)

Pt = daya pancar (Watt)

Gt = gain antena pemancar (dB)

Gr = gain antena penerima (dB)

λ = panjang gelombang (meter)

D = jarak antena pmancar dan penerima

(km)

B. Refleksi

Refleksi atau pantulan terjadi pada saat

suatu sinyal bertumbukan dengan suatu permukaan

yang lebih besar dibandingkan dengan panjang

gelombang sinyal tersebut.

C. Difraksi

Difraksi terjadi saat lintasan dari gelombang

dihalangi oleh permukaan yang tidak teratur (tajam

dan kecil). Difraksi memungkinkan gelombang

radio merambat sepanjang permukaan bumi yang

berbeda-beda ketinggiannya.

D. Scattering

Scattering terjadi ketika perambatan

gelombang elektromagnetik dihalangi oleh media

yang mempunyai ukuran dimensi lebih kecil jika

dibandingkan dengan panjang gelombang yang

dikirim dari transmitter sehingga menyebabkan

pemantulan ke segala arah.

2.4 Lintasan jamak (Multipath)

Mekanisme propagasi gelombang radio

menyebabkan terjadinya lintasan jamak (multipath).

Dengan adanya multipath komponen sinyal yang

diterima penerima dapat berupa direct path (sinyal yang

langsung ke arah penerima) dan indirect path (sinyal

datang ke penerima tidak secara langsung). Selain ada

energi yang langsung dipancarkan, ada juga energi yang

mengalami refleksi, difraksi dan scaterring yang

dipengaruhi oleh bensa-benda di sekitarnya. Sehingga

setiap perubahan posisi pemancar dan penerima akan

berpengaruh dengan perubahan total penjumlahan

sinyal yang diterima. Multipath merupakan hal yang

harus dihindari dalam sistem komunikasi wireless

karena dapat memberikan kerugian dalam sistem

transmisi.

2.5 Karakteristik Propagasi Gelombang

Radio 2.5.1 Fading

Fading adalah fluktuasi fasa, polarisasi atau level

daya terima sebagai fungsi waktu. Umumnya fading

disebabkan oleh pengaruh mekanisme propagasi

terhadap gelombang radio seperti refleksi, refraksi,

difraksi, hamburan, atenuasi, ducting dan lain-lain.

Faktor-faktor yang mempengaruhi fading [6]

adalah:

a. Propagasi multipath

b. Kecepatan pergerakan receiver

c. Kecepatan gerak objek lain

d. Bandwidth transmisi dari sinyal

Dengan kata lain fading diakibatkan oleh

kondisi geometri dan meteorologi lingkungan. Fading

menyebabkan suatu kondisi dimana sinyal yang

diterima terlalu buruk untuk dilakukan pemrosesan

3

sinyal. Masalah yang diakibatkan fading ada dua

macam yaitu penurunan dan fluktuasi sinyal.

Fading dibagi atas 2 jenis yaitu:

a. Large Scale Fading

Large scale fading terjadi karena adanya redaman

sebagai fungsi jarak, dan shadowing karena obstacle

oleh obyek yang besar (gedung dan gunung).

b. Small Scale Fading

Small Scale Fading terjadi karena penjumlahan yang

konstruktif dan destruktif dari komponen-komponen

lintasan jamak antara pemancar dan penerima.

Gambar 2. Fading terhadap jarak

2.5.2 Redaman Propagasi

Redaman propagasi (Path Loss) adalah besarnya

daya yang hilang dalam menempuh jarak tertentu.

