interferensi saluran bersama

Jurusan Elektro-FT-PKK-Modul 4UNIVERSITAS MERCU BUANA

_____________________________________________________________________________________

44Interferensi Interferensi Saluran BersamaSaluran Bersama

Interferensi saluran bersama atau dalam bahasa Inggrisnya, co-channel interference,

adalah satu kejadian dalam sistem terestrial dimana terdapat dua kanal atau lebih yang

bekerja dengan frekuensi sama, yang masing-masing saling terganggu dan mengganggu.

Akibat keadaan itu, maka satu receiver akan menangkap beberapa kanal tertentu dari

dua atau lebih pemancar yang juga bekerja pada frekuensi tersebut. Tingkat atau level

penerimaannya bergantung dari jarak dua atau lebih pemancar itu berada dari receiver

bersangkutan. Akibat dari interferensi tersebut akan sepenuhnya mengganggu komuni-

kasi bila level sinyal utama yang diterima ( = C ) lebih kecil dari batas tertentu, sehingga

ratio C/N atau C/I tidak lebih kecil dari 18 dB (= C/I ≥ 18 dB) , dimana N adalah level

noise total pada penerimaan, dan I adalah level sinyal interferensi total dari beberapa

pemancar.

Seperti telah diuraikan pada Modul-1, bahwa untuk mencakup satu kawasan layanan

yang luas, maka pada sistem GSM harus diterapkan metoda reuse-frequency, karena

memang pita frekuensi secara keseluruhan untuk masing-masing operator sangat ter-

batas. Misalnya untuk satu operator besar di Indonesia, diberikan ijin untuk menempati

pita frekuensi dari (900–907,5 MHz) dari (890–915 MHz) yang ada untuk arah uplink,

dan dari (945–952,5 MHz) dari (935-960 MHz) yang ada untuk arah downlink. Semen-

tara selebihnya diberikan kepada operator lain yang juga menempati pita hanya selebar

7,5 MHz, oleh administrator (DitJen Postel-Depkominfo). Oleh karena jumlah pelang-

gan masing-masing operator umumnya mencapai bilangan 10.000 pelanggan, maka ke-

mudian diterapkan metoda reuse-frequency, yaitu menggunakan berulang masing-ma-

sing satu frekuensi kanal untuk mencakup kawasan layanannya, mulai dari 4 s/d 15

kali, untuk satu kota besar seperti Jakarta.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL

PERENCANAAN SISTEM TERESTRIAL 1


_____________________________________________________________________________________

4.1. Level Daya Berbanding Terbalik Jarak

Dipandang sumber pancaran gelombang elektromagnetik berasal dari antena isotropik,

maka kerapatan daya pada satu jarak, r, tertentu dari,

P’ =

Pt

4 πr2 ………………………………….… (4-1)

dimana : P’ = kerapatan daya pada jarak, r, dari sumber isotropik (watt/m2)Pt = daya pemancar isotropik, wattr = jarak antara sumber dengan satu titik, m4 = luas permukaan bola, m2

Untuk rangkaian listrik berlaku hubungan V = Z x I, yaitu tegangan merupakan hasil

perkalian antara impedansi dan arus, jadi untuk gelombang elektromagnetik berlaku

identik, yaitu,

E = Z’ x H ........................................................ (4-2)

dimana : E = nilai rms intensitas medan listrik, volt/meterZ’ = impedansi karakteristik medium, ΩH = nilai rms intensitas medan magnet, amper/meter

Sementara impedansi karakteristik medium diberikan sebesar,

Z’ = √ με ............................................................ (4-3)

dimana : = permeabilitas medium = permitivity medium

Untuk ruang bebas atau udara, nilai = 4 x 10-7 henry/m, dan =

1

36 πx109 farad/m,

sehingga nilai Z’ = 120 = 377 Dari hubungan rumus (4-1), (4-2), dan (4-3), maka

intensitas medan listrik untuk gelombang elektromagentik dapat tertentu dari,

E2 = P’ x Z’

=

Pt

4 πr2 x 120 =

30 Pt

r2

sehingga, E =

√30 Pt

r …………………………………….. (4-4)




_____________________________________________________________________________________

Jadi rumus (4-4) menunjukkan bahwa, intensitas medan listrik dari gelombang elektro-

magnetik dengan satuan volt/meter, nilainya berbanding terbalik dengan jarak, r, dari

sumber pancaran bersangkutan. Sengaja penurunan rumus tersebut dilakukan pada sum-

ber isotropik untuk penyederhanaan. Sumber isotropik sendiri tentunya dalam praktek

tidak ada. Tetapi akan terbukti bahwa dengan sumber lain yang tidak isotropik, hasil-

nya menunjukkan bahwa intensitas medan listrik besarnya berbanding terbalik terhadap

jarak.

