Jurusan Teknik Elektro – FTI Institut Teknologi Sepuluh Nopember

TE 09 1399 TUGAS AKHIR

Nama Mahasiswa : Dika Oktavian P Nomor Pokok : 2208100174 Bidang Studi : Telekomunikasi Multimedia Tugas Diberikan : Semester Gasal Th. 2011/2012 Dosen Pembimbing : 1. Eko Setijadi, ST. MT., Ph.D.

2. Prof.Ir.Gamantyo Hendrantoro, M.Eng., Ph.DJudul Tugas Akhir : Analisis Komputasi Penghamburan dan Penyerapan Gelombang

Elektromagnetik dengan menggunakan Methods Of Moment(Computational Analysis Of Scattering and Absorption Electromagnetic with Methods Of Moment)

Uraian Tugas Akhir :

Dalam sistem telekomunikasi, salah satu permasalahan propagasi yang bekerja pada frekuensi tinggi adalah redaman yang disebabkan oleh hujan. Redaman hujan menjadi masalah yang cukup penting dalam propagasi gelombang elektromagnetik mengingat bahwa redaman hujan sangat berpengaruh terhadap kualitas komunikasi. Interaksi gelombang elektromagenetik dengan titik-titik hujan menyebabkan penghamburan dan penyerapan.

Pada tugas akhir ini akan dilakukan komputasi model redaman hujan secara analisis numerik dengan mempertimbangkan efek scattering dan absorption kemudian membandingkan dengan hasil pengukuran. Permasalahan yang akan dicari jawabannya adalah: (i) model redaman hujan dengan efek scattering dan absorption, dan (ii) perbandingan hasil analisis numerik redaman hujan dengan hasil pengukuran.

Kata Kunci: Redaman hujan, scattering and absorption, distribusi weibull

Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,

Eko Setijadi, ST. MT., Ph.D. Prof.Ir.Gamantyo Hendrantoro, M.Eng., Ph.D. Nip: 1972 10 01 2003 12 1002 Nip: 1970 11 11 1993 03 1002

A. JUDUL TUGAS AKHIRAnalisis Komputasi Penghamburan dan Penyerapan Gelombang Elektromagnetik dengan menggunakan Methods Of Moment.

B. RUANG LINGKUPRuang Lingkup dalam Tugas Akhir ini meliputi :

1. Redaman oleh air hujan2. Metode momen3. Gelombang Milimiter

C. LATAR BELAKANGPerkembangan teknologi telekomunikasi berkembang dengan sangat cepat

termasuk dalam komunikasi nirkabel (wireless). Hal ini ditandai dengan penggunaan frekuensi tinggi sampai dalam orde GHz. Gelombang ini dapat mengirimkan data informasi dengan kecepatan tinggi. Dengan tersedianya komunikasi kecepatan tinggi tersebut layanan internet dengan kecepatan tinggi, digital video, audio broadcasting dan video conference dengan kapasitas besar dan bandwidth yang lebar dapat bekerja dengan baik [1]. Misalnya, telekomunikasi dari pemancar ke penerima menggunakan Local to Multipoint Distribution System (LMDS) atau Broadband Wireless Access (BWA) yang mampu menyediakan layanan tersebut beroperasi pada frekuensi 20-40 GHz.

Pada komunikasi Ka-Band misalnya, dengan orde frekuensi mencapai 109

hertz (Gigahertz) maka panjang gelombang menjadi semakin pendek dan hal itu membuat mudah terganggu oleh masalah dalam perjalananya termasuk hujan, sehingga masalah hujan menjadi masalah penting untuk diperhitungkan. Dampak yang timbul dari fenomena ini adalah menurunnya kualitas komunikasi yang dapat berbentuk melemahnya penerimaan sinyal, gangguan antar saluran pada sistem polarisasi ganda, atau gangguan dari sistem komunikasi lain yang menggunakan daerah spektrum yang sama. Diantara semua gangguan sistem komunikasi tersebut, redaman adalah hal yang paling berpengaruh pada kualitas komunikasi terlebih pada penggunaan micro wave dan millimeter wave. Pada frekuensi diatas 10 GHz akibat dari redaman hujan menjadi hal yang cukup signifikan untuk diperhitungkan[2]. Studi yang lain juga menjelaskan bahwa redaman hujan juga dipengaruhi oleh efek multiple scattering yang nantinya akan dijadikan sebagai parameter lain untuk menentukan besar redaman yang diakibatkan oleh hujan[3]. Pada tugas akhir ini akan digunakan sebuah metode yang sudah sering digunakan untuk menyelesaikan permasalahan dalam bidang elektromagnetik, yaitu Methods Of Moment (MOM).

