MENGHITUNG SAMBUNGAN PDF

Preview

Summary

BAB II MENGHITUNG SAMBUNGAN Sebelum membuat antena, kita perlu melakukan perhitungan sambungan antara access point dan antena. Adapun beberapa perhitungan yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut: A. Perhitungan Daya Teknik terpenting untuk menghitung daya adalah melakukan perhitungan dengan desi...

Description

BAB II MENGHITUNG SAMBUNGAN Sebelum membuat antena, kita perlu melakukan perhitungan sambungan antara access point dan antena. Adapun beberapa perhitungan yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut:

A. Perhitungan Daya Teknik terpenting untuk menghitung daya adalah melakukan perhitungan dengan desibel (dB). Tidak ada teori fisika baru dibelakang dB, ini hanyalah cara yang dikembangkan agar proses perhitungan menjadi sangat sederhana. Desibel (Lambang Internasional = dB) adalah sebuah unit tanpa dimensi, yang di defisinikan berupa hubungan antara dua daya yang kita ukur. Satu desibel ekuivalen dengan sepersepuluh Bel. Huruf "B" pada dB ditulis dengan huruf besar karena merupakan bagian dari nama penemunya, yaitu Bell. Desibel juga merupakan sebuah unit logaritmis untuk mendeskripsikan suatu rasio. Untuk mengukur rasio dengan menggunakan dB dapat digunakan logaritma. Desibel didefinisikan sebagai: dB = 10 * log (P1 / P0) dimana P1 dan P0 adalah dua nilai yang akan kita bandingkan. Dalam kasus yang kita tangani, nilai tersebut adalah daya. Semua radio akan mempunyai daya pancar tertentu. Daya pancar ini menentukan energi yang ada sepanjang lebar bandwidth tertentu. Biasanya di ukur dengan salah satu satuan berikut: dBm – daya relative terhadap satu (1) milliwatt W – daya linier sebagai Watts Hubungan antara dBm dan Watts dapat dihitung melalui persamaan berikut: Daya (dBm) = 10 Daya (W)

x log[Daya (W) / 0.001W]

= 0.001 x 10^[Daya (dBm) / 10 dBm]

Mungkin Anda bertanya-tanya, mengapa desibel menjadikan proses perhitungan menjadi mudah? Banyak fenomena alam terjadi dalam bentuk-bentuk exponensial. Sebagai contoh, telinga manusia akan merasakan suara dua kali suara yang lain jika suara tersebut secara fisik sepuluh kali lebih besar. Contoh lain, yang cukup dekat dengan apa yang kita akan bahas, adalah absorpsi/serapan. Misalnya ada sebuah tembok pada jalur sambungan wireless.

Setiap meter dari tembok akan mengambil setengah dari sinyal yang tersedia. Hasil perhitungan akan sebagai berikut: 0 1 2 3 4 n

meter meter meter meter meter meter

= = = = = =

1 (full signal) 1/2 1/4 1/8 1/16 1/2^n = 2^-n

Hal ini merupakan perilaku exponensial. Jika kita telah mulai terbiasa dengan trik perhitungan menggunakan logaritma (log), maka segala sesuatu akan menjadi lebih mudah, dari pada mengambil pangkat n, kita cukup mengalikan dengan n. Daripada mengalikan nilai, kita cukup menambahkan nilai. Berikut adalah beberapa nilai yang sering penting untuk di ingat: +3 dB

= daya dobel

-3 dB

= daya setengah

+10 dB = daya sepuluh kali lebih besar -10

dB

=

daya

seper

sepuluh

kali

lebih

kecil Contoh lain dari unit yang tanpa dimensi adalah persen (%) yang juga digunakan dalam banyak besaran dan angka. Memang hasil pengukuran seperti meter atau gram adalah tetap, tapi unit tanpa dimensi memperlihatkan sebuah hubungan. Lebih lanjut tentang unit tanpa dimensi dB, ada besaran relatif yang berbasis pada besaran P0 tertentu. Yang sangat relevan dengan apa yang kita akan gunakan adalah: dBm

