Konsep dasar radio

Frekuensi

Frekuensi adalah jumlah siklus per detik dari sebuah arus bulak balik. Unit yang digunakan untuk frekuensi adalah Hertz, di singkat Hz. Satu (1) Hz adalah frekuensi dimana sebuah arus bulak balik menyelesaikan satu siklus dalam satu detik.

Kita mengenal beberapa besaran lain dari frekuensi, yaitu:

* Kilohertz (kHz) ribu siklus
* Megahertz (MHz) juta siklus
* Gigahertz (GHz) milyard siklus
* Terahertz (THz) ribu milyar sikus

Panjang Gelombang

Panjang gelombang adalah jarak antar dua titik identik dalam sebuah siklus. Dalam frekuensi radio, panjang gelombang biasanya dalam meter, centimeter atau milimeter.

Panjang gelombang tergantung pada ketinggian frekuensi. Semakin tinggi frekuensi, semakin pendek gelombangnya. Pada frekuensi 2.4GHz atau 2400MHz panjang gelombang sekitar 12.5cm. Panjang gelombang dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

Panjang Gelombang (meter) = 300 / Frekuensi (MHz)

Angka 300 datang dari kecepatan cahaya, karena sinyal radio di udara bergerak pada kecepatan cahaya. Kecepatan gelombang radio akan berbeda sedikit di metal.

Panjang gelombang sangat penting untuk di resapi terutama pada saat kita menginstalasi antenna. Untuk memperoleh radiasi sinyal radio yang optimal, sebaiknya antenna harus di install minimal 10 panjang gelombang jauh-nya dari permukaan yang dapat memantulkan sinyal radio. Untuk frekuensi 2.4GHz, permukaan yang dapat memantulkan harus berada pada jarak lebih jauh dari 1.2 meter.

Daya Pemancar

Semua radio akan mempunyai daya pancar tertentu. Daya pancar ini menentukan energi yang ada sepanjang lebar bandwidth tertentu. Biasanya di ukur dengan salah satu satuan berikut:

dBm – daya relative terhadap satu (1) milliwatt
W – daya linier sebagai Watts

Hubungan antara dBm dan Watts dapat dihitung melalui persamaan berikut:

Daya (dBm) = 10 x log[Daya (W) / 0.001W]
Daya (W) = 0.001 x 10^[Daya (dBm) / 10 dBm]

Di dunia amatir radio, pemancar sering di sebut sebagai Tx, Daya pemancar sering di sebut sebagai “Tx Power”
Di Indonesia, secara peraturan kita dibatasi untuk menggunakan maksumim TX power 100mW (20 dBm). Jika anda melanggar hal ini, maka anda akan di ancam oleh undang-undang telekomunikasi sebagai merusak system telekomunikasi dengan ancaman denda Rp. 600 juta dan atau penjara 6 tahun.

Sensitivitas Penerima Radio

Rx adalah kependekan dari “Receive” atau penerima. Semua radio mempunyai titik minimal, dimana jika sinyal yang diterima lebih rendah dari titik minimal tersebut maka data yang dikirim tidak dapat di terima. Titik minimal sensitifitas RX didefinisikan dalam dBm atau W.

Bagi sebagian besar radio, sensitifitas RX di definisikan sebagai level dari Bit Error Rate (BER). Biasanya kita mengunakan standard Bit Error Rate (BER) sama dengan 10^-5 (99.999%).

Pada peralatan WiFi, sensitifitas penerima ini biasanya dalam range -79 sampai -80-an dBm. Biasanya sinyal yang di terima lebih tinggi dari sensitifitas penerima dan akan berubah-ubah tergantung pada banyak factor.

Noise / derau harus jauh lebih rendah dari sensitifitas penerima. Para peralatan WiFi, noise / derau biasanya sekitar -90 sampai -96 dBm. Noise di definisikan sebagai sinyal yang tidak kita inginkan yang di terima oleh pesawat penerima kita.

Penguatan Antenna

Pada system radio / wireless, kita menggunakan antenna untuk mengkonversikan gelombang listrik menjadi gelombang elektromagnetik yang akan merambat di udara.

Penguatan antenna adalah besarnya penguatan energi yang dapat dilakukan oleh antenna pada saat memancarkan dan menerima sinyal. Penguatan antenna diukur dalam:

dBi: relative terhadap antenna isotropic (antenna titik).
dBd: relative terhadap sebuah antenna dipole.

Hubungan antara dBd dan dBi adalah sebagai berikut:

0 dBd = 2.15 dBi

Kita biasanya menggunakan dBi di perhitungan yang dilakukan.

Redaman

Dalam sebuah system komunikasi radio ada banyak hal yang memungkinkan terjadinya redaman pada kekuatan sinyal. Beberapa diantaranya adalah kabel, konektor, anti-petir, udara (free space), maupun berbagai halangan lain seperti pohon. Semua ini akan menyebabkan turunnya kemampuan jika tidak di install dengan baik.

Dalam system komunikasi “low power” seperti WiFi yang rata-rata hanya mempunyai daya pancar 30-100mW saja, maka setiap dB yang dapat kita hemat akan sangat penting artinya. Ingat “3 dB Rule”.

