BAB III

ANALISIS DAN PERANCANGAN

3.1 Gambaran Umum

Secara umum simulasi ini dirancang untuk memprediksi pengaruh bentuk

muka bumi (tinggi permukan tanah) terhadap persebaran sinyal pada sel

(coverage cell prediction) pada suatu wilayah. Prediksi coverage sel merupakan

salah satu bagian penting dalam perancangan jaringan. Simulasi ini mendigitalkan

aspek-aspek yang berperan dalam persebaran sinyal, terutama bentuk data kontur

muka bumi. Data ini dipadukan dengan perhitungan persebaran sinyal dan analisis

visibility akan menghasilkan informasi gambaran perolehan sinyal pada daerah-

daaerah tertentu yang berbentuk data digital. Informasi tersebut digabungkan

dengan informasi lain, seperti kepadatan penduduk dan kepadatan trafik akan

sangat berguna untuk melakukan perancangan, perawatan dan ekspansi jaringan.

3.2 Analisis

Sebelum didesain atau dirancang sebuah simulasi yang mampu

memprediksi coverage sel, perlu dilakukkan analisis mengenai aspek-aspek yang

ikut menentukan persebaran sinyal beserta parameter-parameternya. Disamping

itu analisis terhadap software yang mendukung simulasi ini juga di perlukan.

3.2.1 Analisis Prediksi Coverage

Prediksi cakupan sinyal adalah isu yang penting dalam proses perancangan

jaringan komunikasi seluler. Beberapa aspek yang berperan di dalam memprediksi

daerah cakupan, diantaranya adalah bentuk muka bumi, tipe lingkungan, tipe

antena, ketinggian antena, arah antena dan lain-lain.

Mengingat gelombang radio merambat di luar ruangan pada tipe wilayah

tertentu, maka diperlukan pemakaian model propagasi yang tepat. Model

propagasi yang digunakan untuk memprediksi cakupan sinyal pemilihannya

didasarkan pada parameter dan kondisi masing-masing sel.

Secara garis besar aspek-aspek yang telibat untuk melakukkan prediksi

coverage sel adalah sebagai berikut :

1. Spesifikasi teknis

2. Tipe lingkungan

3. Frekuensi pembawa

4. Model propagasi

5. Anggaran daya

6. Jari-jari sel

3.2.1.1 Spesifikasi Teknis

Spesifikasi teknis lebih banyak berkaitan dengan parameter antena, baik

antena pada Base Sation (BS/BTS) maupun Mobile Station (MS), seperti

penguatan antena, daya antena, rugi-rugi antena dan lain sebagainya. Spesifikasi

ini akan mempengaruhi anggaran daya (link budget). Pola radiasi antena

menentukan bentuk dasar sel. Sedangkan ketinggian antena, kemiringan antena

(tilt) akan ikut menentukan luas cakupan sinyal. Direction antena menentukan

arah propagasi.

3.2.1.2 Tipe Daerah

Bentuk muka bumi mempengaruhi propagasi gelombang radio. Daerah

yang memiliki perbukitan (daerah pegunungan) berbeda dengan derah dengan

gedung-gedung tinggi (daerah perkotaan). Pembagian tipe daerah dibedakan

berdasarkan struktur yang dibuat manusia (human-made structure) dan keadaan

alami daerah, tipe-tipe tersebut sebagai berikut.

1. Daerah Rural, jumlah bangunan sedikit dan jarang, alam

terbuka

Contoh : Pedesaan

2. Daerah Suburban, jumlah bangunan yang mulai padat,

tinggi rata-rata antara 12 – 20 m dan lebar 18 – 30 m.

Contoh : pinggiran kota , kota- kota kecil.

3. Daerah Urban, memiliki gedung-gedung yang rapat dan

tinggi.

Contoh : daerah pusat kota baik metropolis maupun kota menengah

Detail pembagian wilayah ini dibahas lebih jelas di sub bab 2.2.8. Tipe ini

akan menentukan model propagasi yang digunakan.

