Prinsip Kerja Komunikasi Seluler Indoor Konfigurasi Sistem Antena

Suatu jaringan telekomunkasi yang berbasis GSM 1800 MHz didalam gedung yaitu mempunyai solusi untuk mendesainplanning jaringan telekomunikasi di dalam gedung, menyediakan sinyal bagi pengguna agar dapat menggunakan suatu alat telekomunikasi celluler phone dimana saja berada terutama di dalam gedung yang sulit dijangkau oleh sinyal luar outdoor.

2.3 Prinsip Kerja Komunikasi Seluler Indoor

Sistem seluler jaringan indoor yaitu suatu sistem dengan perangkat pemancar dan penerima transceiver yang dipasang di dalam gedung yang bertujuan untuk melayani kebutuhan telekomunikasi dalam gedung tersebut baik kualitas sinyal, cakupan coverage maupun kapasitas trafficnya. Sebenarnya sistem ini memiliki prinsip yang sama BTS dengan sel standar, dengan perangkat pemancar dan penerima transceiver , dengan menggunakan frekuensi 890-945 MHz dan menggunakan sel mikro. Basis kapasitas trafik biasanya digunakan untuk[3]: 1. Public Access area mall, bandara, stadion hotel, rumah sakit dan lain lain Merupakan tempat-tempat umum yang sering dikunjungi tiap harinya. 2. BusinessOffices area daerah perkantoran, pusat perbisnisan Dituntut adanya indoor cell yang memungkinkan tingkat telekomunikasi yang tinggi. Penyaluran sistem komunikasi seluler indoor dapat dibagi dua: 1. Penyaluran sistem antena menggunakan komponen pasif seperti spliter, coupler, dan kabel. Universitas Sumatera Utara 2. Penyaluran sistem antena menggunakan komponen aktif seperti amplifier, repeater. Keuntungan dari komunikasi seluler indoor antara lain: 1. Meningkatkan coverage area dan meningkatkan layanan ke pelanggan 2. Menyediakan konnektivitas wireless ke pelanggan 3. Meningkatkan kualitas suara 4. Merupakan solusi alternatif lain dari jaringan fixed telekomunikasi.

2.4 Propagasi Jaringan Indoor

Model propagasi pada umumnya bertujuan untuk memprediksi kekuatan sinyal yang diterima pada jarak tertentu dari pemancar, juga perubahan kekuatan sinyal yang dekat dengan lokasi tertentu. Propagasi sinyal dalam representasi waktu dan jarak dari satu titik ke titik lainnya akan mengalami benturan dan rintangan dengan benda-benda disekitarnya. Akibatnya sinyal yang sampai di penerima tidak hanya dari satu lintasan, melainkan dari banyak lintasan. Hal ini menyebabkan sinyal yang diterima Mobile Station MS mengalami penaikan dan penurunan sinyal. Karakteristik propagasi pada jaringan bergerak seluler berbeda dibandingkan dengan karakteristik propagasi jaringan tetap. Pada jaringan bergerak fading yang terjadi lebih hebat dan fluktuatif dibandingkan dengan jaringan tetap. Untuk menghitung path loss pada propagasi jaringan seluler telah banyak dilakukan percobaan dan penelitian. Beberapa diantaranya yang sering dipakai adalah[4]: Universitas Sumatera Utara 1. Model Hata 2. Model Walfisch-Ikegami COST-231 3. Model Okumura Karakteristik utama dari propagasi indoor yang membedakannya dengan kondisi outdoor adalah multipath yang cenderung lebih banyak, bahkan path yang line of sight bisa jadi tidak ada. Selain itu kondisi lingkungan dapat berubah secara drastis dalam waktu maupun jarak yang singkat. Jarak yang discover cukup sempit, berkisar pada 100 meter atau kurang. Dinding, pintu, furniture, dan manusia dapat menyebabkan redaman yang cukup signifikan. Gambar 2.1 berikut menunjukkan sistem propagasi jaringan indoor[4]. Gambar 2.1 Sistem Propagasi jaringan indoor Kekuatan sinyal di dalam gedung dapat berubah ubah tergantung pada kondisi pintu di dalam bangunan tersebut terbuka atau tertutup. Letak antena juga berpengaruh pada large scale path loss. Antena yang diletakkan di ketinggian setingkat meja di dalam kantor yang disekat sekat akan menerima sinyal yang berbeda bila dibandingkan dengan antena yang ditempatkan di langit- langit. Model propagasi ruang bebas Free Space Loss digunakan untuk memprediksi kekuatan sinyal yang diterima ketika pemancar dan penerima Universitas Sumatera Utara memiliki LOS line of sight atau memiliki jalur lintasan yang segaris pandang. Daya di ruang bebas yang diterima oleh sebuah antena penerima dengan jarak tertentu dari antena pemancar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.1 berikut[4]: P r d = 2.1 Dengan : P t = Daya yang ditransmisikan oleh pemancar P r d = Daya yang diterima dalam watt G r = Penguatan antena pemancar G t = Penguatan antena penerima d = Jarak pemancar dan penerima meter L = Faktor rugi atau redaman Lingkungan indoor sangat dipengaruhi oleh multipath, dalam kaitannya dengan beberapa mekanisme propagasi Reflection, Diffraction dan Scattering, yang tergantung pada posisi dinding bangunan, bahan-bahan bangunan, ukuran dan bentuk bangunan. Path loss atau pelemahan sinyal RF terjadi apabila jarak antara pemancar dan penerima semakin jauh, serta adanya rintangan antar pemancar dan penerima. Jumlah attenuasi bervariasi tergantung dari halangan jenis material dan kepadatan gedung. Untuk menghitung cakupan bukan LOS line of sight dengan teliti sangat sulit dilakukan, karena meliputi banyak penghalang dan variabel yang mengakibatkan pantulan. Penurunan sinyal yang terdapat pada material dinding sehingga mengurangi kekuatan sinyal dari antena. Dinding gedung juga mempunyai rugi-rugi loss, bahan dasar dinding seperti Gypsum, Beam, wooden, glass, concrete atau tembok bata sekalipun mempunyai Universitas Sumatera Utara nilai loss yang berbeda. Pelemahan sinyal karena terhalang oleh suatu material ditunjukkan pada Tabel 2.2. Diharapkan dengan tabel tersebut, dapat memprediksi daya terima yang dipancarkan oleh antena setelah melewati material di dalam gedung. Tabel 2.2 Nilai Material Konstruksi Umum Pada Pelemahan 1800 MHz[7] Material Redaman dBm Kayu Wood 2,5 Beton Concrete 8,0 Σ redaman material 10,5

