Propagasi Radio dalam Ruangan

Pendahuluan

Media transmisi RF (Radio Frequency) termasuk elemen yang sangat penting. Media RF menentukan banyak hal diantaranya teknik transmisi, hasil pengukuran untuk perencanaan dan analisa kelayakan dll. Dan hal-hal yang telah ditentukan oleh media RF di atas dapat membantu perencanaan sistem WLAN yang unggul. Tabel 1 dan 2. 

Penguasaan tentang karakteristik transmisi frekuensi radio dalam ruangan merupakan sesuatu yang sangat perlu dalam mendesain Indoor Wireless Communication (IWC) dengan sukses. 

Ruangan WLAN

Untuk merencanakan instalasi WLAN, kita harus memperhatikan unsur-unsur IWC di atas. Pada IWC, dapat saja, antena penerima dan pengirim berada pada satu ruangan dan saling membayangi (shadowed) sehingga semua barang dan gerakan yang terjadi dalam ruangan akan memiliki efek yang nyata pada statistik sinyal yang diterima pada penerima. Mempertimbangkan hal-hal di atas, maka ada beberapa obyek yang harus direncanakan utuk mengukur dan menganalisis efek dari: 

1. Perbedaan mebel/berkakas dan banyaknya yang ada dalam ruangan.
2. Densitas dari personel dan barang dalam ruangan.
3. Konstruksi bangunan dan jumlah lantai.
4. Meja karyawan dengan partisi atau tidak.

Propagasi Radio dalam Ruangan

 Gambar 2. Propagasi radio di kantor dilihat dari atas. 

Ini berarti sinyal radio tiba di penerima melalui banyak jalur (Multipath), dimana tiap sinyal (pada jalur yang berbeda-beda) memiliki level kekuatan sinyal, delay dan fasa yang berbeda-beda (gambar 3). 

 Gambar 3. Sinyal pada propagasi radio.  

Pengukuran dan pemodelan karakteristik unsur-unsur IWC sangat penting dalam jaringan wireless untuk mencapai efisiensi perencanaan. Hasil pengukuran dan pemodelan dapat digunakan untuk menaksir kelayakan teknik komunikasi dan menentukan lokasi yang optimum untuk instalasi antena base station (BS). 

Dan untuk mempermudah pembahasan tentang propagasi radio, maka propagasi radio dikarakteristikan ke dalam Daya-Rugi-Jalur (Path Loss Power/PLP), RMS Multipath Delay Spread (RMDS) dan Doppler Shift (DoS). 

A. PLP

Untuk propagasi radio dalam ruangan dipilih hukum: 
 
P(d) » d ^-q   (watt)....... (1)
atau 
  P(d) » 10^q log d (dB) .....(2)    dimana P(d) adalah daya rugi jalur, d adalah jarak antara pengirim dan penerima (dalam meter), q adalah eksponen rata-rata rugi jalur yang tergantung pada lingkungan IWC. Untuk free space, q = 2 (ini merupakan ketentuan) maka untuk d = 10 m, P(d) = 20 dB. Jika pengirim (Tx) dan penerima (Rx) ada pada satu ruangn yang sama, luas dan terbuka (jumlah penghalang sedikit) maka q <2, jika Tx dan Rx berada pada ruangan yang berbeda atau terhalang oleh suatu benda q > 2. q = 6 dapat dijumpai pada ruangan dengan dinding terbuat dari besi. Sehingga terlihat di sini bahwa q tergantung pada keadaan ruangan (bahan konstruksi, jumlah lantai dana penghalang). 

Persamaan (2) dapat dimodifikasi menjadi: 
 

P = L(Ro) + 10q log d (dB) .....(3)
Dimana P = Pt – Pr = rugi jalur (Pt adalah daya yang dikirim dan Pr adalah daya yang diterima), L(Ro) adalah rugi jalur dari Tx ke Rx terhadap refrensi jarak Ro pada propagasi free space (dalam dB), Ro adalah referensi jarak Tx ke Rx yaitu 1 (satu) meter. 

Pada bangunan dengan banyak lantai maka persamaan (3) dapat dimodifikasi kembali menjadi :

P = L(Ro) + 10q log d + zxf + uxw .....(4)
Dimana z adalah jumlah lantai, f adalah redaman tiap lantai (dB) u adalah jumlah dinding dan w adalah redaman tiap dinding (dB). Catatan semakin tinggi frekuensi yang digunakan (915 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz) semakin besar redaman yang dialami. 

Hasil pengukuran menunjukkan: 
 

• Untuk LOS, q = 1,5 – 1,8 dan untuk OLOS dalam pabrik q = 1,8 – 5,22. Untuk frekuensi 433 MHz dan 861 Mhz, q = 1 – 3. Untuk LOS pada frekuensi 900 MHz q = 1,2 – 6,5. Untuk 2,4 GHz q = 3,3, untuk frekuensi 4,75 GHz q = 3,8 dan untuk 11,5 GHz q = 4,5 [3].
• q = 2,0 – 12 sesuai jarak. q = 2 untuk 1 m < d < 10 m, q = 3 untuk 10 m < d < 20 m, q = 6 untuk 20 m < d < 40 m, q = 12 untuk d > 40 m. [3]
• Rugi jalur dipengaruhi pula oleh konstruksi bangunan yang ditembusnya. Misalnya untuk dinding blok beton kira-kira selebar 8 inci akan meredam daya sebesat 7 dB, untuk dinding kayu dan batu batu akan meredam 3 dB, dinding aluminium akan meredam 2 dB dan dinding besi meredam 12 dB. Mebel dapat juga meredam daya propagasi sebesar 1 dB/m. Daya transmisi akan berkurang pada setiap menembus lantai yang satu dan yang berikutnya. [3].