Selanjutnya, metode ini akan digunakan pada air hujan untuk mengetahui seberapa besar redaman yang dihasilkan oleh air hujan dan membandingkannya dengan hasil penelitian sebelumnya. Diharapkan dengan penggunaan metode ini dapat mempermudah perhitungan dalam mengetahui besar redaman yang diakibatkan oleh air hujan.

D. PERUMUSAN MASALAHDari latar belakang masalah tersebut, dapat dirumuskan permasalahan sebagai

berikut :1. Bagaimana penggunaan metode moment pada air hujan?2. Apakah semakin banyak pembagian momen hasilnya akan semakin akurat?

Selain itu, permasalahan yang akan diselesaikan pada Tugas Akhir ini dibatasi dengan asumsi sebagai berikut :

1. frekuensi yang digunakan adalah 3 GHz, 30 GHz 300 GHz2. Metode simulasi menggunakan Methods Of Moment3. Simulasi diterapkan dengan menggunakan Matlab 7.11

E. TUJUAN TUGAS AKHIR DAN MANFAATTujuan yang ingin dicapai dari Tugas Akhir ini adalah :1. Mengetahui penerapan metode momen pada permasalahan redaman oleh air

hujan.2. Mengetahui apakah jumlah penggunaan momen bisa mempengaruhi efisisensi

dalam perhitungan redaman oleh air hujan.Sedangkan, hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini diharapakan dapat memberi

manfaat sebagai berikut :1. Menjadi referensi representatif mengenai penerapan metode momen pada

penghitungan besar redaman oleh air hujan.2. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini bisa digunakan untuk kemajuan

penggunaan gelombang milimiter di Indonesia.

F. TINJAUAN PUSTAKA

1. Line of Sight (LOS) Dalam sistem propagasi gelombang elektromagnetik dikenal istilah Line of Sight

(LOS). Keadaan ini terjadi jika antara antena pengirim dan penerima dapat saling berhubungan tanpa adanya penghalang pada lintasan lurus dalam batas-batas tertentu.

Pada kondisi ini gelombang yang dikirim dari pemancar mampu diterima oleh antenna penerima dengan kondisi terbaik. Parameter parameter dalam popagasi line of sight antara lain: panjang lintasan, faktor k, tinggi tonjolan bumi, daerah Fresnel, tinggi penghalang dan tinggi penghalang tambahan [5].

Rugi-Rugi Propagasi Ketika gelombang elektromagnetik merambat di ruang bebas dari pemancar ke

penerima akan mengalami penyebaran energi di sepanjang lintasannya. Penyebaran energi ini mengakibatkan gelombang mengalami kehilangan energi yang disebut rugi atau redaman propagasi. Redaman ini mengakibatkan menurunnya kualitas telekomunikasi. Rugi propagasi terdiri dari redaman saluran transmisi, redaman ruang bebas(free space loss), redaman oleh gas (atmosfer), dan redaman hujan.

a. Redaman saluran transmisi Pada saluran transmisi timbul redaman yang setidaknya ditentukan oleh loss feeder

dan branching. Redaman feeder terjadi karena hilangnya daya sinyal sepanjang feeder, besar redaman feeder ini ditentukan oleh panjang dari feeder tersebut. Sedangkan pada redaman branching terjadi pada percabangan antara perangkat transmisi gelombang elektromagnetik baik pada sisi penerima maupun pada sisi pemancar [5] .

