perhitungan matematika wireless

Perhitungan Matematika Wireless

Akses internet dari kamar sewa/kost dengan biaya flat bulanan yang terjangkau tentunya sangat menyenangkan,apalagi bagi mahasiswa yang tugas-tugas kuliahnya memrlukan akses internet. Beberapa kota besar sudah ada ISP(Internet Service Provider) yang melayani koneksi internet personal via Wireless LAN

 (WLAN). Jika jarak ISP ke pelanggan cukup dekat, misalnya sekitar 100 m, tentu perangkat wireless Lan yang dibutuhkan tidak terlalu kompleks dan biaya yang harus dikeluarkan relatif terjangkau. Lain halnya jika jaraknya jauh, misalnya lebih dari 1 km, Tentu yang terbayang dipikiran anda adalah : Antena Grid ,Pigtail,AP client, Outdoor box POE,Tower, beberapa puluh meter kabel UTP,dan biaya Instalasi, Jika dirupiahkan tentu akan mencapai jutaan rupiah.Biaya ini tergolong berat bagi kebanyakan orang apalagi mahasiswa.

Sebagai solusi alternatif dari tulisan diatasmaka tulisan berikut akan membahas perangkat wireless client untuk membangun koneksi ke ISP via Wireless LAN, Menggunakan bahan atau peralatan yang realif terjangkau.Solusi tersebut ialah Antena Wajan Bolic dengan USB Wireless LAN Adapter.

Sebagai Pembuka, Saya mencoba memaparkan dasar-dasar komunikasi Wireless untuk menyederhanakan penyebutan Wireless LAN sering disebut WiFi (Wireless Fidelity)

Topologi Jaringan

Secara umum terdapat 2 jenis topologi jaringan wireless LAN yaitu Jaringan Infrastuktur dan jaringan Ad Hoc.

Jaringan Infrastuktur:

* Terdapat 1 buah Access Point (AP) yang terhubung jaringan kabel (Wired LAN)dan router untuk koneksi ke internet.
* PC pada jaringan kabel berkomunikasi dengan PC WLAN melalui AP, Demikian pula komunikasi antar PC WLAN.
* PC WLAN memerlukan perangkat WLAN dengan interface PCI, PCMIA, atau USB adapter.bisa juga menggunakan AP yang di setting pada mode client infrastucture/ Station Infrastucture.
* PC dalam jaringan kabel/ nirkabel bersama-sama mengakses internet melalui router.
* Kualitas saluran (Link Quality)antara AP ke client WLAN ditentukan oleh kekuatan sinyal (Sinyal Sterngth)yang diterima oleh wireless adapter pada PC client.

Jaringan Ad Hoc
*Antar PC dengan wireless Lan Adapter Berkomunikasi langsung pada akses Point.
Sebenarnya di tulisan ini terdapat gambarnya.Hanya saja tidak bisa ditaruh.
MAAAAAAAAAAAAFFFFFF ya!!!!!!! :>

POE (Power Over Ethernet)atau DC power Injector

Poe digunakan untuk mengumpankan tegangan DC dari Power Supply Indoor ke AP outdoor melalui kabel data UTP dgn konektor RJ 45 pada pin 1,2,3 dan 6,Sehingga pin 4,5,7 dan 8 dapat digunakan untuk menyalurkan tegangan DC.Data Pin konektor RJ 45 dan konfigurasi kabel UTP.
Klo mau liat gambarnya search ja di gugel kan banyak dengan key word POE!!!!!!!!!!!!
OK

dB dan dBm

DB adalah singkatan dari decibel, merupakan satuan perbandingan level sinyal. jika nilainya positif maka disebut factor penguatan (gain), jika nilainya negatif disebut redaman (loss).
Db dan Dbm .Dalam Link Budget ditemukan perhitungan yang menggunakan satuan dB dan dBm. sehingga sebelum melangkah lebih jauh perlu dipahami terlebih dahulu kedua satuan inc.

Perhitungan :
Jika Input = 1 watt, Output = 100 watt maka terjadi penguatan 100 kali
Jika Input = 100 watt Output = 50 watt maka terjadi redaman (loss) 1/2 daya
Jika dinyatakan dalam dB :
G = 10 log 100/1 = 20 dB
G =10 log 50/100 = -3 dB = 0 maka disebut redaman / loss 3 dB

dBW dan dBm adalah satuan level daya

dBW satuan level daya dengan referensi daya 1 watt

P(dBW) = 10 Log P(watt)/1 watt

dBm satuan level daya dengan referensi daya 1 mW = 10-3 watt

P (dBm) = 10 Log P(watt)/10-3 watt

Contoh :

1. 10 watt = ……. dbW

2. 100 watt = …… dBW

3. 1000 watt = ……. dBW

Jwb :

1. P (dBW) = 10 Log 10 watt/1 watt = 10 Log 10 = 10 dBW

2. P (dBW) = 10 Log 100 watt/1 watt = 10 Log 100 = 20 dBW

3. P (dBW) = 10 Log 1000 watt /1 watt = 10 Log 1000 = 30 dBW

Contoh :

