Desain Perencanaan Radio Link untuk Komunikasi Data...
Transcript of Desain Perencanaan Radio Link untuk Komunikasi Data...
1
Desain Perencanaan Radio Link untuk Komunikasi Data Radar Satuan Radar 242 TWR dengan Kosek Hanudnas IV Biak
Firmansyah¹, Gatot Kusrahardjo² dan Achmad Affandi³ Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
(email : ¹[email protected], ²[email protected], ³[email protected])
ABSTRAK
Sebuah Radio Link didesain untuk digunakan
sebagai Komunikasi Data Radar antara Satuan Radar
(Satrad) 242 dengan Komando Sektor Pertahanan
Udara Nasional (Kosek Hanudnas) IV Biak. Dengan
memanfaatkan frekuensi 2,4 GHz pada band ISM
(Industrial, Scientific dan Medical) dalam komunikasi
Line of Sight (LOS), desain link yang terpisah jarak
34 kilometer ini dibuat. Survei lokasi dilakukan dalam
membuat Path Profile dengan data terrain dan
diperlukan dua repeater untuk menghubungkan tiga
link dalam desain tersebut. Kalkulasi link budget
dilakukan untuk perhitungan EIRP dan RSL dan
diperoleh RSL sebesar -12.32 dBm, - 33.04 dBm dan
-52.72 dBm dan nilai ini diatas nilai Rx sensivity
antena sebesar -75 dBm (54 Mbps), sehingga radio
link dapat berkomunikasi dengan baik. Analisa juga
dilakukan untuk mengetahui ketinggian minimum
antena yang diperlukan dengan menghitung jari-jari
Fresnel zone, dan diperoleh tinggi antena 15-25-25-10
(meter) untuk tiap titik lokasi. Desain ini juga
dirancang untuk tercapainya suatu sistem dengan
High Availability sebagai backbone jaringan antara
satrad dengan Kosek IV.
Kata kunci : Radio Communication, Radio Link, Data Communication
1. Pendahuluan
Kebutuhan akan sarana komunikasi semakin
meningkat diiringi dengan berkembangnya teknologi
komunikasi wireless saat ini, yang juga dirasakan oleh
TNI Angkatan Udara dalam mendukung tugasnya di
bidang pertahanan udara. Seperti halnya Satuan Radar
242 Biak yang merupakan bagian dari Kosek Hanudnas
IV, kebutuhan akan sarana ini sangat diperlukan, dalam
aplikasinya berupa konfigurasi jaringan komunikasi
(jarkom) yang baik berupa voice, data, maupun video
yang digunakan komsat TNI sebagai sandaran utama
dengan gelar radio link, mendukung jaringan
komunikasi yang sudah ada berupa komunikasi radio
HF/SSB, radio VHF/UHF dan komunikasi SBM
(Stasiun Bumi Mini).
Dalam merencanakan desain radio link ini,
pencapaian kondisi LOS (Line of Sight) dan analisa link
budget menjadi permasalahan yang harus dipecahkan,
dengan metodologi penyelesaian berupa survei lokasi
dan menghitung kalkulasi link budget yang diperlukan.
Sehingga diharapkan, desain radio link ini dapat
dijadikan sebagai kontribusi dalam merealisasikannya
untuk komunikasi data termasuk data radar.
2. Konsep Radio Link dan Kalkulasi Link Budget.
Radio Link merupakan komunikasi wireless
dengan menggunakan gelombang elektromagnetik
(GEM) untuk mengirimkan sinyal dalam jarak jauh[1].
Gambar 1. Komponen Gelombang Elektromagnetik
GEM memiliki wilayah frekuensi yang sering di
sebut sebagai spektrum elektromagnetik².
Approximate frequency in Hz
Approximate wavelength in meters
Gambar 2. Spektrum Elektromagnetik.
Istilah lain yang sering didengar adalah
bandwidth[2], yaitu berupa lebar frekuensi dimana
semakin lebar bandwidth, semakin banyak data yang
dapat dilewatkan dalam satuan waktu.