2.4.1 Karakteristik Propagasi Sinyal

Mekanisme yang terjadi dibalik propagasi gelombang elektromagnetik secara umum terdapat 3 jenis yaitu pemantulan reflection, pembelokan difraction, dan penghamburan scattering. Mekanisme propagasi tersebut dapat mengakibatkan pelemahan gelombang attenuasi atau pelenyapan sinyal secara gradual fading yang bersifat merusak sinyal dan telah menjadi permasalahan umum pada suatu kanal propagasi[7]. 1. Pemantulan sinyal reflection Sinyal radio bisa memantul bila menemui cerminkaca. Biasanya banyak terjadi pada ruangan kantor yang di sekat. Pemantulan tergantung dari frekuensi sinyalnya. Ada beberapa frekuensi yang tidak terpengaruh sebanyak frekuensi yang lainnya. Dan salah satu efek dari pemantulan sinyal ini adalah terjadi multipath. sinyal datang dari 2 arah yang berbeda. Karakteristiknya adalah penerima kemungkinan menerima sinyal yang sama beberapa kali dari arah yang berbeda. Ini tergantung dari panjang gelombang dan posisi penerima. Universitas Sumatera Utara 2. Pemecahan sinyal scattering Pemecahan sinyal terjadi saat sinyal dikirim dalam banyak arah. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa objek yang dapat memantulkan sinyal dan ujung yang lancip, seperti partikel debu di air dan udara. Ilustrasinya dalah menyinari lampu ke pecahan kaca. Cahaya akan dipantulkan ke banyak arah dan menyebar. Dalam skala besar adalah bayangkan saat cuaca hujan. Hujan yang besar mempunyai kemampuan memantulkan sinyal.Oleh karena itu disaat hujan , sinyal wireless dapat terganggu. 3. Pembelokan Sinyal Refraction Refraction adalah perubahan arah, atau pembelokan dari sinyal disaat sinyal melewati sesuatu yang beda massanya. Sebagai contoh sinyal yang melewati segelas air. Sinyal ada yang di pantulkan dan ada yang dibelokkan.