Besarnya redaman ditentukan oleh kondisi alam seperti

tidak adanya halangan antara pemancar dengan

penerima. Redaman sangat dipengaruhi oleh jarak

antara pemancar dengan penerima dan frekuensi yang

digunakan. 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. Tanpa

memperhitungkan kondisi alam dan lokasi dimana

pemancar dan penerima berada, besarnya Path Loss

dapat dihitung dengan menggunakan rumus “Free

Space Loss” sebagai berikut:

(2)

Redaman lintasan untuk model propagasi ruang

bebas ketika penguatan antena ikut diperhitungkan,

dinyatakan dengan rumus:

(3)

Nilai redaman propagasi yang terjadi dapat juga

dihitung dengan rumus:

(4)

Dimana:

Lfs = Free space loss (dB)

Pt = daya pancar (dB)

Pr = daya terima (dB)

Gt = gain antena pemancar (dB)

Gr = gain antena penerima (dB)

d = jarak antena pemancar dan penerima (km)

λ = panjang gelombang (m)

f = frekuensi (MHz)

3. METODOLOGI 3.1 Metodologi Pengukuran Karakteristik Propagasi

Pada metode pengukuran karakteristik propagasi

perlu diketahui terlebih dahulu langkah-langkah yang

akan dilakukan serta parameter-parameter yang akan

diukur. Flowchart dari metodologi sistem ditunjukkan

pada gambar 3

Gambar 3. Flowchart metodologi sistem pengukuran

3.2 Peralatan Pengukuran

3.2.1 Hardware (Perangkat Keras)

Hardware yang digunakan untuk melakukan

pengukuran dan pengambilan data melalui kanal VHF

ini adalah sebagai berikut:

1. Tranceiver Kenwood TM 241A

2. Spektrum Analyzer tipe Tektronix 2711

3. Laptop/PC

4. Antena NR 790 dan antena penerima Larsen PO

150.

5. Kabel Penghubung coaxial RG 58 tipe 50 ohm

dengan panjang 5 m.

6. Tone Generator

7. General Purpose Interface Bus (GPIB)

8. Global Positioning System (GPS)

4.2.2 Software (Perangkat Lunak)

4

Tranceiver

Kenwood

Laptop

Tone

Generator GPS Laptop

Spectrum

Analyzer

Software yang digunakan dalam pengukuran ini

adalah CVI-Lab Windows 8.5 berfugsi agar antara PC

dengan spectrum analyzer dapat berkomunikasi dan

General Purpose Interface Bus (GPIB) yang berfungsi

sebagai interface ke Laptop, serta Matlab 7.7 untuk

pengolahan data katakteristik propagasi.

3.3 Konfigurasi Rangkaian Pengukuran

Konfigurasi rangkaian pengukuran karakteristik

propagasi kanal VHF akan dilakukan dengan

konfigurasi peralatan adalah sebagai berikut:

Antena Antena

Base Station Mobile Station

Gambar 4. Konfigurasi Rangkaian Pengukuran

Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa ada dua

sistem yang harus dibangun, yaitu sistem pada base

station (pemancar) dan sistem pada mobile station

(penerima).

Untuk spectrum analyzer harus dilakukan proses

kalibrasi yang kemudian dilanjutkan dengan

normalisasi. Jika spectrum analyzer telah dikalibrasi

sebelumnya, maka cukup melakukan proses normalisasi

saja ketika spectrum analyzer dinyalakan.

Proses kalibrasi ini membutuhkan waktu selama

15 menit. Setelah proses selesai hubungkan spectrum

analyzer dengan antena VHF dan nyalakan PC yang

telah terintegrasi dengan program CVI dan GBIP.

Gambar 5. Tampilan program Spectrum Analyzer

Gambar 5 menunjukkan tampilan program perekaman

data. Setelah itu baru dapat dilakukan proses perakaman

data.

3.4 Metode Pengolahan Data

3.4.1 Fading

Dari proses pengukuran yang dilakukan akan

diperoleh dua buah data yang terekam. Data pertama

adalah nilai daya yang diterima spectrum analyzer

(Gambar 6) dan data kedua adalah data yang berasal

dari GPS (Gambar 7) yang dapat digunakan untuk

menentukan hubungan nilai redaman terhadap jarak.

Gambar 6. Hasil rekaman data daya terima di penerima

Gambar 7. Hasil rekaman data pada GPS

3.3.2 Pathloss (Redaman)

Nilai redaman diperoleh dari selisih antara daya

pancar dan daya terima, kemudian akan digambarkan

grafik yang menyatakan hubungan antara redaman

tersebut terhadap jarak.