Saat proses transmisi data terjadi melewati ruang
udara bebas, timbul redaman berupa free space loss
(FSL) yang mengakibatkan adanya penurunan daya
gelombang radio[3], yang dipengaruhi oleh besar
frekuensi dan jarak antara titik pengirim dan penerima.
FSL = 32,45 + 20 log f (MHz) + 20 log d (km) (1)
dimana f adalah frekuensi operasi (MHz) dan d
merupakan jarak antara pengirim dan penerima (km).
Dalam propagasi LOS, kita mengenal istilah
Fresnel zone, yang konsepnya cukup mudah dipahami
dengan mengetahui dari prinsip Huygens[2]. Pancaran
gelombang mikro akan melebar saat meninggalkan
antena, sehingga dapat dilihat adanya daerah lingkaran
seperti pada gambar berikut :
Gambar 3. Fresnel Zone
2
Berikut adalah rumus untuk menghitung Fresnel zone[2]
yang pertama:
r = 17.31 * sqrt((d1*d2)/(f*d)) (2)
dimana r adalah jari-jari dari zone (meter), d1 dan d2
adalah jarak dari penghalang, d adalah jarak total
sambungan (meter) dan f adalah frekuensi (MHz).
Dalam perencanaan Radio Link, perlu dihitung
dan dianalisa besarnya parameter-parameter dalam Link
Budget[4]. Parameter-parameter tersebut dipengaruhi
oleh kondisi lingkungan propagasi, rugi-rugi selama
propagasi, fading[5] (fluktuasi amplituda sinyal), dan
noise[5]. Disisi lain, sinyal transmisi yang mengganggu
dan tidak diinginkan berupa interferensi[5] juga
diperhitungkan.
Perhitungan Link budget sebenarnya untuk
memastikan bahwa level daya penerimaan lebih besar
atau sama dengan level daya threshold (RSL ≥ Rth)
agar sinyal cukup kuat untuk diterima receiver dengan
baik[1]. Perhitungan diawali dengan menghitung
besaran yang menyatakan kekuatan daya pancar antena
berupa EIRP (Effective Isotropic Radiated Power), yang
dapat dihitung dengan rumus[5] : EIRP = Ptx + Gtx – Ltx (3)
dimana Ptx adalah daya pancar (dBm), Gtx merupakan
gain antena pemancar (dBi) dan Ltx besarnya losses
pada pemancar (dB).
Perhitungan selanjutnya adalah mencari besarnya RSL
(Receive Signal Level) berupa level sinyal yang diterima
di penerima dengan rumus [5] :
RSL = EIRP – Lpropagasi + Grx – Lrx (4)
dimana Lpropagasi merupakan losses gelombang saat
berpropagasi (dB), Grx adalah gain antena penerima
(dBi) dan Lrx berupa losses saluran penerima (dB).
3. Desain Perencanaan Radio Link.
Langkah awal dilakukan survei lokasi lalu
menghitung Link budget serta menganalisanya. Survei
dilakukan untuk menentukan lokasi stasiun pemancar
dan penerima.
Terdapat 2 (dua) titik lokasi, yang pertama
adalah Kosek Hanudnas IV pada koordinat
01°09‟xx.xx” S dan 136°05‟xx.xx” E (tinggi 37 m ASL)
dan yang kedua adalah Satrad 242 pada koordinat
01°04‟xx.xx” S dan 136°23‟xx.xx” (20 m ASL).
Gambar 4. Lokasi Kosek IV – Satrad
Hasil menunjukkan terdapat obstacle berupa
dataran tinggi ± 100 meter dan perbukitan ± 180 meter,
mencegah tercapainya kondisi Line of Sight (LOS).
Oleh karenanya, dibutuhkan 2 repeater pada lokasi yang
memungkinkan, yaitu lokasi Sumberker (102 m ASL)
dan Marau (50 m ASL).
Gambar 5. Desain Link LOS Kosek IV-Satrad
Kondisi terrain bumi yang dilewati lintasan
penting untuk disajikan dalam menentukan Path profile.