3.2.1.3 Model Propagasi

Pemilihan model propagasi di dasarkan pada tipe daerah, ketinggian

antena, frekuensi yang digunakan dan beberapa parameter lainnya. Beberapa

model yang sering digunakan untuk memprediksi propagasi gelombang radio

beserta karakteristiknya adalah seperti dibawah ini, detail pembahasan model-

model ini berada di sub-bab 2.2.9.

Model Okumura, cocok untuk daerah urban dan sub-urban

Model Hatta cocok untuk daerah urban,sub-urban dan rurual,

frekuensi pembawa antara 150-1500 Mhz.

Model Okumura-Hatta adalah pengembangan dari model Hatta dan

Okumura, cocok dengan frekuensi pembawa antara 1500-2000 Mhz,

tinggi antena 30-200 meter, tinggi mobile station 1-20 m dan jarak

antara antena dan mobile station 1-20 kilometer.

Dengan model propagasi ini, akan didapatkan rugi-rugi lintasan antara

pengirim dan penerima yang terlihat pada anggaran daya.

3.2.1.4 Anggaran Daya

Daerah cakupan (coverage area) sel didefinisikan sebagai luasan daerah

yang dapat menerima sinyal dengan kualitas yang cukup untuk melakukan

komunikasi. Daerah cakupan ini ditentukan oleh kekuatan sinyal yang diterima

MS.

Dalam perencanaannya sel diusahakan untuk selalu seimbang antara daya

yang dipancarkan untuk uplink ( MS ke BS ) dan downlink ( BS ke MS ) agar

interferensi yang terjadi minimal. Dalam sistem seluler berlaku bahwa level sinyal

yang diterima MS sama dengan level sinyal yang diterima BS. Dengan demikian

rugi-rugi lintasan yang terjadi antara uplink dan downlik juga sama, sehingga

perencanaan jari-jari dari hasil rugi-rugi lintasan tersebut juga sama. Apabila

terjadi ketidakseimbangan antara level daya sinyal uplink dan downlink , level

yang digunakan untuk penentuan jari-jari sel adalah uplink. Tetapi dalam

memprediksi coverage pada simulasi ini perhitungan downlink yang dipakai.

Adapun parameter yang digunakan untuk anggaran daya adalah sebagai

berikut :

1. Daya pancar (Pm, Pb); level daya pancar ini berlaku untuk MS maupun BTS.

Untuk kelas-kelas level daya GSM 900 dan DCS 1800 menurut standar ETSI

yang dapat dilihat di lampiran 3.

2. Penguatan antena(Gm, Gb); penguatan antena baik pada MS maupun BTS

menentukan kesetimbangan daya. Adapun penguatan antena MS berkisar 2

dBi dan antena BTS sekitar 18 dBi – 21 dBi.

3. Penguatan peragaman (Gd); penguatan ini ada apabila BTS menggunakan

peragaman baik peragaman waktu, ruang, maupun frekuensi sehingga sistem

dapat mentoleransi sinyal yang lebih lemah. Penguatan ini berpengaruh

terhadap level daya sinyal uplink.

4. Sensitivitas penerimaan; sensitivitas adalah level sinyal minimum yang dapat

diterima dan tetap dapat dimodulasi dengan kualitas yang memadai. Baik MS

(Sm) dan BTS (Sb) mempunyai level sensitivitas yang telah di standarkan oleh

ETSI.

5. Rugi-rugi komponen (Ld, Lj, Ltf); rugi-rugi ini dapat berupa rugi pendupleks

(Ld) yang diakibatkan perangkat pendupleks uplink dan downlink, rugi filter

(Ltf) akibat pemakaian penfilter sinyal (downlink), dan rugi feeder (Lf) yaitu

rugi-rugi akibat penggunaan kabel penghubung antena dengan perangkat BTS.