1. 10 Watt = ……. dBm

2. 100 Watt = ……. dBm

3. 1000 Watt = ……. dBm

Jwb :

1. P(dBm) = 10 Log 10/10-3 = 10 Log 104 = 10*4 = 40 dBm

2. P(dBm) = 10 Log 100/10-3 = 10 Log 105 = 10*5 = 50 dBm

3. P(dBm) = 10 Log 1000/10-3 = 10 Log 106 = 10*6 = 60 dBm

Kesimpulan :

10 Watt = 10 dBW = 40 dBm

100 Watt = 20 dBW = 50 dBm

1000 Watt = 30 dBW = 60 dBm

Terlihat bahwa dari dBw ke dBm terdapat selisih 30 dB sehingga dapat

dirumuskan :

P (dBm) = P (dBW) + 30 atau,

P (dBW) = P (dBm) - 30

Contoh :

15 dbW = …. dBm == 15 + 30 = 45 dBm

60 dBm = …. dBW = 60 – 30 = 39 dBW

dBi satuan gain antenna dengan referensi antena isotropis yang memiliki gain = 1

G (dBi) = 10 Log Ga/Gi = Gi = 1

= 10 log Ga

Contoh :

Antena Colinear memiliki Gain 7 kali dibanding antenna isotropis. Berapa dBi

Gain antenna Colinear tsb?

G = 10 log 7 = 8.45 dBi

Contoh :

Antena Yagi memiliki gain 18 dBi

18 dB = Antilog 18/10 = 63.095 kali ~ 63 kali

Artinya gain antenna Yagi adalah 63 kali lebih besar dibandingkan antenna

Isotropis

Beberapa Contoh penggunaan satuan dB

Contoh 1 :

Sebuah Amplifier mempunyai gain = 20 dB, jika diberi input 10 dBm berapa

output amplifier tersebut?

Jawab :

Pout (dBm) = Pin(dBm) + G = 10 + 20 = 30 dBm

Contoh 2 :

Sebuah Amplifier dengan gain 30 dB, jika outputnya sebesar 45 dBm berapa

level inputnya?

Jawab :

Pout(dBm) = Pin (dBm) + G == Pin = Pout – G = 45 – 30 = 15 dBm

Contoh 3 :

Output amplifier sebesar 30 dBm akan dilewatkan kabel dengan redaman / loss 2

dB. Berapa level sinyal setelah melewati kabel?

Jawab :

Pout = Pin – L = 30 – 2 = 28 dBm

Contoh 4 :

Output RF amplifier sebesar 20 dBm akan diumpankan ke antenna parabolic

dengan Gain = 15 dB melalui kabel pigtail yang memiliki redaman / Loss 2 dB.

Berapa EIRP dari sinyal tsb.

Jawab :

EIRP = Po – L + Ga = 20 – 2 + 15 = 33 dBm

PARABOLIC ANTENA

JARAK TITIK FOCUS PARABOLIC

F = D^2/(16*d)

F : Jarak titik focus dari center parabolic dish

D : Diameter

d : kedalaman (depth)

D

d

F

Contoh :

Parabolic dish dg D = 70 cm, d = 20 cm maka jarak titik focus dari center dish :

F = D^2/(16*d) = 70^2 / (16*20) = 15.3 cm

Pada titik focus tsb dipasang ujung feeder. Untuk mendapatkan gain maksimum,

atur posisi feeder maju/mundur sampai didapatkan sinyal maksimum.

LEBAR BEAM / SUDUT PANCARAN (BEAMWIDTH) PARABOLIC

BW = ((3*10^8/f)*57.29)/D * √ἣ

BW : Beamwidth (deg)

f : frekuensi

d : diameter parabolic (m)

ἣ : Effisiensi antenna (0.5) kalo bagus, krn wajan pake aja : 0.35 ~ 0.4

Contoh :

Antena parabolic dg diameter (d) : 70 cm

Frekuensi : 2.4 Ghz = 2.4*10^9 Hz

Effisiensi : 0.4

BW : ?

Jwb :

BW = ((3*10^8/2.4*10^9)*57.29)/0.7*√ 0.4) *57.29 = 16.17 degrees

GAIN ANTENA PARABOLIC

G = 10 Log Eff + 20 Log f + 20 Log D + 20.4

G : Gain antenna parabolic (dB)

Eff : Efisiensi

f : frekuensi (GHz)

D : Diameter (m)

Contoh :

Diameter (d) : 70 cm (=0.7m)

Frekuensi (f) : 2.4 GHz

Effisiensi : 0.4

G = 10 Log 0.4 + 20 Log 2.4 + 20 Log 0.7 + 20.4 = 20.926 dB ~ 21 dB

Misalnya dalam praktek pembuatan hasilnya meleset 3 db : 21 – 3 = 18 dB (masih

lumayan)

REDAMAN RUANG BEBAS (FREE SPACE LOSS)

Lfs = 92.5 + 20 Log d + 20 Log f

Lfs : Redaman ruang bebas / Free Space Loss (dB)

d : Jarak (km)

f : Frekuensi (GHz)

Contoh :

Akan dibuat jaringan dari rumah ke kantor dg frekuensi 2.4 GHz dan jarak 10

km. Berapa redaman ruang bebas untuk jarak tsb?