Dengan bantuan software Path Loss v.4, data terrain
dimasukkan dari lokasi kosek IV sampai dengan lokasi
Sumberker, kemudian menuju lokasi Marau dan satrad
242. Data terrain tersebut disajikan dan dapat dilihat
pada tabel berikut
Tabel 1. Data Terrain antara Satrad dan Kosek IV.
01°09‟xx.xx” S
136°05‟xx.xx” E
01°04‟xx.xx” S
136°23‟xx.xx” E
01°09‟xx.xx” S
136°05‟xx.xx” E
01°04‟xx.xx” S
136°23‟xx.xx” E
Ket
ing
gia
n (
m)
Jarak (km) Kosek IV Satrad 242
3
Pada mulanya, desain link ini digunakan untuk
mengirimkan data radar dari dua lokasi yang berbeda.
Melihat sisi kegunaan bahwa komunikasi voice juga
diperlukan, maka desain link ini juga ditambahkan
sebuah IP phone dan tidak menutup kemungkinan akan
adanya aplikasi tambahan lain. Sebagai langkah
selanjutnya, keberadaan radio link ini dapat dijadikan
sebagai jaringan backbone[6] komunikasi antara satrad
dengan Kosek Dari mengingat dari data tabel yang
diberikan berupa bandwidth requirements[6] untuk
berbagai macam aplikasi dan keterkaitannya dengan
kapasitas kebutuhan akan bandwidth yang digunakan
radio link itu sendiri sudah mencukupi.
Dalam membentuk suatu backbone, keandalan
(reliability) sistem mutlak harus disediakan sehingga
diperoleh suatu sistem jaringan backbone yang High
availability[6]. High availability merupakan sebuah
tolok ukur yang mengindikasikan seberapa baik sistem
dapat berfungsi dalam berbagai kondisi pada periode
waktu tertentu dengan tujuan adalah menjaga sistem
selalu baik dari segala kemungkinan terjadinya failure
atau downtime dan selalu tersedia 24/7 (24 jam per hari,
7 hari seminggu). High availability dapat dikaitkan
dalam bentuk istilah RAS[6] (reliability, availability,
serviceability), mengacu pada toleransi fault, layanan
secara terus-menerus dan kemampuan untuk
memperbaiki komponen/perangkat yang rusak tanpa
membuat sistem tersebut dalam kondisi down atau
koneksi terputus. Terdapat beberapa hal yang perlu
diperhatikan dalam pencapaian system yang High
Availability, diantaranya adalah hal-hal yang dekat
kaitannya dengan pemilihan hardware yang akan
dibahas pada bagian selanjutnya. Berikut adalah
beberapa hal yang memiliki keterkaitan dengan
tercapainya system yang High Availability :
a. Redundant Components and Spare Part.
b. Uninterruptible power.
c. Generator Listrik.
d. Komputer Data Server.
Dari desain link yang terbentuk, dibutuhkan
peralatan/hardware untuk mendukung pembangunan
infrastruktur. Peralatan yang dipilih diantaranya antena
Yagi 16 dBi dan Grid 24 dBi, Radio Wireless, IP Phone
Panasonic KX-HGT100, Router IOP Plines8, Modem
AJ 2885 P, Hub/Switch LAN, PoE (Power over
Ethernet), converter RS232 ke RJ45, Kabel Koaksial
(LMR 400) dan Konektor (RP-SMA).
Senao EOC 5610 dengan power 600 mW,
mampu digunakan pada jarak sampai dengan 30 km.
Perangkat berupa IP Phone merupakan aplikasi
tambahan sebagai pemanfaatan komunikasi suara
dengan teknologi VoIP[7] yang dalam penggunaannya
ditambahkan sebuah VoIP Box. Untuk jenis IP Phone
dan VoIP Box yang digunakan, dipilih produk dari
Linksys yaitu IP Phone Linksys SPA 941 dan VoIP Box
Linksys SPA 9000.