Kembali pada konteks interferensi co-channel dalam jaringan seluler. Dua BTS atau

lebih yang bekerja dengan frekuensi sama tidak akan berinterferensi bila jarak satu sama

lainnya cukup jauh. Jarak tersebut harus memenuhi hubungan,

D = √3 K x R ……………………………… (4-5)

dimana : K = faktor reuse yang bergantung pada sistem, GSM → 4R = radius sel, kmD = jarak antara dua sel dengan frekuensi co-channel, km

Gbr-1 Jarak antara sel co-channel

Persamaan (4-5) sebetulnya adalah jarak dua titik yang berada pada sistem koordinat

yang tidak saling tegak lurus (non orthogonal coordinate). Koordinat tegak lurus yang

kita kenali adalah Cartesius1. Koordinat yang dimaksudkan adalah koordinat yang ber-

tumpu pada bentuk hexagonal atau segienam beraturan, sehingga sumbu koordinat

membentuk sudut 60O (bukan 90 derajat). Koordinat ini digunakan untuk menentukan

letak titik pusat setiap hexagon. Sumbu koordinat yang dimaksud ditunjukkan pada

Gbr-2.1 Renatus Cartesius (31 Maret 1596–11 Peb. 1650), adalah ilmuwan matematik Bangsa Italia




_____________________________________________________________________________________

Gbr-2 Sistem sumbu koordinat hexagon

Pada Gbr-2 nampak sumbu sistem kedua koordinat tersebut, koordinat hexagon dan

Cartesius, ditumpangtindihkan agar jelas hubungan keduanya. Sumbu koordinat hexa-

gon ditandai dengan sumbu u-v, sedang koordinat Cartesian ditandai dengan sumbu

x-y. Nampak bahwa sumbu-u membentuk sudut 60O terhadap sumbu-v nya, atau mem-

bentuk sudut 30O terhadap sumbu-x Cartesian.

Satu posisi tertentu lokasi pusat sel pada sumbu u-v dinyatakan sebagai (u,v) yang dapat

bernilai (i,j) bila dibaca pada sistem sumbu u-v. Tapi bila dibaca terhadap sistem sumbu

Cartesian, maka nilai (u,v) secara umum dengan bantuan Gbr-2, adalah,

(u,v) = (Rc√3 i, Rc√3 j) ................................................... (4-6)

dimana Rc adalah radius lingkaran seperti ditunjukkan pada Gbr-3, sementara i dan j

adalah nilai posisi pusat sel-sel tersebut terhadap sumbu-u dan v seperti ditunjukkan

pada Gbr-2. Selanjutnya, nilai koordinat pada persamaan (4-6) dapat dinyatakan dalam

koordinat Cartesian masing-masing sebagai berikut,




_____________________________________________________________________________________

x = u cos 30O = ½√3u dan ....................................... (4-7a)

y = u sin 30O + v = ½ u + v ........................................ (4-7b)

Tetapi sebelum membahas selanjutnya sistem koordinat tersebut, kita perlu mengetahui

alasan pemilihan bentuk hexagon untuk sel. Pada dasarnya sistem jaringan harus dapat

melayani seluruh MS atau user yang berada dalam wilayah layanannya. Hal ini dapat

dilakukan bila setiap sel dalam wilayah tersebut mempunyai cakupan berbentuk ling-

karan yang bagian pinggirnya tumpang tindih satu sama lain seperti ditunjukkan pada

Gbr-3. Nampak bahwa, dari perpotongan bagian-bagian lingkaran itu akhirnya mem-

bentuk satu area yang berupa hexagonal (garis tebal atau warna merah). RC adalah jari-

jari lingkaran, R adalah jari-jari minor hexagon, dan D adalah jarak antar sel. Tetapi

untuk rumus-rumus selanjutnya, jari-jari sel hexagonal dinyatakan dengan notasi R.