Jwb :

Lfs = 92.5 + 20 Log 10 + 20 Log 2.4 = 120 dB

LINK BUDGET

Perhitungan link radio untuk menentukan apakah RF power yg dipancarkan

station A memenuhi syarat minimum level yg diperlukan setelah diterima di

station B, shg kedua station dapat berkomunikasi

Contoh :

Tx Power Station A : 20 dBm, Sensitivitas Receive station B : -83 dBm. Maka

station A dan B dapat berkomunikasi jika TX Power yg dipancarkan station A

setelah melewati freespace loss sesampai di station B levelnya -83 dBm atau lebih

besar

Misal :

Jika Rx Signal Level (RSL) di stasion B = - 70 dBm (>-83 dBm) maka A dan B

dapat berkomunikasi

Jika RSL di station B = - 90 dBm (<-83 dBm) maka A dan B tidak dapat

berkomunikasi

Jika diketahui parameter : Tx Power, Rx sensitivity, jarak kedua station, dan

frekuensi, maka :

· Redaman Ruang Bebas (Freespace Loss) dapat dihitung (berdasar jarak

dan frekuensi)

· Untuk membuat sinyal dari A sampai ke B tinggal menentukan Gain

antenna Tx (Gt) dan Gain Antena Rx (Gr).

Contoh :

Jarak rumah ke ISP = 10 km. Akan dibuat radio link dg frek 2.4 GHz

menggunakan sepasang WLAN dg Tx Power = 15 dBm, Rx Sensitivity = -83 dBm.

Antena parabolic yg digunakan di rumah Gt = 22 dB, antenna yg di ISP Gr = 19

dB. Loss / redaman) saluran transmisi dari WLAN ke Antena diabaikan.

Ptx

Lst Lsr

RSL

Gtx Grx

d (jarak)

f (frekuensi)

Rx sensv

Lfs = 92.5 + 20 Log d + 20 Log f

RSL = Ptx – Lst + Gtx – Lfs + Grx - Lsr

RSL >= Rx sensv

Station A Station B

Pertanyaan : Apakah A dan B dapat berkomunikasi?

Jwb :

Lfs = 92.5 + 20 Log f + 20 Log d

= 92.5 + 20 Log 2.4 + 20 Log 10

= 120 dB

RSL = Tx + Gt – Lfs + Gr

= 15 + 22 – 120 + 19

= - 64 dBm

· Lihat RSL (-64 dBm) > Rx Sensitivity (-83 dBm)

· RSL sebesar 19 dB lebih besar dari level minimum yg diperlukan shg A

dan B dapat berkomunikasi dg rate maksimum.

· Dalam praktek RSL 15 dB di atas Rx Sensitivity sudah cukup (disebut

fading margin atau Sistem Operating Margin)

CIRCULAR WAVEGUIDE

Jika jari-jari lingkaran penampang Circular Waveguide diketahui maka panjang

gelombang terbesar (frekuensi paling rendah) yang dapat dilewatkan dapat

dihitung dengan rumus berikut :

Frekuensi terendah = 3×108 / λo = 3×108 / 3.4r

CONTOH :

Kaleng susu dengan diameter 98 mm. Berapa frekuensi terendah yang dapat

dilewatkan melalui kaleng tersebut?

r

λ0 = 2 x Π x r

1.8414

= 3.4122 r = 3.4 r

Jawab :

r = D/2 = 98/2 = 46.5 mm = 0.0465 m

Frekuensi terendah = 3×108 / 3.4 x 0.0465 = 1897533206.83 = 1897.5 MHz

Jika kaleng susu di atas akan dibuat feeder untuk frekuensi 2437 MHz (Channel

6 Wifi) maka mountingnya adalah sebagai berikut :

Berapa λg/4 dan λ/4 ?

λ = 3 x 108 / 2437 x 106 = 123.1 mm

λ/4 = 123.1 / 4 = 30.775 mm ~ 30.5 mm

λ0 untuk kaleng diameter 98 mm adalah = 3.4 r = 3.4 x 46.5 = 158.1 mm

λg = λ

√1 – (λ/ λ0)2

(λ/ λ0)2 = (123.1 / 158.1)2 = 0.60625

1- (λ/ λ0)2 = 1- 0.60625 = 0.39375

√1 – (λ/ λ0)2 = √0.39375 = 0.6275

λg = 123.1 / 0.6275 = 196.1753 mm

λ g / 4 = 196.1753 / 4 = 49 mm

λ/

4

λg/4 D