(a) (b)
Gambar 6. (a) EOC-5610 (b) IP Phone Lynksys SPA 941
Gambar 7. VoIP Box Linksys SPA 9000
Antena yagi 16 dBi cukup untuk penggunaan
jarak 2-5km, sedangkan antena grid 24 dBi diperlukan
untuk jarak yang lebih jauh dengan penggunaan power
yang sama dari radio wireless EOC 5610.
(a) (b)
Gambar 8. (a) Antena Yagi 16 dBi dan (b) Grid 24 dBi
(a)
(b)
Gambar 9. IOP Plines8 (a) bagian depan (b) bagian belakang
Gambar 10. Modem AJ 2885 P.
Selanjutnya dibuat sistem diagram, dimana
terjadi pengiriman data radar melalui radio link. Data
radar yang diproses dikirim ke sistem CRC[8] dalam
jaringan yang memiliki komputer server ADP[8] (Air
Defence Processor) melalui router IOP Plines8 dan
modem AJ 2885P. Data inilah yang kemudian
ditransmisikan melalui radio link menuju sistem SOC[8]
(Sector Operational Centre) di Kosek IV.
Gambar 11. Sistem diagram CRC-radio link-SOC
4
Sistem radio link (dengan penambahan IP Phone)
dan perangkat pendukung lain (Hub, converter dan
PoE), dapat digambarkan secara sebagai berikut :
Gambar 12. Sistem diagram Radio Link
Dari sistem diagram diatas dapat disusun dalam
sistem radio link dari lokasi satrad menuju lokasi Kosek
IV melalui beberapa repeater yang telah dijelaskan pada
bagian sebelumnya dan dapat dilihat pada gambar
berikut :
Gambar 13. Radio Link Kosek IV-Satrad
4. Analisa Data Desain Radio Link.
Analisa desain link berupa perhitungan jari-jari
Fresnel zone (FZ) untuk mengetahui ketinggian
minimum antena dengan menggunakan rumus pada
persamaan (2), sehingga radio link mempunyai lintasan
yang baik dan dapat berkomunikasi dari titik yang satu
ke titik yang lain.
Tabel 4. Analisa Tinggi Antena
Hasil dari jari-jari FZ ditambahkan dengan
ketinggian obstacle dan tinggi antena minimum didapat.
Dengan bantuan software path loss, diperoleh Path
profile dengan FZ seperti pada gambar di bawah dengan
hasil analisa data tinggi antena pada tabel 4.
Gambar 14. Daerah Fresnel zone Kosek-Sumberker\
Gambar 15. Daerah Fresnel zone Sumberker-Marau
Gambar 16. Daerah Fresnel zone Marau-Satrad
Nama Link
Jari2
Fresnel
(m)
Tinggi
Obstacle
(m)
Jarak
Obstacle (m)
Tinggi Ant.
Minimum
(m)
Tinggi Antena
Desain
(m) d1 d2
Kosek-Sumberker 5,22 8,98 800 300 14.2 15-25
Sumberker-Marau 18,59 2,99 3400 14860 21.58 25-25
Marau-Satrad 242 15,98 3,99 2400 13780 19.97 25-10
5
Selanjutnya melakukan perhitungan link budget
berupa besarnya daya yang dikeluarkan oleh antena
(EIRP), RSL, Path Loss dan gain antena serta rugi-rugi
lainnya. Rencana penggunaan hardware adalah Antena
Yagi dan Grid TP-Link yang memiliki gain sebesar 16
dBi dan 24 dBi, dengan transmisi power yang dimiliki
Radio Senao EOC 5610 sebesar 600mW atau 27,8 dBm
dan untuk receiver sensitivity antena -75 dBm (asumsi
penggunaan data terbesar 54 Mbps).
a. Kosek IV dengan Sumberker. Dengan
menggunakan persamaan (1), lintasan sejauh
1.10 km memiliki free space loss (FSL) sebesar
100.88 dBm. Parameter lain dihitung dengan
persamaan (3) diperoleh EIRP sebesar 43.18
dBm, dengan asumsi Cable Loss (LMR 400) -
0,22 dB dan Connector Loss (RP-SMA) -0,4 dB.