B. RMDS

RMDS merupakan parameter penting yang dapat menentukan performa sistem digital dan alat baik untuk membantu dalam mengidentifikasi multipath fading dan menanggulanginya. Dengan memperkecil pengaruh RMDS maka Intersymbol Interference (ISI) (ISI adalah tumpang tindihnya informasi yang datang dari jalur satu dengan informasi yang sama melalui jalur dua akibat multipath) dapat diperkecil sehingga error rate kecil dan data rate (R) meningkat. Hal ini dapat dibuktikan dari rumus R yaitu : 
 
(5) 

(6)

Jika suatu sinyal informasi mengalami gejala multipath, maka antara satu jalur dengan jalur lain ada delay, misal panjang jalur 50 – 100 m dan delaynya (RMDS) = 100 ns maka data rate (R) adalah [5,8] : 
 
= 1 Mbps 
 
Catatan: RMDS pada IWC adalah dalam satuan nanosecond (ns) dan pada outdoor (pada GSM/mobile di luar ruangan) RMDS adalah dalam satuan microsecond (m s) ini akibat besar frekuensi yang digunakan dan ruang dimana komunikasi tertentu terjalin. 

RMDS dapat dihitung melalui rumus: 
 

(7) 

(8) 
 

Dimana T_m = RMDS (ns), L = banyaknya jalur, k = pemakai ke-k (k=1,2,3...), t_k = delay propagasi (ns), D = delay propagasi rata-rata, B_k = amplitudo dari daya yang diterima (dB). 
(9)
Dimana T_m = RMDS (ns), T_c = durasi simbol (ns), ë xû = berarti integer terbesar yang sama atau lebih kecil dari x. 

RMDS memiliki harga yang berbeda pada tempat yang berbeda pula. Dan untuk menyederhanakan perubahan RMDS yang bersesuaian dengan klasifikasi bangunan maka digunakan faktor q (tabel 3 dan 4). 
 

Tabel 3. RMDS dan q[8]  

Faktor q	2.348	3.329	2.184	2.196	1.398	4.21
RMDS (ns)	15.64	29.03	52.38	73.13	33.13	55.19

  Tabel 4. RMDS dan jarak Tx ke Rx [4]  

Jarak	5 m	10 m	15 m	20 m	25 m
Mean (ns)	14,6	20,7	44,9	56,2	676,2

 

RMDS dapat mempengaruhi koherensi Bandwidth (D f)c. (D f)c adalah pita frekuensi yang akan dipakai untuk mentransmisikan data informasi. 

(10) 

Hasil pengukuran dapat diperlihatkan pada tabel 5. 

 Tabel 5. RMDS dan Koherensi Bandwidth (BW) [2]  

.	L.O.S	Party Obstructed	Obstructed
RMS Delay Spread (ns)	16-31	41-74	58-90
Coherence BW (MHz)	36-100	6-30	5-9

 
• Doppler Shift (DoS)

DoS adalah penyebaran pergeseran frekuensi akibat gerakan (mobilitas). Ketika Rx sedang bergerak dengan kecepatan Vm, maka ternyata frekuensi pembawa (fc) dari sinyal yang diterima berbeda dari frekuensi pembawa sinyal (fc) yang dikirim. 

Perbedaan ini disebut DoS dan diberi simbol fd. 

dimana c = kecepatan cahaya = 3 x 10⁸ m/det. 

Pergeseran frekuensi (fd) dapat berharga positif atau negatif tergantung arah gerak penerima terhadap base station (BS), apakah ia mendekati atau menjauhi. Misalnya seseorang bergerak dengan kecepatan (Vm) 1,33 m/det (dengan membawa notebook) dengan frekuensi (fc) 910 MHz maka fd = ± 4 Hz. 

DoS tidak besar pengaruhnya pada kanal propagasi radio dalam ruangan (indoor) karena kecepatan tinggi tidak dijumpai pada IWC [8].

Penutup

Daftar Pustaka

1. Molkdar, D., Review on Radio Propagation into and within Buildings, IEE Proceedings-H, Vol. 138, No. 1, pp. 61 – 73, February 1991.
2. Bertoni, Henry L., Kim, Seongcheol and Honcharenko, Walter, Review of In-Building Propagation Phenomena at UHF Frequencies, IEEE Proceedings of ASILOMAR –29, pp. 761 – 765, Maret 1996.
3. Hashemi, Homayoun, Indoor Radio Propagation Channel, Proceedings of the IEEE, vol. 81, No. 7, pp 943-968, July 1993.
4. Cheung, K.W., and Murch, R.D., Measurement, Characterization and Modeling of the Wideband Indoor Channel, IEEE Proc. Of Vehicular Technology Conf. – VTC Atlanta, GA, USA, pp 588 – 592, 28 April – 1 May 1996.
5. Janssen, Gerard J.M., Stigter, Patrick A., Prasad, Ramjee, Wideband Indoor Channel Measurement and BER analysis of Frequency Selective Multipath Channel at 2.4, 4.75, and 11.5 GHz, IEEE Trans. On Communication, Vol. 44, No. 10, pp. 1272 – 1286, October 1996.
6. Honcharenko, Walter and Bertoni , Henry L, Mechanisms Governing UHF Propagation on Single Floor in Modern Office Buildings, IEEE Trans. on Vehicular Technology, Vol. 41, No. 4, November 1992
7. Poon, Lai-Shun, and Wang, Hong-Shen, Propagation Characteristic Measurement and Frequency Reuse Planning in an Office Building, IEEE, 1994.
8. Pahlavan, Kaveh and Levesqne, A.H., Wireless Data Communications, Proc. Of  IEEE, Vol. 82, No. 9, pp 1410 – 1430, September 1994.