Gbr-3 Cakupan wilayah sel bentuk lingkaran yg ditumpangtindihkan.

Kita lanjutnya pembahasan tentang koordinat hexagonal di atas. Persamaan (4-7) me-

nunjukkan koordinat sistem Cartesian yang dinyatakan dengan koordinat hexagon. Bila

terdapat dua sel-a dan b yang masing-masing koordinat titik pusatnya dalam sistem




_____________________________________________________________________________________

hexagon adalah, (ua,va) dan (ub,vb). Sedangkan kuadrat jarak kedua titik pusat sel terse-

but dalam koordinat Cartesian adalah,

D2 = (xa – xb)2 + (ya – yb)2 ………………………………… (4-8)

Dengan substitusi persamaan (4-7) ke dalam persamaan (4-8) diperoleh,

D2 = ¾ (ua – ub)2 + (½ ua + va –½ ub – vb)2 ………………... (4-9)

Apabila sel-a adalah sel pada titik nol sistem sumbu, maka (ua,va) = (0,0), sehingga xa

= 0 dan ya = 0, dan dengan substitusi persamaan (4-6) ke persamaan (4-9) diperoleh

menjadi,

D2 = ¾ (– ub)2 + (–½ ub – vb)2

= ¾ (Rc√3 i)2 + (–½Rc√3 i – Rc√3 j)2

= ¾.3Rc2. i2 + ( ¼.3Rc

2. i2 + 3Rc2. i.j + 3Rc

2. j2 )

= 3Rc2 [ i2 + i.j + j2 ]

sehingga,

D = √3 .[ i2+ j2+i . j ] . Rc ………………………………… (4-10)

Nampak bahwa persamaan (4-10) adalah hasil pembuktian hubungan persamaan (4-5),

dimana,

[ i2 + i.j + j2 ] = K = faktor reuse frequency ……………….. (4-11)

dan Rc kemudian dinyatakan dengan notasi R = jari-jari sel hexagonal

Contoh soal 4-1. Satu sistem GSM yang mempunyai nilai faktor reuse fre-

quency sebesar 4, digelar pada satu kawasan layanan.

(a) Tentukan jarak sel co-channel bila radius layanan satu sel sejauh 2 km ?

(b) Tentukan free space loss jarak tersebut bila sistem GSM bekerja pada pita

900 MHz ?

Jawaban :

(a) Dari persamaan (4-5), maka jarak sel co-channel adalah,




_____________________________________________________________________________________

D = √3 K x R

= √3 x4 x 2 = 6,928 km

(b) Menurut persamaan (3-2) dalam Modul-3, free space loss yang dimaksud

tertentu dari,

Lf = 32,5 + 20 log d + 20 log f

= 32,5 + 20 log (2) + 20 log (900) = 97,61 dB

Catatan :

Nilai free space loss ini dapat dikompensasi dengan daya pemancar BTS

maupun MS serta spesifikasi minimun sensitivity receiver-nya yang biasa-

nya berkisar pada nilai –100 dB sampai – 107 dB. Nilai ini tergantung dari

vendor peralatan tersebut masing-masing.

4.2. Peta Penyebaran Frekuensi

Penggunaan ulang frekuensi yang dimaksudkan adalah menggunakan kanal radio pada

frekuensi yang sama dalam satu kawasan layanan oleh beberapa BTS. Jarak antara satu

BTS dengan BTS yang bersangkutan diatur cukup jauh sedemikan untuk menghidari

interferensi. Dalam satu kawasan layanan lokasi, letak beberapa BTS itu mengikuti satu

pola tertentu yang disebut pola pengulangan frekuensi (frequency reuse pattern) yang

dinyatakan oleh satu faktor, K, yang dinyatakan oleh persamaan (4-11). Nilai i dan j

pada persamaan (4-11) tersebut adalah parameter geser dan merupakan bilangan bulat

positif seperti telah juga diuraikan sebelumnya. Dengan bantuan Gbr-4 ditunjukkan

bahwa, i adalah parameter geser yang menunjukkan jumlah sel kearah kanan dari satu

sel pada satu jaringan, sedang parameter j menunjukkan jumlah sel kearah 60 derajat

berputar berlawanan arah jarum jam. Posisi terakhir ini adalah sel yang menggunakan

frekuensi sama dengan sel yang pertama disebut, yaitu frekuensi A.