Selanjutnya dengan persamaan (4) diperoleh
nilai RSL -42.32 dBm, lebih besar dari Rx
Sensitivity -75 dBm.
b. Sumberker dengan Marau. Hal yang
sama dihitung pada link ini, namun
menggunakan antenna Grid 24 dBi pada jarak
lintasan sepanjang 18.26 km. Hasilnya
diperoleh FSL sebesar 125.28 dBm, EIRP
sebesar 51,18 dBm dan RSL senilai - 50.72
dBm. Nilai RSL ini > Rx Sensitivity - 75 dBm.
c. Marau dengan Satrad 242. Lintasan
dipisahkan jarak sejauh 16.19 km, dan dengan
perhitungan yang sama diperoleh FSL sebesar
124.24 dBm. Parameter lain, didapat EIRP
sebesar 51,18 dBm dan RSL senilai -49.68 dBm
> Rx Sensitivity - 75 dBm.
Dengan demikian, semua link dapat
berkomunikasi dengan baik karena nilai RSL > Rx
Sensitivity. Hasil perhitungan link budget dapat
disimpulkan seperti terlihat pada tabel 5 berikut.
Tabel 5. Analisa hasil Link Budget.
No Nama Link Kosek-Sumberker Sumberker -Marau Marau-Satrad
1 Jarak (km) 1,1 18,26 16,19
2 FSL (dB) 100,88 125,28 124,24
3 Tx Power (dBm) 27,8 27,8 27,8
5 Gain Tx Ant (dBi) 16 (Yagi) 24 (Grid) 24 (Grid)
6 Losses (dB/m) 0,22 0,22 0,22
7 Conector Loss (dB) 0,4 0,4 0,4
8 EIRP (dBm) 43,18 51,18 51,18
9 Gain Rx Ant (dBi) 16 24 24
10 RSL(dBm) -42,32 -50,72 -49,68
11 RSL > Rx sensitivity yes yes yes
Mengacu pada referensi[8], untuk reliability
(MTBF) peralatan adalah 122.000 H (jam), sama halnya
dengan memiliki lifetime selama 5.083 hari (14 tahun)
dan didapatkan hasil seperti tabel 6.
Tabel 6. Pencapaian availability 99.99%
No Variabel Definisi/Formula Nilai
1 MTBF (jam) Mean Time Between
Failures 122000
2 MTTR (jam) Mean Time To
Repair 12.2
3 Availability (%) MTBF/(MTBF+MTTR) 99.99
4 Downtime/tahun (1-Availability) x1 year 52m 33s
Untuk mencapai Availability tersebut, desain
sistem harus memenuhi kriteria tersedianya
uninterruptible power supply. Selain itu, desain ini juga
menempatkan spare untuk radio wireless EOC-5610,
sehingga jika terjadi downtime atau status failure dapat
segera digantikan sementara yang satu dilakukan
perbaikan. Hasil desain yang diharapkan dapat
diperoleh tercapainya availability 99.99% adalah seperti
pada gambar 17 berikut :
Gambar 17 Sistem Diagram dengan uninterruptible power
6
5. Penutup.
Selanjutnya dapat diambil kesimpulan baik dari
segi teknis maupun segi manfaat. Dari segi teknis
adalah sebagai berikut :
a. Desain radio link sejauh 33,94 km
membutuhkan 2 (dua) repeater, menghindari
obstacle berupa tanjakan setinggi 100 m
(01°09‟35.40”S dan 136°06‟05.20”E) serta
perbukitan ± 180 meter (01°06‟00”S-01°07‟00”S
dan 136°14‟00”E-136°16‟00”E).
b. Hasil survei diperlukan 2 repeater pada
lokasi sumberker (01°09‟35.40” S dan
136°06‟05.20” E) dan Marau (01°09‟26.80” S
dan 136°15‟55.80” E).
c. Spesifikasi dari repeater adalah antena
yagi 16 dBi (Kosek-sumberker). Sedangkan
Sumberker-Marau-Satrad antena grid parabola
24 dBi, dengan output power 27,8 dBm.
d. Hasil perhitungan diperoleh nilai RSL
lebih besar dari Rx Sensitivity -75 dBm, sehingga
dapat berkomunikasi dengan baik.
e. Desain tinggi antena untuk Kosek adalah
15 meter (minimal : 14,2 m dan FZ 5,22 m),
Sumberker dan Marau adalah 25 meter (minimal
: 21,58 m dan FZ 18,59 m) dan di satrad cukup
10 meter (minimal: 19,97 m dan FZ 15,98 m).