b. Redaman ruang bebas (free space loss) Redaman ruang bebas adalah redaman sinyal yang muncul akibat dari media udara

yang dilewati oleh gelombang elektromagnetik antara pemancar dan penerima Perambatan gelombang elektromagnetik di ruang bebas akan menghalangi penyebaran energi di sepanjang lintasannya sehingga terjadi kehilangan energi. Untuk mengetahui kondisi point to point dengan saluran transmisi, maka perhitungan redaman ruang bebasnya menggunakan rumus model propagasi umum (Free Space Loss) sebagai berikut [5]

LFS=92.45+20 logd+20 log f (1)Dimana: LFS = Redaman ruang bebas (dB) f = frekuensi kerja (GHz) d = panjang lintasan propagasi (Km)

c. Redaman oleh gas (atmosfer) Redaman oleh atmosfer terjadi karena gas-gas yang ada di atmosfer menyerap

sebagian dari energi gelombang elektromagnetik. Besar kecilnya redaman ini tergantung pada frekuensi gelombang yang dipancarkan, tekanan udara dan temperatur udara. Pengaruh redaman paling besar berasal dari penyerapan energi oleh O2 dan H2O, sedangkan pengaruh penyerapan gelombang elektromagnetik oleh gas-gas seperti CO, NO, N2O, NO2, SO3, O3 dan gas lainnya sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Untuk sistem transmisi yang beroperasi pada frekuensi kerja di bawah 10 GHz, redaman gas atmosfer dapat diabaikan karena kecil pengaruhnya, akan tetapi untuk frekuensi di atas 10 GHz, redaman gas atmosfer perlu diperhitungkan [5].

d. Redaman HujanKetika gelombang elektromagnetik bertabrakan dengan titik hujan yang jatuh, maka

gelombang tersebut akan mengalami sejumlah fenomena yaitu redaman, depolarisasi gelombang dan penghamburan. Pada komunikasi radio kesemua efek tersebut dapat diketahui dengan menurunnya kualitas dari komunikasi seperti melemahnya sinyal yang diterima, interferensi antar kanal pada dual-polarisasi sistem atau interferensi dengan sistem lain pada spektral yang sama. Dari semua efek yang terjadi tersebut efek redaman merupakan efek yang memberikan dampak paling berpengaruh pada kualitas komunikasi.

Studi teori mengenai besarnya redaman yang disebabkan oleh hujan diawali dengan pengujian perilaku gelombang elektromagnetik ketika bertemu dengan setetes air hujan. Konsep penampang asorbsi dan scattering telah dikenalkan untuk mengukur luasan dimana satu tetes air hujan dengan ukuran tertentu menghabiskan energy dari gelombang radio yang mengenainya.

Pengaruh redaman hujan terhadap gelombang radio mulai diperhitungkan jika sistem itu menggunakan frekuensi diatas 5 GHz dan pada frekuensi lebih dari 20 GHz menjadi faktor yang signifikan tergantung pada jarak link komunikasi dan kondisi geografis lingkungan disekitar sistem ini berada. Pengaruh ini cukup signifikan karena, selain menyebabkan timbulnya redaman, juga akan mengakibatkan depolarisasi gelombang, absorbsi dan scattering atau hamburan oleh titik hujan [3]. Fenomena tersebut mempunyai efek yang dapat menurunkan performansi sistem komunikasi atau mengurangi kualitas dari komunikasi.

Perhitungan secara teoritis tentang redaman oleh titik hujan dimulai dengan menguji bagaimana karakteristik gelombang elektromagnetik ketika mengenai titik hujan. Konsep mengenai perhitungan redaman telah dikenalkan, salah satunya adalah konsep tentang redaman spesifik. Redaman spesifik didefinisikan sebagai besarnya redaman oleh hujan per satuan panjang lintasan efektif (dB/Km). Untuk pemakaian frekuensi diatas 3 GHz maka penghamburan Mie dapat digunakan dan menjadi teknik utama dalam menghitung redaman spesifik. Model redaman hujan ini juga sering diterapkan dalam perencanaan sistem komunikasi. Untuk aplikasi secara praktis hubungan antara redaman hujan spesifik dan intensitas curah hujan dirumuskan sebagai berikut [6]:

γ=a .Rb(dB/ Km) (2)

Besarnya a dan b merupakan fungsi dari frekuensi, polarisasi dan suhu curah hujan. Redaman efektif Pada lintasan propagasi gelombang elektromagnetik tidak selamanya terjadi hujan, sehingga redaman hujan efektif dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

A=γ . Leff (3)

Leff =L

(1+0.045 L) (4)

Dimana: γ = redaman hujan spesifik (dB/Km) A = redaman hujan efektif (dB) Leff = panjang lintasan efektif (km)

2. Methods Of Moment (MoM)

Methods Of Moment pada dasarnya adalah metode untuk mendapatkan solusi dari persamaan fungsi turunan, integral dan lain – lain dengan menggunakan bentuk matrik. Metode ini nantinya akan membagi objek menjadi N segmen – segmen khusus. Hubungannya dengan redaman hujan adalah karena setiap titik hujan memiliki nilai redaman yang berbeda sesuai dengan bentuknya. Telah kita ketahui bahwa hujan memiliki bentuk yang berbeda dimana pada saat titik hujan berbentuk berada pada udara akan berbentuk prolate spheroid dan akan berbentuk oblate spheroid pada saat jatuh diatas permukaan tanah.

Dengan metode ini titik hujan akan dibagi menjadi beberapa segmen dan jumlah segmen tadi yang akan dimasukkan sebagai parameter dalam listing program untuk bisa dianalisis hasilnya. Apakah dengan semakin banyak pembagian segmen dengan metode momen akan memberikan hasil perhitungan yang semakin baik. Untuk menerapkan Methods of Moment terdapat 4 langkah untuk menyelesaikan persamaan elektromagnetik menggunakan metode ini, yakni sebagai berikut[4] :

1. Penurunan dari persamaan integral yang sesuai 2. Konversi dari persamaan integral ke dalam persamaan matriks menggunakan

perluasan fungsi dan pengujian fungsi.3. Evaluasi unsur – unsur matriks, dan4. Menyelesaikan persamaan matriks dan memperoleh parameter yang diinginkan

3. METODOLOGIMetodologi yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 1. Diagram Alir Metode Penelitian

Selesai

Pembuatan Laporan

Analisis

Komputasi penyerapan dan penghamburan oleh air hujan

dengan metode momen

Pelaksanaan Metode Penelitian

Studi Literatur

Mulai

4. JADWAL KEGIATAN

No KegiatanSemester

Ganjil Semester Genap13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1. Studi Literatur

2.Pengumpulan data parameter redaman hujan

3.Perancangan simulasi matlab

4.Komputasi menggunakan metode momen

5.Analisis dan Kesimpulan

6.Penysunan Tugas Akhir

5. DAFTAR PUSTAKA

[1] Markis, Lince (2007), “Karakteristik Distribusi Ukuran Titik Hujan dan Penggunaannya dalam Prediksi Redaman Hujan pada Sistem Komunikasi Gelombang Milimeter.” Tesis Jurusan Teknik Elektro ITS.

[2] Kanellopoulos J.D, Koukolas S.G (1991), “Outage Performance Analysis of Route Diversity Systems of Cellular Structure, Radio science Vol.26, Number 4, hal.891-899.

[3] Setijadi, Eko dkk., “Effect of Temperature and Multiple Scattering on Rain Attenuation of Electromagnetic Waves by a Simple Spherical Model.” PIER 99, 339-354, 2009.

[4] Sadiku, Matthew N.O ,Ph.D,"Numerical Technique in Electromagnetics third edition",CRC Press,2009.

[5] Transmissi Mikrowave, http://digilib.ittelkom.ac.id/index.php? option=com_ content &view=article&id=290:transmisi-microwave&catid=11:sistem-komunikasi &Itemid=15 (diakses Desember 2011)

[6] ITU-R P.838-3, “Specific attenuation model for rain for use in prediction methods,” May 2005