Pendahuluan Propagasi Gelombang Milimeter

14

2.4 Sistem Komunikasi Gelombang Milimeter

2.4.1 Pendahuluan

Sistem komunikasi gelombang milimeter dapat diterapkan untuk jaringan transmisi backbone atau backhaul berupa lintasan point-point antara dua node dalam sebuah jaringan, misal antara dua BTS, atau untuk jaringan akses nirkabel bagi pelanggan ke suatu layanan pita lebar, seperti akses internet. Gambar 2.7 memberikan ilustrasi implementasi jaringan akses nirkabel milimeter untuk terminal pelanggan yang terpasang di gedung perkantoran, pusat perbelanjaan, maupun perumahan. Antena BTS tidak selalu memerlukan menara, tetapi dapat juga dipasang pada dinding luar atau atap gedung bertingkat. Gambar 2.7 Ilustrasi jaringan akses nirkabel pita lebar [2] Universitas Sumatera Utara 15 Jaringan akses gelombang milimeter juga dapat diimplementasikan di dalam gedung untuk menyediakan akses intranet dan internet pita lebar bagi pengguna layanan multimedia. Bagi suatu jaringan akses nirkabel yang beroperasi pada gelombang milimeter, biasanya dalam rentang 20 – 60 GHz, kendala dan tantangan terbesar muncul dari karakteristik propagasi gelombang. Redaman lintasan yang besar, rugi-rugi pantulan dan difraksi yang tinggi, serta efek penghaburan oleh hujan merupakan faktor-faktor kendala alami yang perlu diatasi.

2.4.2 Propagasi Gelombang Milimeter

Karena frekuensinya relatif sangat tinggi, yaitu dalam rentang 20 – 60 GHz, ekivalen dengan panjang gelombang dalam rentang 0.5 – 1.5 cm, maka beberapa mekanisme propagasi gelombang milimeter radio menjadi dominan. Panjang gelombang yang relatif kecil menyebabkan hampir semua benda memberikan pengaruh signifikan. Mulai dari dinding tembok, kerangka logam, jalinan kawat kasa, dedaunan basah, sampai titik hujan, semuanya menyebabkan pemantulan, penghamburan, ataupun difraksi gelombang. Oleh sebab itu, agar suatu gelombang milimeter dapat merambat tanpa adanya perubahan arah atau kerapatan daya selain yang disebabkan oleh proses radiasi gelombang ke segala arah, maka elipsoida zona Fresnel pertama dengan antena pemancar dan antena penerima sebagai kedua fokusnya tidak boleh ditempati oleh obyek-obyek seperti gedung, tiang, pohon, dan sebagainya. Jari-jari zona Fresnel pertama F 1 , yaitu jarak tegak lurus antara garis penghubung kedua antena dengan permukaan elipsoida zona Fresnel pertama, Universitas Sumatera Utara 16 dapat dihitung dengan persamaan umum untuk jari-jari Fresnel [4] : 2.2 dimana : F 1 = radius daerah Fresnel pertama m f = frekuensi kerja GHz d 1 = jarak antara Tx dengan halangan km d 2 = jarak antara Rx dengan halangan km d = d 1 + d 2 = jarak antara Tx dan Rx km Untuk daerah Fresnel pertama di tengah lintasan d = d 1 + d 2 , dan d 1 = d 2 =12 d, sehingga: 2.3 Di daerah yang dekat dengan antena, misal d 1 dari antena : 2.4 Gambar 2.8 Pemetaan daerah-daerah Fresnel Sedangkan untuk radius daerah Fresnel kedua, daerah Fresnel ketiga, dan seterusnya seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7, dinyatakan dengan rumusan Universitas Sumatera Utara 17 berikut: 2.5 Atau secara singkat dinyatakan: 2.6 dimana F 1 = radius daerah Fresnel pertama m n = 1,2,3, ….. Jika zona Fresnel pertama terbebas dari obyek pengganggu, maka lintasan radio antara pemancar dan penerima dapat dianggap sebagai lintasan line of sight atau LOS. Namun, apabila sebuah obyek terdapat di dalam zona Fresnel pertama, maka gelombang radio akan mulai mengalami efek difraksi. Jika obyek menghalangi separuh penampang zona Fresnel pertama maka hanya separuh intensitas medan elektromagnetik yang sampai pada penerima sehingga hanya seperempat daya gelombang yang terdeteksi oleh penerima dibandingkan kondisi ruang bebas [2]. Efek penurunan daya ini akan semakin signifikan ketika seluruh zona Fresnel pertama mulai tertutup oleh obyek, bahkan lebih parah lagi ketika jari-jari penampang obyek penghalang jauh lebih besar dibandingkan jari-jari zona fresnel pertama. Besarnya redaman yang terjadi akibat difraksi dapat diperkirakan dengan mengasumsikan bawa obyek penghalang berbentuk seperti layar. Difraksi yang terjadi dapat digambarkan seperti pembelokan gelombang radio pada titik-titik di sepanjang tepi layar, dalam literatur sering disebut sebagai knife-edge diffraction Universitas Sumatera Utara 18 KED. Jadi, pada sistem komunikasi gelombang milimeter, kondis LOS adalah syarat mutlak [2]. Untuk sistem nirkabel gelombang milimeter yang bekerja di luar gedung, hujan juga memberikan masalah tersendiri dan merupakan salah satu tantangan terbesar bagi implementasi di daerah tropis dengan curah hujan yang sangat besar. Efek peredaman hujan terhadap gelombang radio mulai pada frekuensi di atas 10 GHz, ekivalen dengan panjang gelombang kurang dari 3 cm. Untuk gelombang radio dengan panjang gelombang dalam rentang tersebut, efek penghamburan oleh titik-titik hujan yang berdiameter maksimum sekitar 6 mm mulai terasa. Redaman hujan yang disebabkan oleh hamburan titik-titik hujan yang jatuh tersebar dalam ruang berbentuk kubus berukuran 1 m 3 biasa dinyatakan dalam bentuk redaman spesifik γ atau Y yaitu redaman dalam dB per satuan jarak dalam km. Dengan demikian redaman hujan total sepanjang suatu lintasan radio dapat dihitung sebagai berikut [2]: A= dB 2.7 dengan l menyatakan posisi dalam kilometer sepanjang lintasan yang menghubungkan antena pemancar dan penerima, sedangkan L menyatakan panjang lintasan dalam km. Berdasarkan penjabaran di atas, redaman total dalam dB yang terjadi sepanjang suatu lintasan radio secara umum dapat dituliskan sebagai berikut [2]: L tot = L fs + L dif + A dB 2.8 Sedangkan daya yang diterima dalam skala decibel dBm atau dBW adalah [1]: P R = P T + G T + G R –L tot dBm 2.9 Universitas Sumatera Utara 19 Formulasi yang lengkap untuk persamaan 2.9 harus melibatkan pula rugi-rugi transmisi, konektor, ketidaktepatan arah antena dan sebagainya.

2.5 Intensitas Hujan dan Redaman Hujan