Selanjutnya nilai redaman akan dinyatakan atau

digambarkan dalam fungsi 10*log10(jarak). Hal ini

dilakukan untuk menentukan nilai tetapan propagasi (n)

yang merupakan parameter yang memberikan

karakteristik lingkungan dari sistem komunikasi radio.

4. HASIL DAN ANALISA 4.1 Fading terhadap fungsi waktu

Untuk mendapatkan fading terhadap fungsi

waktu, dilakukan perbandingan antara level daya terima

waktu pengukuran. Pengukuran dilakukan dengan

penerima bergerak dengan arah menjauh dari pemancar,

dimulai dari base station sampai pada tempat atau

lokasi dimana pengukuran dihentikan karena mobile

station (penerima) tidak lagi menerima sinyal yang

dipancarkan dari base station.

4.1.1 Waktu pengukuran pagi hari (Nganjuk)

Selama 28 menit pengukuran diperoleh data

yang terekam untuk frekuensi 149.245 adalah 677 data.

Dari sinyal fading pada Gambar 8 terlihat bahwa level

daya masih bisa diterima oleh penerima sebelum 900

detik pertama, sedangkan setelah detik ke 900 sinyal

yang dipancarkan pemancar mulai banyak terganggu

dan setelah detik ke 1500 sinyal suara sudah tidak bisa

Power

Supply

5

ditangkap oleh penerima, sinyal yang ditangkap

hanyalah noise saja.

Dengan menggunakan program Matlab, maka

hasil fluktuasi daya yang diterima pada saat pengukuran

di pagi hari dapat ditampilkan:

Gambar 8. Fading waktu di Nganjuk saat pagi hari

4.1.2 Waktu pengukuran pagi hari (Surabaya)

Daerah pelayanan dari komunikasi radio mobil

mencakup daerah urban, dimana analisa propagasi

gelombang radio perlu memperhatikan rugi-rugi

lintasan propagasi. Kuat medan sinyal yang

ditransmisikan berfluktuasi karena lingkungan urban

yang khas dimana lintasan propagasi line of sight antara

pemancar dan penerima dibayangi oleh penghalang

berupa bangunan tinggi.

Gambar 10 menunjukkan pengukuran fading saat

pagi hari di Surabaya adalah sebagai berikut:

Gambar 9. Fading waktu di Surabaya saat pagi hari

Pengukuran fading pagi hari di Surabaya

diperoleh seperti Gambar 10, dimana sinyal melemah

secara kontinyu seiring dengan semakin jauhnya jarak

antara pengirim dan penerima. Dari Gambar 10 dapat

dilihat bahwa level daya masih bisa diterima oleh

penerima di 1500 detik pertama, sedangkan setelah

detik ke 1500 sinyal yang dipancarkan pemancar mulai

mengalami interferensi yang diakibatkan noise

lingkungan dan setelah detik ke 3600 sinyal suara sudah

tidak bisa ditangkap oleh penerima, sinyal yang

ditangkap hanyalah noise saja.

Dari grafik hubungan antara level daya terima

dengan waktu pengukuran menunjukkan terjadinya

penurunan level daya yang diterima dengan semakin

lamanya proses pengukuran. Pada saat pengukuran,

sinyal masih dapat diterima hingga detik ke 3600.

Sinyal tidak dapat diterima secara kontinyu di setiap

detik dikarenakan rute perjalanan pengukuran yang

tidak selalu menjauhi antena pemancar.

4.2 Redaman propagasi terhadap fungsi jarak

Hasil pengukuran redaman propagasi dapat

dibandingkan ke dalam fungsi jarak. Rute pergerakan

penerima yang diperoleh dari Google Earth ditunjukkan

pada Gambar 10:

(a) (b)

Gambar 10.(a) Rute pergerakan penerima di Nganjuk

dan 10.(b) Rute pergerakan penerima di Surabaya

Gambar 11 Redaman propagasi Nganjuk saat malam

hari

Gambar 12. Redaman propagasi Surabaya saat malam

hari

Hasil pengukuran yang dilakukan pada malam

hari berbeda dengan hasil pengukuran lainnya. Pada

pengukuran malam hari tidak banyak terjadi interferensi

sehingga sinyal yang diterima dari penerima di suatu

unit mobil yang bergerak tidak mengalami banyak

peredaman dan jarak jangkauannya lebih pendek

dibandingkan pengukuran sebelumnya.