6. Rugi-rugi body (Lb), yaitu rugi-rugi yang diakibatkan penghalangan sinyal

dengan kontak badan pemakai MS. (Standar ETSI 6 dB)

7. Cadangan pudaran (fading margin/sfm), yaitu perhitungan pudaran jamak

yang diakibatkan oleh pergerakan MS.

Persamaan umum untuk anggaran daya ini adalah :

Lpu = Pm + Gm + Gb + Gd – Ld - Lj - Sb - sfm – Lb

Lpd = Pb + Gm + Gb – Ld - Lj - Sm - Ltf - sfm - Lb

3.2.1.5 Jari Jari Sel

Dalam perencanaan sel, penentuan jenis/tipe sel yang akan dirancang

terlebih dulu harus ditentukan dengan memperhatikan tipe daerah lokasi layanan.

Berdasarkan jari-jari sel terdapat tiga jenis sel yaitu sel besar, sel kecil, dan

mikrosel.

1. Sel Besar

Pada sel besar, antena BS dapat dikonfigurasi untuk mencapai ketinggian

yang optimal. Jarak sel minimal dalam perencanaan menggunakan perhitungan sel

besar ini adalah 1 km dan biasanya digunakan untuk jari-jari sel di atas 3 km.

Model perambatan gelombang dan rugi-rugi lintasan yang dipakai dalam sel ini

adalah model Hatta untuk GSM 900 dan model COST 231-Hatta untuk DCS

1800.

Sel ini biasanya diaplikasikan untuk daerah rural dan sub urban karena

akan menghasilkan jari-jari sel yang besar. Namun demikian, implementasi sel ini

juga dilakukan untuk daerah Urban dengan tujuan meningkatkan kapasitas trafik

dengan menopang sel- sel kecil (cell splitting).

(3.1)

(3.2)

Berdasarkan model Hatta, persamaan umum dalam menentukan jari –jari

sel GSM 900 adalah

dengan Lp : rugi-rugi lintasan (dB),

fc : frekuensi pembawa (900 Mhz),

Hb : Tinggi antena BTS(m),

a(Hm): faktor koreksi untuk tinggi antena MS dalam beberapa tipe daerah.

Untuk menentukan jari-jari sel DCS 1800 yang menggunakan Model

COST 231-Hatta memiliki persamaan umum

dengan Cm : faktor koreksi berdasarkan tipe daerah.

Untuk beberapa nilai a(Hm) pada GSM 900 dan Cm pada DCS 1800

berdasarkan tipe daerah dapat dilihat pada subbab 2.2.9.

2. Sel Kecil

Daerah cakupan untuk perhitungan jari-jari dengan metode sel kecil ini

akurat untuk rentang 0,2 km sampai 5 km, biasanya sekitar 3 km. Karakteristik

lain pada sel ini yaitu ketinggian antena yang berkisar 4 m – 50 m. Model

perambatan dan rugi-rugi lintasan yang dipakai dalam sel kecil adalah model

COST 231-Walfish-Ikegami baik untuk GSM 900 maupun DCS 1800. Persamaan

umum untuk menghitung jari-jari sel.

(3.3)

(3.4)

(3.5)

untuk semua parameternya dapat dilihat pada subbab 3.5.

Perencanaan sel kecil biasanya digunakan untuk perencanaan sel dengan

trafik seperti dalam kota, oleh sebab itu ada beberapa parameter tentang keadaan

daerah seperti lebar jalan, tinggi gedung, sudut orientasi, dan jarak antar gedung

yang merupakan ciri-ciri perkotaan atau daerah urban.

3. Mikrosel

Perencanaan menggunakan metode sel kecil juga dapat digunakan untuk

perencanaan mikrosel, namun mikrosel yang dimaksud di sini adalah ketika antara

MS dan BTS tidak terdapat suatu penghalang apapun. Model perambatan dan

rugi-rugi lintasan yang dipakai untuk perencanaan mikrosel ini adalah suatu

model yang diambil dari keadaan di jalan Canyon dan biasa digunakan untuk

perencanaan mikrosel jangkauan 200 – 300 m yang mempunyai persamaan umum

Dari jenis-jenis sel ini, yang akan digunakan untuk simulasi ini adalah jenis sel besar.

