Sistem Komunikasi Wireless
Komunikasi wireless merupakan
pertukaran informasi antara dua point tanpa hubungan langsung, bisa menggunakan
sound, infrared, optical atau energi frekuensi radio. Sistem wireless paling
modern mengandalkan RF atau sinyal microwave,
umumnya pada range UHF sampai frekuensi gelombang milimeter .
Sekarang ini, spektrum frekuensi telah begitu ramai, dan
kebutuhan kecepatan data yang lebih tinggi, maka kecenderungannya adalah menggunakan frekuensi yang lebih tinggi,
sehingga mayoritas sistem wireless hari ini beroperasi pada range frekuensi 800
MHz sampai dengan GHz. Sinyal RF dan microwave mmberikan bandwidth lebar dan
keuntungan tambahan yaitu mampu menembus kabut, debu, dedaunan, bangunan dan
kendaraan.
Berdasarkan sejarahnya,
komunikasi wireless menggunakan energi RF berawal dari kerja teori maxwell,
diikuti oleh eksperimen oleh Hertz tentang propagasi gelombang elektromagnetik
dan pengembanngan komersil dari praktek sistem radio oleh Marconi di awal abad
20-an. Hari ini sistem wireless meliputi radio broadcast dan TV,sistem telepon
seluler, TV Direct Broadcast Satelite,WLANs, sistem paging, GPS dan sistem
RFID. Sistem ini menyediakan worldwide conectivity untuk voice, video dan
komunikasi data.
Cara pertama untuk
mengkategorikan sistem wireless adalah tergantung pada alam dan posisi pengguna.
Pada sistem radio point to point, satu transmisi berkomunikasi dengan sebuah
receiver. Sistem biasanya mengunakan antena denga penguatan yang tinggi pada
fix posisi untuk memaksimalkan daya penerima dan meminimalkan interferensi
dengan radio lain yang beroperasi hampir pada range frekuensi yang sama. Radio
poin to poin pada umumnya digunakan untuk komunikasi data dengan yang
berkepentingan dan untuk hubnngan sisi telepon seluler ke sentral.
Sistem point to multipoint
menghubungkan sentral ke semua nomor penerima yang memungkinkan. Contoh yang
paling umum adalah radio komersial AM , FM , dan TV Broadcast. Dimana sentral
transmiter menggunakan antena dengan beam yang besar untuk menjangkau para
pendengar dan penonton.
Sistem multipoint to multipoint
adalah komunikasi serentak antara masing-masing user yang memungkinkan berada
pada lokasi yang berbeda-beda. Sistem seperti ini pada umumnya tidak
menghubungkan dua user secara langsung, tetapi mengandalakan jaringan stasiun
dasar untuk memberikan interkoneksi diantara user. Contoh aplikasinya adalah
sistem telepon seluler dan beberapa tipe dari WLAN.
Cara lain mengkategorikan sistem
wireless adalah komunikasi langsung. Pasa sistem simplex, komunikasi terjadi
hanya satu arah dari transmitter ke receiver, contohnya adalah radio broadcast, TV, dan sisitem paging.
Sistem half duplex adalah
komunikasi yang terjadi dua arah tetapi tidak bersamaan. Contonya adalah radio
mobile pertama dan radio masyarakat. Pada umumnya mengandalkan “push-to-talk”
dimana satu saluran bisa digunakan untuk transmisi dan penerima pada interval
yang berbeda.
Sistem full duplex membutuhkan
teknik duplexing untuk menghindari interferensi diantara sinyal pemancar dan
penerima, bisa dilakukan dengan menggunakan band frekuensi yang terpisah untuk
mentransmisikan dan menerima (frekuensi division duplexing (FDD)).
Kebanyakan sistem wireless adalah
ground based, tetapi juga ada yang menggunakan sistem satelit untuk
voice,video, dan data. Sistem satlit menawarkan komunikasi user dalam jumlah
yang besar pada area yang luas, nahkan menjangkau planet. Satelit pada Geosynchronous
Earth Orbit (GEO) terletak kira-kira 36.000 km di atas permukaan bumi, dan
tetap pada posisi di permukaan. Satelit seperti ini berguna untuk link radio
point to point antara stasiun yang terpisah jauh, dan pada umumnya digunakan
untuk TV dan komunikasi data seluruh dunia.