relatif ke P0 = 1 mW

dBi

relatif ke antenna isotropik yang ideal

Antena isotropik adalah sebuah antena ideal yang mendistribusikan daya secara merata ke segala arah. Antena isotropik dapat di dekati dengan sebuah dipole, tapi sebuah antena isotropik tidak mungkin dapat dibuat pada kenyataannya. Sebuah model antena isotropik sangat bermanfaat untuk menjelaskan penguatan relatif sebuah antena di dunia nyata. Cara yang umum digunakan untuk mengekspresikan daya adalah dalam miliwatt (mW). Berikut adalah ekuivalen daya yang di ekspresikan dalam miliwatt (mW) dan dBm. 1

mW

= 0 dBm

2

mW

= 3 dBm

100 1

mW

= 20 dBm

W

= 30 dBm

B. Redaman Udara Bebas ( Free Space Loss)

Redaman

ruang

bebas

(Free

Space

Loss)

didefinisikan

sebagai

redaman

yang dihasilkan oleh suatu media transmisi, berupa ruang bebas, sebagai akibat dari penyebaran energi sinyal yang dipancarkan. Pada saat sinyal meninggalkan antena, sinyal akan berpropagasi atau lepas ke udara. Antena yang kita gunakan akan menentukan bagaimana propagasi akan terjadi. Pada frekuensi 2.4 GHz sangat penting sekali untuk menentukan agar jalur antara dua antena ini tidak ada penghalang. Kita kemungkinan besar akan melihat adanya degradasi dari sinyal yang berpropagasi di udara jika ada hambatan di jalur. Pohonan, bangunan, tiang PLN, tower, gunung semua merupakan contoh dari penghalang. Tetapi sebagian besar redaman dalam sistem wireless adalah redaman karena sinyal harus merambat diudara. Pada saat sinyal radio berpropagasi di udara akan mengalami redaman dari udara. Besarnya redaman yang terjadi dapat dihitung secara empiris. Dua parameter utama yang dibutuhkan untuk menghitung FSL, yaitu: • Frekuensi Kerja (MHz) • Jarak antar Antena (Miles) Persamaan dari redaman Free Space (Free Space Loss / FSL) adalah sebagai berikut: Free Space Loss (dB) = 36.6 + 20 Log10 F + 20 Log10 D dimana D adalah jarak dalam mil dan F adalah frekuensi kerja dalam Mhz. Free Space Loss (dB) = 32.5 + 20log(D) + 20log(F) dimana D adalah jarak dalam km dan F adalah frekuensi kerja dalam Mhz. Free Space Loss (dB) = 92.5 + 20log(D) + 20log(F) dimana D adalah jarak dalam km dan F adalah frekuensi kerja dalam Ghz.

Contoh Free Space Loss pada jarak satu (1) km pada frekuensi 2.4 GHz adalah: FSL (dB) = 32.45 + 20Log10(2400) + 20Log10(1) = 32.45 + 67.6 + 0 = 100.05 dB 100+ dBm Free Space Loss (FSL) lumayan tinggi. Mengingat Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) yang di ijinkan untuk terbang dari antena hanya 30-36 dBm. Oleh karenanya kita melihat sekitar –70 sampai –80 dBm daya yang di terima. Cukup sempit margin yang ada mengingat sensitifitas penerima hanya sekitar -85 dBm. Tabel Free Space Loss pada frekuensi 2.4GHz untuk beberapa jarak yang banyak digunakan di RT/RW-net dilampirkan di bawah ini. Jarak (km) 1 2 3 4 5 6 7

Free Space Loss (dB) 99.8 105.8 109.8 112.2 114.0 115.6 116.9

C. Sistem Operating Margin (SOM) System Operating Margin (SOM) merupakan perhitungan selisih antara sinyal yang di terima dengan sensitifitas penerima.