3.2.2 Analisis Software Simulasi

Simulasi yang akan dibuat adalah sebuah simulasi yang memberikan

gambaran prediksi persebaran sinyal sel dari BS tertentu pada daerah tertentu.

Simulasi yang dibuat lebih menekankan pengaruh tinggi permukaan bumi

(kontur) terhadap persebaran sinyal dan feature tambahan untuk memprediksi

hubungan LoS dengan BS di sekitarnya.

(3.6)

Dengan pertimbangan tersebut diperlukan perangkat lunak yang

memodelkankan tinggi permukaan tanah ke dalam bentuk digital dan mampu

mendukung analisis LoS dari suatu titik ke titik tertentu atau dari titik ke suatu

area bumi yang memiliki kontur tertentu, disamping ketersediaan tool untuk

programming juga sangat diperlukan.

ARC VIEW GIS 3.3 adalah salah satu software milik Environmental

Systems Research Institute (ESRI) yang memiliki kemampuan untuk memodelkan

data yang di anggap kontinyu seperti tinggi permukaan tanah dalam bentuk

digital. Kemampuan ini dimiliki setelah adanya extension baru yaitu Extension 3D

Analyst dan Extension Spatial Analyst. Dari kedua extension ini dihasilkan sebuah

fungsi yang berguna di dunia telekomunikasi untuk analisa visibility yaitu

viewshed. Sedangkan untuk programming tool, ARCVIEW menyediakan bahasa

semi pemprograman sederhana yang digunakan untuk mengotomasikan kerja

ARCVIEW yaitu Avenue.

3.2.2.1 Extension 3D Analyst

Extension 3D analyst memiliki kemampuan untuk memodelkan data-data

yang dianggap kontinyu seperti permukaan tanah. Diantara kemampuan

ekstension ini yang bermanfaat untuk membangun dan menganalisa simulasi

yang akan dirancang adalah kemampuan untuk menentukan tinggi untuk lokasi-

lokasi yang ditentukan di atas permukaan, melakukan analisis line of sight dan

membuat peta-peta visibility.

3.2.2.2 Extension Spatial Analyst

Extension Spatial Analyst memiliki kemampuan untuk melakukan

pemodelan dan analisis-analisis spasial (berbasiskan raster grid) dalam mencapai

berbagai kemungkinan solusi permasalahan yang erat kaitannya dengan spasial.

Dan kemampuan yang dimanfaatkan dari extension ini adalah kemampuannya

untuk melakukan aljabar peta.

3.2.2.3 Viewshed

Viewshed adalah suatu algoritma yang dapat menentukan titik atau daerah

mana yang dapat terlihat dari titik atau garis tertentu (visibility). Dengan

melakukan aljabar peta, hasil perhitungan persebaran sinyal dan hasil visibility

akan dapat dihasilkan coverage sel.

Proses viewshed menggunakan metode ray-tracing yang bisa dijelaskan

melalui Gambar 3.1. Algoritma viewshed membuat garis LoS dari titik/kotak (sel)

pusat pengamatan (origin cell) ke sel (kotak warna merah) di sampingnya

(adjacent cell). Tahap selanjutnya cek visibility dari adjacent cell, dengan

membandingkan elevasi adjacent cell. Jika sama atau lebih dari origin cell, sel ini

akan dipertimbangkan untuk di kodekan 1. Sudut elevasi antara origin cell dan

adjacent cell kemudian dihitung dan disimpan.

Gambar 3.1 Dasar perhitungan LoS Viewshed.