Untuk setiap 3 dB gain/loss kita akan double daya (gain) atau kehilangan setengah daya (loss). Contoh,

-3 dB = 1/2 daya (kehilangan setengah daya)
-6 dB = 1/4 daya (kehilangan seperempat daya)
+3 dB = 2x daya (double daya)
+6 dB = 4x daya (naik daya empat kali)

Radiasi Daya Pancar

Pemerintah maupun consensus komunitas kemungkinan besar akan menentukan batasan-batasan maksimum dari daya yang boleh di pancarkan dari antenna. Daya yang dipancarkan dari antenna dapat di ukur dengan dua (2) cara yaitu:

Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) dalam dBm = daya di input antenna [dBm] + penguatan antenna [dBi]

Effective Radiated Power (ERP) dalam dBm = daya di input antenna [dBm] + penguatan antenna [dBd]

Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) biasanya kita gunakan. Kita biasanya membatasi EIRP sekitar 36dBm. Di Indonesia, kita mengadopsi batasan EIRP yang berbeda bagi sambungan Point-to-Point (P2P) dan sambungan Point-to-Multi-Point (P2MP), menjadi 36 dBm dan 30 dBm.

Contoh perhitungan daya Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) TX Power Power Gain / Loss Power Antenna gain EIRP Legal? (Yes / No) 1 Watt (+30 dBm) -1 dB loss via 1 m coax + 29 dBm +6 dBi +35 dBm Yes 100 mW (+20 dBm) +14 dB Amplifier +34 dBm +8 dBi +42 dBm No 25 mW (+14 dBm) +14 dB Amplifier +28 dBm +8 dBi +36 dBm Yes

Propagasi di Udara (Free Space)

Pada saat sinyal meninggalkan antenna, sinyal akan berpropagasi atau lepas ke udara. Antenna yang kita gunakan akan menentukan bagaimana propagasi akan terjadi.

Pada frekuensi 2.4 GHz sangat penting sekali untuk menentukan agar jalur antara dua antenna ini tidak ada penghalang. Kita kemungkinan besar akan melihat adanya degradasi dari sinyal yang berpropagasi di udara jika ada hambatan di jalur. Pohonan, bangunan, tiang PLN, tower, gunung semua merupakan contoh dari penghalang.

Tetapi sebagian besar redaman dalam system wireless adalah redaman karena sinyal harus merambat diudara. Persamaan dari redaman Free Space (Free Space Loss / FSL) adalah sebagai berikut:

FSL(dB) = 32.45 + 20Log10F(MHz) + 20Log10D(km)

Free Space Loss pada jarak satu (1) km pada frekuensi 2.4 GHz adalah:

FSL(dB) = 32.45 + 20Log10(2400) + 20Log10(1)
= 32.45 + 67.6 + 0
= 100.05 dB

100+ dBm Free Space Loss (FSL) lumayan tinggi. Mengingat Effective Radiated Isotropic Power (EIRP) yang di ijinkan untuk terbang dari Antenna hanya 30-36 dBm. Oleh karenanya kita melihat sekitar –70 sampai –80 dBm daya yang di terima. Cukup sempit margin yang ada mengingat sensitifitas penerima hanya sekitar -85dBm.

Line of Sight

Memperoleh Line of Sight (LOS) yang baik antara antenna pengirim dan antenna penerima sangat penting sekali baik untuk instalasi Point to Point dan Point to Multipoint. Ada dua (2) jenis LOS yang biasanya harus di perhatikan dalam instalasi, yaitu:

Optical LOS – berhubungan dengan kemampuan masing-maisng untuk melihat. Radio LOS – berhubungan dengan kemampuan penerima radio untuk “melihat” sinyal dari pemancar radio.

Teori Fresnel Zone digunakan untuk mengkuantifikasi Radio Line of Sight. Bayangkan sebuah Fresnel Zone sebagai lorong berbentuk bola rugby dengan antenna pemancar & penerima di ujung-ujungnya.

Beberapa orang menggunakan consensus bahwa jika 60% dari Fresnel Zone di tambah tiga meter bebas dari halangan maka Radio LOS baik. Sebagian mengapopsi bahwa harus 80% dari Fresnel Zone tida ada yang menghalangi untuk memperoleh Radio LOS yang baik.

Jika ada halangan di wilayah Fresnel Zone maka performance system akan terganggu. Beberapa efek yang akan terjadi adalah:

1.Reflection (Refleksi). Gelombang yang menabrak merambat menjauhi bidang datar & mulus yang di tabrak. Multipath fading akan terjadi jika gelombang yang datang secara langsung menyatu di penerima dengan gelombang pantulan yang juga datang tapi dengan fasa yang berbeda.

2.Refraction (Refraksi). Gelombang yang menabrak merambat melalui bidang yang dapat memudarkan (scattering) pada sudut tertentu. Pada frekuensi di bawah 10GHz kita tidak terlalu banyak terganggu oleh hujan lebat, awan, kabut dsb. Redaman pada 2.4GHz pada hujan 150mm/jam adalah sekitar 0.01dB/km.

3.Diffraction (Difraksi). Gelombang yang menabrak melewati halangan dan masuk ke daerah bayangan.