Di sisi lain dari segi manfaat, dapat disimpulkan
bahwa :
a. Keberadaannya melengkapi komunikasi
voice yang sudah ada berupa radio komunikasi
HF/VHF/UHF yang terkendala oleh kondisi
siang dan malam, karena di dalamnya diberikan
aplikasi tambahan berupa IP phone.
b. Gelar radio link ini mampu mengirimkan
data radar dan memerlukan biaya infrastruktur
pengembangan yang lebih kecil dari pengadaan
sebuah stasiun bumi mini (SBM) yang menjadi
satu-satunya sarana komunikasi saat ini.
c. Radio link ini dijadikan backbone
network dengan ketersediaan yang tinggi
(availability 99.99%) untuk mengirimkan data
radar dan komunikasi melalui IP Phone.
Adapun masukan dan saran yang ingin
disampaikan adalah agar melalui radio link ini, nantinya
diberikan aplikasi tambahan berupa komunikasi data
video. Layanan aplikasi lain juga dapat ditambahkan
berupa layanan internet, komunikasi data fax, dan lain
sebagainya yang menunjukkan bahwa perencanaan
desain radio link ini sangat penting dan dibutuhkan.
Referensi
1. Theodore S. Rappaport, “Wireless Communications:
Principles and Practice”, 2nd edition, Prentice
Hall, 2002.
2. Hacker Friendly, “Jaringan Wireless di Dunia
Berkembang”, Edisi kedua ©2007, Desember 2007.
3. SAF Tehnika, “An Introduction to Microwave Radio
Link Design”, Copyright © SAF Tehnika A/S
2002.
4. Frank PA3GMP/ZS6TMV, “Calculating a link
budget”, <URL:http://www.1stopshopping.co.za/
ZS6HVB/pdf/Linkbudget.pdf>, written by Frank,
Mei 2008.
5. Mayhoneys, “Perhitungan Link Budget”, <URL:
http://www.ittelkom.ac.id library/perhitung-an-link-
budget. Learning Center IT Telkom 2008.
6. Tom Seldon, “Encyclopedia of Networking and
Telecommunication”, Mc Graw Hill, April 2001.
7. „N‟ Division of TEC, “White Paper on VoIP (Voice
over Internet Protocol) Phones System” by Division
of TEC, Pebruari 2008
8. Thales Raytheon System, “System Maintenance
Manual”, Property os Thales, May 2005.
BIODATA PENULIS
FIRMANSYAH dilahirkan di
kota kudus, tanggal 17 April
1981. Merupakan anak keenam
dari enam bersaudara pasangan
Mc. Kasiman (Alm) dan
Sumarsih. Jenjang pendidikan
yang dilalui dimulai dari SD Al-
Islam II Kudus lulus tahun 1993
dan melanjutkan ke SMP
Negeri 1 Kudus lulus tahun
1996. Selanjutnya masuk SMU Taruna Nusantara
Magelang dan lulus tahun 1999 dan pada akhirnya
melanjutkan ke Akademi Angkatan Udara (AAU),
sebuah lembaga pendidikan militer di Yogyakarta dan
lulus pada tahun 2002. Sejak tahun 2003 penulis
berdinas di TNI AU dan pada tahun 2005 sebuah
kepercayaan diberikan padanya untuk bertugas di Satrad
242 Biak-Papua. Tahun 2008, penulis mendapatkan
kesempatan melanjutkan studi pendidikan S-1 di Institut
Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Jurusan Teknik
Elektro. Pada bulan Juni 2010 penulis mengikuti
seminar Tugas Akhir di Bidang Studi Telekomunikasi
Multimedia sebagai salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Sarjana Teknik Elektro