Perhitungan dilakukan pada sel tetangga berikutnya (kotak warna hijau)

dan LoSnya digambarkan dengan warna kuning. Untuk menentukan visibility sel-

sel ini, dua sudut di hitung dan dibandingkan. Pertama mengetahui elevasi pada

titik dimana garis kuning bersinggungan dengan sel sebelumnya. (garis kuning

memotong garis merah ) dan menentukan sudut antara titik pengamatan dengan

titik singgungnya. Sudut kedua adalah sudut yang dibentuk oleh titik pengamat

dengan titik target. Jika sudut kedua lebih lebih besar dengan sudut pertama, sel

target dikodekan dengan 1, sudut ini disimpan untuk menentukan visibility pada

sel selanjutnya. Jika sudut kedua lebih kecil sel target dikodekan dengan 0 dan

kemudian menentukan visibility sel-sel selanjutnya, elevasi diketahui , sudut

dihitung, dan bandingan yang lebih besar di simpan, untuk menentukan visibility

sel-sel selanjutnya.

Untuk menjalankan fungsi viewshed dilakukan penentuan titik (point)

berdirinya BS dan model digital permukaan bumi, di bidang geografi nama model

ini lebih dikenal dengan nama digital elevation model (DEM), pada simulasi ini

yang digunakan adalah peta kontur yang telah di digitalkan yang kemudan

disimpan dalam bentuk data raster atau grid. Viewshed kemudian

menampilkannya dalam bentuk sel grid yang dikodekan 0 jika tidak terlihat dan 1

jika terlihat. Gambar 3.2 memperlihatkan implementasi viewshed pada data DEM

dan parameter-parameter yang diperlukan untuk perhitungan.

Gambar 3.2 Implementasi Viewshed.

Parameter-parameter yang diperlukan untuk menjalankan viewshed adalah

sebagai berikut.

1. Ketinggian permukaan di titik tempat berdirinya pengamat (observer)

(SPOT).

2. Ketinggian pengamat (OFFSETA).

3. Ketinggian titik yang diamatai (OFFSETB).

4. Sudut dimulainya pengamatan secara horisontal (AZIMUTH1).

5. Sudut berakhirnya pengamatan secara horisontal (AZIMUTH2).

Gambar 3.3 Sudut AZIMUTH.

Gambar 3.4 Ketinggian observer.

6. Sudut dimulainya pengamatan secara vertikal (VERT1).

7. Sudut berakhirnya pengamatan secara vertikal (VERT2).

Gambar 3.5 Sudut VERT.

Gambar 3.6 Radius pengamatan.

8. Radius dimulainya pengamatan (RADIUS1).

9. Radius berakhirnya pengamatan (RADIUS2).

3.2.2.4 Avenue

Avenue adalah bahasa semi pemprograman yang dimiliki oleh

ARCVIEW. Dengan avenue, pengguna dapat memodifikasi tampilan (user

interface) ARCVIEW, membuat script program-program sederhana untuk

melakukan tugas-tugas yang kompleks dan berkomunikasi dengan aplikasi-

aplikasi lain. Singkatnya dengan script-script avenue ARCVIEW dapat di-

customized sedemikian rupa sehingga dapat secara optimal memenuhi kebutuhan

pengguna.

3.3 Perancangan

Secara garis besar perancangan simulasi ini meliputi dua tahap, yaitu tahap

konfigurasi dan tahap pembentukan coverage, seperti terlihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Tahap-tahap perancangan .

3.3.1 Tahap Konfigurasi

Tahap ini diperlukan untuk melakukan konfigurasi simulasi perancangan sel.

Tahap Pembentukan Coverage

Konfigurasi - Tipe Antena- Frekuensi- Tinggi- Menentukan tipe daerah- Perarahan Antena- Model tinggi permukaan bumi

Prediksi Coverage -Penghitungan anggaran daya -Penghitungan jari-jari-Pembentukan pola radiasi-Analisis Viewshed

Tahap Konfigurasi

Parameter-parameter yang terlibat untuk pembentukan sel disiapkan pada tahap

ini. Parameter-parameter tersebut secara garis besar dibagi menjadi tiga macam,

yaitu parameter BS dan sel, parameter MS dan parameter geografis.