Dalam Gbr-4 ditunjukkan bahwa, i = 2 dan j = 1, sehingga nilai faktor K = 7. Faktor K

menunjukkan bahwa, dalam satu area layanan dapat digunakan satu frekuensi tertentu

oleh 7 sel secara bersama, atau terdapat 7 grup frekuensi yang berbeda, yaitu frekuensi




_____________________________________________________________________________________

A sampai dengan G. Gbr-5 menunjukkan, selengkapnya penyebaran frekuensi dengan

faktor K = 7, maka terdapat 7 frekuensi yang dapat digunakan secara bersama. Pada

Gbr-5 nampak bahwa sedikitnya dalam wilayah yang ditandai dengan lingkaran, ter-

dapat 3 kali pengulangan frekuensi. Dengan cara ini maka kapasitas keseluruhan sistem

akan meningkat.

Gbr-4 Pola pengulangan frekuensi dengan rumusan K = i2 + ij + j2.

Sementara untuk jarak, D, antara sel satu dengan sel lain yang menggunakan frekuensi

sama (frequency reuse distance) ditentukan dari hubungan yang dinyatakan pada per-

samaan (4-5) di atas.

Gbr-5 Pola pengulangan frekuensi dengan K = 7.




_____________________________________________________________________________________

Faktor K digunakan tetap dalam satu sistem, misalnya untuk sistem AMPS sebesar 7,

sedang untuk sistem GSM nilai tersebut adalah 4. Jadi perbandingan antara jarak sel co-

channel, D, dengan radius sel, R, adalah tetap. Perbandingan ini dinamakan faktor peng-

gunaan ulang frekuensi (frequency reuse factor) atau faktor reduksi interferensi kanal

bersama (co-channel interference reduction factor/ CIRF), yaitu D/R = Q. Dari persa-

maan (4-5), nampak bahwa radius sel berbanding terbalik dengan faktor K, sehingga

peningkatan penggunaan ulang frekuensi (memperbesar K) akan memperkecil ukuran

cakupan masing-masing sel, yang mengakibatkan tingkat interferensi berkurang. De-

ngan wilayah yang relatif kecil dari sebelumnya, maka dapat digunakan BTS maupun

MS yang berdaya pancar lebih rendah (misalnya dari kelas-5).

4.3. Langkah Lebih Lanjut Penanganan

Setelah rancangan penyebaran penggunaan frekuensi dengan prinsip pola reuse fre-

quency di atas kertas selesai, dan kemudian diimplementasikan pada satu kawasan yang

masuk dalam perencanaan, maka ada kemungkinan masih dapat terjadi interferensi co-

channel. Oleh karena itu yang pasti dalam hal ini, harus dilakukan survey lapangan,

sampai sejauh mana kondisi interferensi tersebut. Kalau memang ternyata nilai C/I sa-

ngat lebih kecil dari 18 dB (nilai batas ambang), maka langkah penanganan harus dila-

kukan. Selama ini terdapat dua alternatif cara yang ditempuh, yaitu,

Penggunaan antena sektor

Pengaturan arah condong antena (antenna downtilt)

4.3-1. Penggunaan antena sektor

Antena sektor merupakan satu solusi yang dapat digunakan untuk mengurangi pe-

ngaruh interferensi co-channel berkaitan dengan pola radiasi yang dimilikinya. De-

ngan dilengkapinya reflektor pada antena dipolenya, maka pola radiasi kearah bela-

kang menjadi sangat kecil sehingga mempunyai faktor perbandingan antara level

pancaran kedepan dan level pancaran kebelakang (front-to-back ratio) yang besar.

Perbandingan beberapa tipe antena yang digunakan pada BTS ditunjukkan pada

Gbr-6. Nampak pada Gbr-6, bahwa tipe antena yang paling kecil proteksinya ter-

hadap pengaruh interferensi adalah tipe omni, sedang yang cukup baik adalah tipe




_____________________________________________________________________________________

sektor dengan sudut 60O. Dalam hal ini, yang sering diterapkan pada praktek opera-

sional di lapangan adalah tipe sektor dengan sudut 120O.