Layanan telepon dunia juga relay
pada satelit ini, tetapi kabel fiber optik (FO) bawah laut bisa menggantikan
satelit untuk hubungan antar samudera dan lebih ekonomis, serta dapat
menghindari delay yang ditimbulkan oleh trip yang panjang antar sateli dan
bumi.
Kekurangan lain dari GEO adalah
ketinggian yang dapat mengurangi kekuatan sinyal penerima , membuat hal ini
tidak praktis untuk komunikasi dua arah dengan tranceiver yang kecil.
Satelit Low Earth (LEO) lebih
dekat ke bumi, terletak pada range jarak 500 sampai 2000 km. Contoh penghunaan
adalah pada hand held radio. Orbit satelit LEO terkadang dapat dilihat dari
bumi selama beberapa menit hingga 20 menit.
Rumus Friis
Gambar di bawah ini merupakan
sebuah link sistem radio.
Gambar 1. Link Sistem Radio
Pt adalah daya transmisi, Gt
adalah gain antena transmisi, Gr adalah gain antena penerima, Pr adalah daya
terima, R adalah jarak antara antena transmisi dan antena penerima.
Radiasi densitas daya oleh antena
isotropis adalah (D=1=0 dB) adalah
Savg = Pt/4πR2 W/m2 ..................(1)
Dimana harus mampu moncover semua
daya radiasi dengan mengintegrasikan lingkaran radiius disekeliling antena
karena daya didistribusikan secara
isotropis dan area lengkungan adalah 4πR2.
Jika antena transmisi punya
directivity lebih besar dari 0 dB, densitas daya radiasi bisa didapatkan dari
mengalikan dengandirectivity. Directivity adalah perbandingan intensitas
radiasi dan intensitas radiasi isotropis.
Jika antena transmisi loss, kita
bisa menggunakna aktor efsiensi radiasi yang berefek mengkonversi directivity ke gain, dan dapat
dirumuskan radiasi denstitas power untuk antena transmisi yang berubah-ubah
yaitu :
Savg= Gt Pt / 4πR2 W/m2 ......................(2)
Jika denstitas daya bermasalah
pada antena penerima, maka kita dapat menentukan daya terima dengan konsep efektif
aperture area yaitu:
Pr = Ae Savg = (Gt Pt Ae)/ 4πR2
W....(3)
Sehingga daya terima adalah
(rumus Friis Radio Link) :
Pr = (Gt Gr l2 Pt) / 4πR2 W...................(4)
Persamaan (4) di atas diterjemahkan sebagai daya
maximal yang diterima. Ada beberapa faktor yang dapat mengurangi daya terima
pada sistem radio, diantaranya adalah :
1. Missmatch impedansi pada antena
2. Missmatch polarisasi antar
antena.
3. Efek propagasi yaitu peredaman
atau depolarisasi.
4. Gagal sebagian pada area terima.
Pada persamaan (4) daya terima
berkurang sebesar 1/ R2, ini karena kekelan energi sehingga ini
terlihat sebagai penghalang yang besar untuk jarak yang besar. Pada
kenyataannya space decay dari 1/ R2 lebih baik dari pada penurunan
eksponensial pada link komunikasi kawat, dikarenakan redaman daya pada saluran
transmisi yaitu
dimana α adalah konstanta redaman saluran, pada jarak yang jauh fungsi
eksponensial menurun lebih cepat dari pada aljabar 1/ R2 . Pada komunikasi
jarak jauh, radio link akan tampil lebih baik dibanding wirelink. Hal ini
berguna untuk semua tipe saluran transmisi, termasuk coaxial,waveguide, dan FO,
tidak berguna jika komunikasi link di daratan atau lautan. Oleh karena itu
repeater bisa ditempatkan sepanjang link ini untuk menemukan daya sinyal yang
hilang.
Pada
rumus Friis, daya terima sebanding dengan hasil Pt.Gt. Daya transmisi dan
penguat antena transmisi merupakan karakteristik transmitter, dan pada pada
main beam antena, Pt Gt ekivalen sebagai daya radiasi oleh antena isotropis
dengan daya Pt Gt, hasilnya diartikan sebagai effective isotropic radiated
power (EIRP). EIRP = Pt Gt Watt.
Daya
terima sebanding dengan EIRP transmitter, bisa ditingkatkan dengan meningkatkan
daya transmisi atau gain antena transmisi atau keduanya. Asal dari Friis
formula diasumsikan sebagai antena transmisi dan receiver memiliki match
impedansi dengan transmitter dan receiver.