6

Untuk mengetahui nilai tetapan propagasi pada

lingkungan pengukuran maka dilakukan hubungan

antara level daya terima dengan logaritma jarak.

Gambar 13 menunjukkan nilai tetapan propagasi (n)

saat malam hari sebesar 3,13.

Gambar 13. Hubungan logaritmik jarak dengan level

redaman

4.3 Uji Normalitas

Uji normalitas dilakukan untuk mengetahui

normal atau tidaknya sebuah distribusi. Gambar 14

menunjukkan hasil uji Kolmogorov-Smirnov.

Gambar 14. Histogram di Surabaya saat malam hari

Dari tabel diperoleh nilai sebesar 0,505 dan tidak

signifikan pada 0,05 (karena p=0,96 > 0,05). Jadi

hipotesis nol tidak diterima yang berarti gagal tolak

variabel berdistribusi normal. Dari hasil pengujian

diperoleh seluruh data tidak berdistribusi normal.

5. KESIMPULAN Dari hasil pengambilan data yang dilakukan

selama pengerjaan Tugas Akhir, maka dapat ditarik

beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Jarak maksimum sinyal terima antena di daerah

Surabaya diperoleh saat pagi hari yaitu mencapai

7,41 km. Pada saat siang hari mencapai 4,15 km

dan malam hari mencapai 4,9 km.

2. Jarak maksimum sinyal terima antena di daerah

Nganjuk diperoleh saat siang hari yaitu mencapai

6,97 km. Pada saat siang hari mencapai 4,93 km

dan malam hari mencapai 3,37 km.

3. Waktu pengukuran terbaik pada siang hari

karena rata-rata level daya terima sebesar -77,7

dBm

4. Dari uji normalitas yang dilakukan diperoleh

bahwa seluruh data pengukuran tidak

berdistribusi normal.

5. SARAN Dengan pengukuran data yang lebih terencana

dan pengembangan lebih lanjut, pengukuran pada

sistem ini dapat dimanfaatkan sebagai panduan untuk

proses komunikasi radio saat antena penerima bergerak.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Arthech house the satellite communication

application handbook 2nd

edition

[2] Orbcomm Global, “Orbcomm System Overview”,

L.P, 1999

[3] Parson, J. D, “The Mobile Radio Propagation

Channel Second Edition”, John Wiley & Sons Ltd,

2000

[4] Direktur Jenderal Pos dan Telekomunikasi

Indonesia http://www.postel.go.id, 2009

[5] Peraturan Menteri Komunikasi dan Informatika,

“Keputusan Menteri Komunikasi dan Informatika

No. 29 tentang Penyempurnaan Tabel Alokasi

Spektrum Frekuensi Radio Indonesia“, Jakarta,

2009

[6] T. S Rappaport, “Wireless Communication

Principle and Practice”, IEEE

Press, 1996

RIWAYAT PENULIS Afira Genubhy, lahir di

Lhokseumawe 13 Oktober 1986,

merupakan anak kedua dari empat

bersaudara pasangan Ferly Irawan

dan Afnita Yurisda. Memulai

pendidikan formalnya di SD

Iskandar Muda Lhokseumawe,

kemudian melanjutkan pendidikan

di SLTP Iskandar Muda Lhokseumawe, SLTP Josua 1

Medan dan SMUN 8 Medan. Lulus SMA tahun 2004

dan Penulis menyelesaikan pendidikan Diploma 3 di

Politeknik Negeri Medan program studi Teknik

Elektronika Jurusan Teknik Elektro pada Oktober 2007.

Tahun 2008 penulis terdaftar sebagai mahasiswa di

Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia Jurusan

Tekink Elektro FTI – ITS.