Gbr-6 Beberapa tipe antenna BTS

Sebagai ilustrasi pengaruh pengurangan co-channel interference dengan mengguna-

kan antena sektor ditunjukkan pada Gbr-7. Pada ilustrasi Gbr-7(a) nampak bahwa

mobile-station (MS) berada di wilayah layanan dengan masing-masing sel yang

menggunakan antena omni. Pada gambar tersebut, dua sel yang bekerja dengan fre-

kuensi sama, yaitu E1 dan E2. Ketika MS menuju ke perbatasan sel E1 dan D dalam

proses mengembara (roaming), MS dapat menerima dua pancaran dengan frekuensi

sama, yaitu yang berasal dari E1 dan E2. Sehingga terjadi interferensi.

Tetapi bila kemudian digunakan antena sektor sebagai ganti antena omni pada selu-

ruh sel dalam kawasan tersebut seperti ditunjukkan pada Gbr-7(b), maka interferensi

akan dicegah karena back-lobe antena sektor yang kecil. Ketika MS yang semula

berada pada sektor dengan frekuensi EA dan melakukan roaming menuju ke perba-




_____________________________________________________________________________________

tasan sel E1 dan D, maka MS beralih bekerja dengan frekuensi EC , sementara sektor

yang berada pada sel E2 yang menghadap MS bekerja dengan frekuensi EA. Salah

satu sektornya yang bekerja dengan frekuensi EC (back-lobe atau side-lobe) tidak

cukup kuat mencapai MS. Dengan demikian interferensi sulit terjadi pada sistem sel

yang menggunakan antena sektor.

(a) (b)

Gbr-7 Ilustrasi co-channel interference

Ternyata tinggi antena juga berperan dalam proses co-channel interference, makin

tinggi menara antena, makin besar kemungkinan terjadi intreferensi tersebut, se-

hingga tinggi menara menjadi faktor yang juga dipertimbangkan.

4.3-2. Pengaturan arah condong antena

Antena seluler terutama antena sektor dilengkapi dengan bagian mekanik pada sis-

tem pemasangannya (antenna mounting) yang memungkinkan pengaturan arah con-

dong antena (antenna downtilt), seperti ditunjukkan pada Gbr-8. Dengan sistem ter-

sebut antena seluler dapat ditundukkan sampai lebih dari 5O.

Dengan pengaturan (yang sangat diperhitungkan dan hati-hati) tersebut maka radius

area cakupan dapat berkurang dan dapat mengatasi co-channel interference. Walau-

pun tindakan ini efektif untuk sel kecil (radius sekitar 500 meter), tetapi banyak juga

dilakukan pada sel yang mempunyai radius lebih besar sampai 2 km. Downtilt akan

efektif mengurangi :

Area cakupan sel yang memberikan kemungkinan kerapatan trafik meningkat,




_____________________________________________________________________________________

Interferensi co-channel dan adjacent channel dari sel yang lain,

Dan mencegah interferensi co-channel bagi MS.

Besarnya sudut condong ditentukan sederhana dengan menggunakan rumusan ilmu

ukur sudut sebagai yang ditunjukkan pada persamaan (4-12) berikut ini,

β = arc tg

hBTS

R (derajat) .............................................. (4-12)dimana :

hBTS = tinggi antena BTS, meterR = radius layanan BTS, meter

Gbr-8 Pemasangan antena dgn. pengaturan downtilt.

Pada banyak pengalaman, penundukan antena dapat terjadi dengan sendirinya akibat

bencana angin ribut. Sementara pengerjaan pengaturan arah condong antena tersebut

harus dilakukan dengan sangat hati-hati untuk antena yang mempunyai gain diatas

6 dB. Perlakuan downtilt dilakukan pada penginstalan BTS yang baru, dan pada saat

berikutnya setelah operasional karena adanya kasus interferensi. Sudut condong

tidak boleh lebih dari 15O.