2.4.2 Efek Propagasi Gelombang Radio

Adanya pemantulan dari berbagai macam objek menyebabkan gelombang elektromagnetik menempuh jalur path yang berbeda-beda panjangnya. Interaksi antar gelombang yang terpisah ini menyebabkan multipath fading fading yang disebabkan oleh multipath. Suatu kanal yang memiliki karakteristik multipath tersebut disebut multipath channel[7]. 1. 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. Universitas Sumatera Utara 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. 2. 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 sinyal 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 langsung. Oleh karena itu total sinyal yang diterima oleh Rx merupakan penjumlahan dari masing-masing komponen sinyal yang melalui lintasan dengan berbagai macam mekanisme propagasi. Ini berarti daya yang diterima oleh penerima merupakan jumlahan Universitas Sumatera Utara vektor dari seluruh gelombang radio yang datang tersebut yang memiliki kemungkinan untuk saling menguatkan atau malah melemahkan.

2.5 Konfigurasi Sistem Antena

Konfigurasi antena untuk sistem aplikasi indoor dapat dibagi menjadi 4 kategori, yaitu[8]: 1. Antena integrasi, dimana antena tersebut terintegrasi di dalam base station. Area indoor yang dicakup dapat dilakukan pada satu lokasi, seperti tempat atau ruangan yang terbuka dimana memungkinkan untuk menempatkan RBS pada salah satu dinding . Contoh aplikasi ini dapat diterapkan pada arena olahraga dan stasiun kereta. 2. Antena distribusi , dengan menggunakan jaringan coax. Antena distribusi dengan konfigurasi ini merupakan aplikasi yang sering dipergunakan. Hal ini disebabkan adanya beberapa keuntungan, yaitu biaya instalasi yang murah, fleksibilitas di dalam mendesain cakupan, kuat dan telah teruji. 3. Kabel terbuka Leaking cable Kabel terbuka merupakan salah satu alternatif antena distribusi yang digunakan untuk beberapa aplikasi, seperti pada terowongan kereta maupun kenderaan. Kabel terbuka juga dapat digunakan untuk jaringan selular indoor. Dibandingkan dengan antena distribusi coaxial, maka biaya instalasi dan peralatan kabel terbuka lebih mahal. Terdapat dua loss yang berhubungan dengan kabel terbuka : Universitas Sumatera Utara a. Longitudinal loss Longitudinal loss hampir sama dengan loss pada penghubung biasa. Kabel terbuka memiliki loss yang sedikit lebih tinggi dibandingkan kabel coaxial normal. b. Coupling loss Coupling loss adalah perbedaan rata rata antara level sinyal di dalam kabel dan power yang diterima oleh antena dipole. 4. Antena distribusi dengan menggunakan jaringan fiber optik Solusi yang berbeda tergantung dari fiber optik yang digunakan pada sistem jaringan indoor. Tujuan utama dari konfigurasi ini adalah untuk mengatasi masalah loss yang terjadi pada kabel penghubung coaxial yang panjang. Terdapat beberapa tipe antena yang biasa digunakan pada aplikasi jaringan selular indoor. Tipe antena yang sering digunakan dalam aplikasi ini adalah: a. Antena omnidirectional Antena jenis ini paling banyak digunakan dalam perencanaan indoor. Antena omni memiliki karakteristik propagasi melingkar 360 . Gambar 2.2 menunjukkan antenna omnidirectional. Gambar 2.2 Antena Omnidirectional Universitas Sumatera Utara b. Antena directional Antena directional memiliki karakteristik propagasi sektoral. Antena jenis ini memiliki peningkatan gain pada satu atau beberapa arah, akan tetapi mengalami pengurangan gain pada arah yang lain. Antenna directional pada perencanaan indoor, biasanya digunakan pada bangunan yang memiliki lorong – lorong. c. Antena bidirectional Antena jenis ini memiliki karakteristik propagasi yang sama dengan antena directional yaitu sektoral, tetapi antena bidirectional memancar dua arah, sehingga cocok digunakan untuk area yang memanjang dimana antena directional tidak dapat mencapai areanya areanya terlalu panjang . Antena yang digunakan pada sistem indoor ini adalah antena omnidirectional keluaran Kathrein. Berdasarkan jenis antena yang digunakan, sel dapat dibagi menjadi dua yaitu sel omnidireksional dan sel sektoral seperti terlihat pada Gambar 2.3. Sel omnidirectional hanya mampu melayani dengan luasan yang sempit. Pada sel sektoral terdapat tiga arah pancaran, yang masing- masing melingkupi area sebesar 120 [1]. a Omnidireksional b sektoral Gambar 2.3 Sel Sektoral Pancaran Antena Omnidireksional Universitas Sumatera Utara

2.6 Loss