Pada
sistem RF dengan micro, impedansi missmatch mengurangi daya yang dikirim dari
sumber ke beban oleh faktor (1-|r|2 ), r adalah koefisien pantul
antar sumber dan beban.
Pada
radiolink, ada kemungkinan mismatch impedansi antara transmiter dan antena pancar,
sama saja dengan antena penerima dan receiver.
Friis formula bisa dikalikan
dengan impedansi mismatch faktor ,
η imp = (1-|rt|2)
(1-|rr|2)
untuk menghitung penurunan pada
daya terima karena efek missmatch impedansi pada transmitter dan receiver.
rt = koefisien pantul
transmitter
rr= koeisien pantul
receiver
catatan: impedansi missmatch tidak termasuk dalam
defenisi gain antena, karena missmatch tergantung pada sumber eksternal atau
impedansi beban dimana antena dihubungkan, dan bukan bagian dari antena itu
sendiri, dan bisa matching dengan antena dengan menggunakna eksternal tuning
yang tepat.
Transmisi
maksimal antara transmitter dan receiver membutuhkan antena yang dipolarisasi
pada arah yang sama. Jika antena transmisi polarisasinya vertikal, contohh,
daya maksimal akan dikirim ke polarisasi vertikal antena penerima.
Radio Receiver Architectur
Untuk mendisign antena harus menyediakan halhal dibawah
ini:
1. Gain tinggi ( 100 dB). Untuk
memulihkan daya rendah dengan sinyal yang diterima ke level yang mendekati
nilai asli baseband.
2. Selektivitas. Untuk menerima
sinyal yang diinginkan dan menolak kanal yang berdekatan, frekuensi bayangna
dan intererensi.
3. Down conversion dari RF penerima IF untuk memproses.
4. Detection. Untuk mendeteksi info
analog/digital
5. Isolation. Untuk isolasi dari
transmitter untuk menghindari sturasi penerima.
Level daya sinyal dari antena
penerima berkisar -100 hingga -120 dBm. Penerima membutuhkan gain sama 100-120
dB. Gain ini tersebar pada RF,IF dan baseband untuk menghindai ketidakstabilan
osilasi. Inilah praktek yang bagus untuk menghindari gain lebih dari 50-60 dB
pada band frekuensi.
Selektifitas
bisa didapatkan dengan menggunakan BPF pada tahap RF dipenerima, tetapi BW dan
frekuensi cut off membutuhkan filter yang tidak praktis untuk direalisasikan
pada RF frekuensi. Lebih efektifnya dengan down converting RF bandwidth
disekitar sinyal yang diinginkan dan menggunakan sharp cutt off BPF pada tahap
IF untuk memilih band frekuensi yang diinginkan.
Tuned
radio frequency receiver .
Sesuai gambar di bawah ini.
Gambar 2. Tuned Radio frekuency
receiver
Terdapat beberapa tahap dari RF
penguat dengan BPF tunning untuk menyediakan Gain tinggi dan selektivitas .
Alternatif lainnya adalah pemfilteran dan penguatan dikombinasikan menggunakan
penguat dengan tunable band pass respon. Low broadcast radio frekuensi dituning
menggunakan kapasitor variabel/induktor. Tuning lebih sulit kaena butuh
beberapa tahap dan sedikit selektivitas.
Semua penguat penerima TRF
dicapai pada RF frekuensi terbatas pada jumlah penguatan yang didapatkan
sebelum osilasi terjadi dan meningkatnya cost dengan komplexitas penerima.
Kekurangan TRF adalah jarang digunakan dan merupakan pilihan yang buruk untuk
RF dan microwave.
Direct convertion receiver
ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 3. Direct
convertion receiver
Menggunakan
mixer dan osilator lokal untuk menghasilkan frekuensi down convertion dengan
zero IF frekuensi.
Local osilator
direct dengan frekuensi sama dengan RF sinyal yang diinginkan, dan dikonversi
langsung ke baseband. Untuk AM , penerima sinyal baseband tidak butuh deteksi
yang lebih jauh.
Direct conversion receiver punya beberapa keuntungan dari
pada TRF receiver yaitu:
1. Selektivitas bisa dikontrol
dengan simple LPF
2. Gain bisa disebar melalui RF
Direct converstion receiver lebih
simple