Saat ini telah dirancang dan telah diinstal pada sejumlah BTS di seluruh dunia, satu

sistem pencondong antena secara elektrikal tanpa seoran teknisi melakukan dengan

memanjat menara sampai mencapai antenanya. Alat tersebut dikenal sebagai RET

System (remote electrical tilt system) yang dirancang oleh Kathrein2. Ilustrasi pema-

2 Kathrein-Werke KG, adalah industri sistem telekomunikasi termasuk antena BTS cellular phone ser-ta kelengkapannya. Berdiri sejak tahun 1919 dan berlokasi di Munich Area, Jerman.




_____________________________________________________________________________________

sangan sistem RET di salah satu BTS ditunjukkan pada Gbr-9. Dan Gbr-10 menun-

jukkan unit RCU (remote control unit) dan diagram instalasi sistem tersebut.

Gbr-9 Foto proses instalasi sistem RET pada satu BTS.

(a)

(b)

Gbr-10 Sistem RET : (a) unit RCU, (b) diagram instalasi sistem RET.

Sistem RET terdiri dari dua bagian, yaitu bagian yang ditempatkan di antena (de-

ngan konektor yang menempel di fisik box antena), dan bagian yang diinstalasi di




_____________________________________________________________________________________

BTS (di dalam ruang kontrol). Kedua bagian itu masing-masing adalah RCU dan

CCU (central control unit) + power supply unit. CCU berfungsi mengatur RCU dan

dapat pula diakses dari Operational Maintenance Centre (OMC) melalui jaringan

ethernet ke komputer atau langsung dengan menggunakan RS-232. Jumlah unit

RCU yang dapat dikontrol sampai 9 unit. Ilustrasi foto unit CCU ditunjukkan pada

Gbr-11. PCA (portable control unit, Gbr-12) adalah versi portable CCU yang digu-

nakan oleh teknisi pada saat instalasi antena di atas.

Gbr-11 Unit CCU (central control unit)

Gbr-12 Unit PCA (portable control adapter)

Contoh soal 4-2. Satu BTS yang mempunyai radius layanan 2 km, dan

tinggi menara antena yang diperbolehkan pada kawasan tersebut adalah 40 m.

Tentukan nilai kecondongan antena pada saat instalasi pertama.

Jawaban :

Sesuai dengan persamaan (4-12), maka sudut kecondongan antena yang harus

dilakukan adalah,

β = arc tg

hBTS

R = arc tg

402000 = 1,15 O




_____________________________________________________________________________________

Dalam melakukan downtilt antena, patokan yang diambil adalah, berapa jauh radius

cakupan yang akan dibuat dimana MS berada paling jauh. Pola radiasi vertikal dari

antena BTS setelah dilakukan pengaturan sudut condong, ditunjukkan pada Gbr-13.

Pada gambar nampak notasi H, adalah field strength relatif arah lurus horizontal

yang disebut sebagai far-field strength.

Gbr-13 Pola radiasi antena yang di-downtilt

Contoh soal 4-3. Misalnya BTS pada soal nomor-2 mempunyai pola

radiasi vertikal seperti ditunjukkan pada Gbr-14. Tentukan nilai far-field-

strength terhadap field strength maksimumnya untuk kasus pencondongan

antena itu ?

Jawaban :

Sesuai dengan hasil soal nomor-2, yaitu penyondongan antena sebesar 1,15 O;

maka nilai far-field-strength nya adalah (– ... dB) terhadap maksimum field

strength sesuai pola radiasi Gbr-14. Para mahasiswa diminta mengisi titik-

titik nilai relatif far-field-strength.




_____________________________________________________________________________________

Gbr-14 Pola radiasi vertikal antena sel

Daftar Kepustakaan

1. Boucher, Neil J.; The Cellular Radio Handbook, Quantum Publishing Inc., Mendocino-California, 1990.

2. Dayem, Rifaat A.; PCS & Digital Cellular Technologies-Assessing Your Options, Prentice Hall PTR, New Jersey, 1997.

3. Kennedy, George; Electronic Communication Systems, McGraw-Hill Co., Singapore, 1988.

Sumber Lain

4. http://www.kathrein.dl/down/Kathreins_Electrical_Remote_Tilt_System.pdf; Kathreins Electrical Remote System, 2009.

5. http://www.kathrein_scala.com/; 2009

6. http://www.linkedin.com/company/; 2009

7. http://www.maser.com.au/au/product..; 2009



interferensi saluran bersama

Documents