Tampak pada gambar adalah perhitungan System Operating Margin (SOM). Ada banyak parameter input yang dibutuhkan, sementara ada tiga output yang dihasilkan, yaitu: • Level sinyal RX (dBm) • Free Space Loss (dB) • Theoretical System Operating Margin (dB) Pastikan kita mempunyai paling tidak 10-15 dB System Operating Margin (SOM) untuk memberikan sedikit ruang bagi sinyal yang naik turun / fading. Untuk dapat menghitung ke tiga (3) output tersebut, kita perlu memasukan parameter-parameter berikut, yaitu: • Frequency (MHz) yang digunakan pada komunikasi. • Distance (Miles) antara dua stasiun. • TX Power (dBm), WLAN biasanya mempunyai daya sekitar 30-100mW. • TX Cable Loss (dB), redaman di kabel coax & konektor antara pemancar ke antena. Sebaiknya tidak menggunakan coax sama sekali, hubungan antara antena dan pemancar hanya menggunakan pigtail yang tidak lebih dari satu (1) meter. • TX Antena Gain (dBi) • Free Space Loss (FSL) • RX Antenna Gain (dBi) • RX Cable Loss (dB), redaman di kabel coax dari antena ke penerima. • RX Sensitivity (dBm), sensitivitas penerima. Setelah kita mempunyai semua data/parameter yang dibutuhkan kita dapat menghitung System Operating Margin (SOM) untuk meyakinkan bahwa sistem yang kita kerjakan akan bekerja secara benar. Kita dapat menggunakan rumus: SOM = Rx signal level - Rx sensitivity Sementara sinyal yang di terima (Rx signal level) dapat dihitung dengan menambahkan dan mengurangi daya pancar (TX power) dengan berbagai parameter yang ada dalam sebuah persamaan yang sederhana, yaitu: Rx signal level = Tx power - Tx cable loss + Tx antenna gain – FSL + Rx antenna gain - Rx cable loss Umumnya semua data yang dibutuhkan ada di manual/spesifikasi peralatan yang kita gunakan. Jika tidak maka di perintah iwconfig di Linux dapat dengan mudah melihat

parameter TX power yang kita gunakan. Umumnya card WLAN mempunyai daya sekitar 1520 dBm (sekitar 30-100mW). Pastikan minimal kita mempunyai 10-15 dB operating margin untuk memberikan tempat yang aman bagi fading, refleksi, multipath pada sinyal radio.

E. Fresnel Zone Clearance Perhitungan Fresnel Zone Clearence (FZC) dilakukan untuk mengetahui berapa ketinggian minimal yang perlu disediakan agar antena dapat bekerja dengan baik. Teori Fresnel Zone digunakan untuk mengkuantifikasi Radio Line of Sight. Radio LOS berhubungan dengan kemampuan penerima radio untuk “melihat” sinyal dari pemancar radio. Bayangkan sebuah Fresnel Zone sebagai lorong berbentuk bola rugby dengan antena pemancar dan penerima di ujung-ujungnya. Teori sesungguhnya dari Fresnel Zone sebetulnya cukup kompleks. Tapi konsep Fresnel cukup mudah untuk dipahami, kita mengetahui dari prinsip Huygens bahwa setiap titik dari barisan gelombang adalah tempat berawalnya gelombang sirkular. Kita mengetahui bahwa pancaran gelombang mikro akan melebar saat dia meninggalkan antena. Kita juga tahu bahwa gelombang pada satu frekuensi akan berinterferensi satu sama lain.

Dari sudut yang sederhana, Teori Fresnel zone melihat garis lurus antara A dan B, dan ruang di sekitar garis lurus tersebut untuk melihat apa yang akan terjadi pada saat sinyal sampai di B. Beberapa gelombang akan merambat langsung dari A ke B, beberapa lainnya akan merambat keluar garis lurus. Akibatnya jalur yang di tempuh menjadi lebih panjang, hal ini menimbulkan perbedaan fasa antara sinyal yang langsung dengan yang tidak langsung. Pada saat perbedaan fasa adalah satu panjang gelombang, kita akan melihat interferensi konstruktif, sinyal pada dasarnya bertambah. Melihat kondisi ini dan menghitung, kita akan

melihat adanya daerah lingkaran sekitar garis lurus antara A dan B yang akan berkontribusi terhadap sinyal yang tiba di B. Perlu di catat bahwa ada banyak kemungkinan Fresnel zone, tapi kita hanya akan fokus pada wilayah/zone satu (1) saja. Jika di wilayah zone 1 terhalang oleh penghalang, seperti, pohon atau bangunan, maka sinyal yang akan tiba di ujung yang akan semakin kecil.

Pada saat kita membuat hubungan wireless, kita perlu memastikan bahwa wilayah/zone tersebut bebas dari hambatan. Tentunya saja tidak ada yang sempurna, dalam jaringan wireless biasanya kita memastikan bahwa 60 persen dari radius dari Fresnel zone yang pertama bebas dari penghalang.