1. Parameter BS dan sel, adalah sebagai berikut :

Parameter Umum

o Konfigurasi peralatan BS

o Daya antena pemancar BS

o Rugi-rugi pemancar

o Dan lain-lain

Konfigurasi jalur antena

o Penguatan daya pemancar dan penerima antena BS

o Rugi-rugi kabel

Parameter tambahan, misalnya

o Diversity (uplink)

o Low noise amplifier (LNA, uplink)

o Power amplifier

2. Parameter MS, adalah sebagai berikut :

Sensitivitas MS

Penguatan daya antena penerima MS.

3. Parameter geografis, adalah parameter koordinat geografis titik BS berdiri

yang akan dimodelkan dalam tampilan simulasi.

Gambar 3.8 Sebagian parameter pada BS

Parameter diatas kemudian dibagi menjadi dua macam, yaitu parameter

statis dan parameter dinamis. Parameter statis adalah parameter yang memiliki

nilai sama untuk setiap pengujian, misalnya daya antena BS dan MS dan rugi-rugi

antena. Semua parameter pada MS adalah parameter satatis. Parameter dinamis

adalah parameter yang bisa berubah-ubah sesuai dengan kondisi yang diinginkan,

misalnya perarahan antena, tinggi antena, frekuensi yang digunakan. Parameter

dinamis ini semuanya adalah parameter dari sisi BS. Untuk memudahkan

melakukkan simulasi konfigurasi parameter yang bersifat dinamis perlu di

rancang user interface yang berupa jendela kontrol.

Jendela kontrol di rancang untuk men-setting dan memperlihatkan

parameter BS dan sel. Kode BS (Site Id) dan Nama BS (Site Name) bisa di-set dan

dilihat pada jendela kontrol BS (Gambar 3.9). Dalam satu BS bisa memiliki

banyak sel, sementara tiap sel bisa memiliki parameter-parameter yang berbeda

beda, sehingga diperlukan juga jendela kontrol untuk sel (Gambar 3.10).

Gambar 3.9 Jendela kontrol untuk konfigurasi parameter BS.

Gambar 3.10 Jendela kontrol untuk konfigurasi sel.

3.3.2 Tahap Pembentukan Coverage

Hasil dari tahap konfigurasi, selanjutnya digunakan pada tahap

pembentukan coverage sel. Pada proses ini terjadi dua proses utama, yaitu proses

membuat model persebaran sinyal menggunakan pola radiasi antena dan model

propagasi (untuk mendapatkan jari-jari sel) dan proses melakukan analisis

prediksi visibility pada daerah-daerah yang dilalui sinyal menggunakan viewshed.

Berdasarkan analisis-analisis yang telah di lakukan di atas, berikut ini

adalah garis besar proses yang dilakukan pada tahap pembentukan coverage sel.

Penghitungan anggaran daya

Dengan menggunakan persamaan 3.1 (anggaran daya downlink)

penghitungan anggaran daya dapat dilakukan. Dengan anggaran daya

dapat ditentukan rugi-rugi lintasan yang dipergunakan untuk perhitungan

jari-jari.

Penghitungan jari-jari

Simulasi ini menggunakan asumsi sel besar, sehingga untuk jari-jari sel

digunakan persamaan 3.3 atau 3.4.

Pembentukan pola radiasi antena

Pola radiasi antena ikut menentukan bentuk sel sesungguhnya, yang berarti

juga menentukan daerah coverage sel. Untuk itu pengenalan pola radiasi

antena yang digunankan perlu dilakukan.

Analisis visibility

Analisis penentuan prediksi visibility suatu daerah menggunakan

viewshed, dimana prosesnya viewshed ini telah di bahas pada sub bab

3.2.2.3.

Proses pembentukan coverage sel dalam proses simulasi dilakukan secara

otomatis. Sehingga proses diatas di implementasikan ke dalam script-script

avenue (Lampiran 1).