Berikut adalah rumus untuk menghitung Fresnel zone yang pertama: r = 17.31 * sqrt((d1*d2)/(f*d))

Keterangan : r = jari-jari (m) d1 = jarak dari penghalang ke ujung1 dari sambungan wireless (m) d2 = jarak dari penghalang ke ujung 2 dari sambungan wireless (m) d = jarak total sambungan (m) f = frekuensi (Mhz) Perlu di catat bahwa rumus di atas akan memberikan jari-jari/radius dari zone, bukan ketinggian dari atas tanah. Untuk menghitung ketinggian dari atas tanah, kita perlu mengurangi dari ketinggian garis lurus antara dua tower wireless yang saling berhubungan. Sebagai contoh, kita hitung jari-jari Fresnel zone yang pertama di tengah sambungan wireless yang panjangnya 2 km, bekerja pada frekuensi 2.437 GHz: r = 17.31 sqrt((1000 * 1000) / (2437 * 2000)) r = 17.31 sqrt(1000000 / 4874000) r = 7.84 meter Jika kita asumsikan ke dua tower di kedua ujung tingginya 10 meter, maka Fresnel zone yang pertama akan berada sekitar 2.16 meter di atas tanah pada lokasi tengah-tengah sambungan. Berapa ketinggian bangunan pada titik tersebut jika 60% dari Fresnel zone yang pertama harus bebas hambatan? r = 0.6 * 17.31 sqrt((1000 * 1000) / (2437 * 2000)) r = 0.6 * 17.31 sqrt(600000 / 4874000) r = 4.70 meter bagikan hasil di atas ke 10 meter, kita dapat melihat bahwa sebuah bangunan dengan ketinggian 5.3 meter di tengah sambungan akan memblok sampai 40% dari Fresnel zone yang pertama. Hal ini biasanya dapat di terima, tapi untuk memperbaiki kondisi sambungan kita perlu menaikan antena lebih tingi, atau mengubah arah sambungan untuk menghindari penghalang. Beberapa orang menggunakan consensus bahwa jika 60% dari Fresnel Zone di tambah tiga meter bebas dari halangan maka Radio LOS baik. Sebagian mengapopsi bahwa harus 80% dari Fresnel Zone tida ada yang menghalangi untuk memperoleh Radio LOS yang baik. Jika ada halangan di wilayah Fresnel Zone maka performance system akan terganggu. Beberapa efek yang akan terjadi adalah: 1. Reflection (Refleksi). Gelombang yang menabrak merambat menjauhi bidang datar & mulus yang di tabrak. Multipath fading akan terjadi jika gelombang yang datang

secara langsung menyatu di penerima dengan gelombang pantulan yang juga datang tapi dengan fasa yang berbeda. 2. Refraction (Refraksi). Gelombang yang menabrak merambat melalui bidang yang dapat memudarkan (scattering) pada sudut tertentu. Pada frekuensi di bawah 10GHz kita tidak terlalu banyak terganggu oleh hujan lebat, awan, kabut dsb. Redaman pada 2.4GHz pada hujan 150mm/jam adalah sekitar 0.01dB/km. 3. Diffraction (Difraksi). Gelombang yang menabrak melewati halangan dan masuk ke daerah bayangan. Untuk memperoleh Line of Sight yang baik, minimal sekali 60% dari Fresnel Zone yang pertama di tambah tiga meter harus bebas dari berbagai hambatan/rintangan. Sebagai gambaran, clearence yang dibutuhkan untuk beberapa jarak antara pemancar dan penerima dapat dilihat pada tabel berikut. Jarak (km)

80% FZC (m)

1

4.32

2

6.20

3

7.80

4

8.94

5

9.96

6

10.88

7

11.73

10

14.08

15

17.25

20

19.92

30

24.39

Clearance ini menentukan tinggi antena minimal yang perlu di siapkan agar sinyal dapat di terima dengan baik di penerima. Untuk memperoleh sinyal yang baik, ketinggian tower biasanya lebih tinggi daripada clearence di atas. Untuk jarak sekitar 4 km dibutuhkan tower dengan ketinggian 10 meter-an....