Teknik Perhitungan Sistem Operating Margin (SOM)

Sebelum lebih lanjut membahas disain Wireless Metropolotan Area Network (MAN) ada baiknya kita selami cara menghitung margin daya untuk operasional radio. Salah satu kunci utama untuk melakukan perhitungan adalah mengerti konsep besaran dB sebagai besaran perbandingan daya. Rumus yang biasa digunakan untuk konversi dB dengan Watt atau mW, adalah:

dBm = ( 10 Log(Power Watts)) + 30

Watts = 10^((dBm - 30)/10)

MilliWatts = 10^(dBm/10)

Untuk memberikan gambaran daya pancar 15 dBm adalah 30 mW, daya pancar 20 dBm adalah 100 mW.

Cara sederhana untuk membatasi ruang lingkup aplikasi WLAN adalah dengan membatasi daya pancar. Secara hukum daya pancar sinyal di Antenna yang di ijinkan adalah 36 dBmW, artinya jika anda menggunakan antenna parabola 24dBi anda hanya boleh menggunakan peralatan WLAN dengan daya sekitar 15 dBm (sekitar 30 mW saja). Umumnya peralatan WLAN yang ada di pasaran mempunyai daya pancar antara 15-20 dBm (30-100 mW).

Radiasi pancaran di antenna biasanya di ukur dengan Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) yang di ukur dalam dBm. Pada kesepakatan yang ada, rekan-rekan IndoWLI tampaknya cenderung untuk sepakat EIRP yang diijinkan adalah 36dBm. EIRP yang merupakan daya yang di radiasikan di ujung antenna, dapat dihitung dari:

EIRP (dBm) = TX Power – TX Cable Loss + TX Antenna Gain.

Dengan di batasinya EIRP sebesar 36dBm, dan rata-rata loss di kabel coax & konektor sebesar 5 dB. Maka jika kita menggunakan antenna parabola 21 dBi, daya pancar yang dapat digunakan hanya 20 dBm (100 mW). Artinya, penggunaan power amplifier menjadi sangat di haramkan, bisa-bisa anda terkena denda Rp. 600 juta dan atau penjara 6 tahun sesuai pasal 55 UU36/1999.

Untuk menentukan Sistem Operating Margin (SOM), kita harus melihat Free space loss-FSL, Margin Sistem Operasi, Sensitivitas penerima (Rx), Antenna gain dan Cable loss. Konsep perhitungan dicoba diperlihatkan dalam Gambaran umum sistem di atas.

Free Space Loss (FSL) adalah loss (kerugian) yang terjadi dalam sambungan komunikasi melalui gelombang radio dapat diformulasikan sebagai berikut:

FSL = 20 LOG10(Frek, dalam MHz) + 20 LOG10(Jarak, dalam mil) + 36.6.

Dari perhitungan sederhana di atas, maka untuk jarak 5 km dan frekuensi 2400 MHz (2.4 GHz), FSL = 114 dB

Selanjutnya yang perlu di hitung adalah Margin Sistem Operasi (System Operating Margin – SOM) agar sistem dapat tetap bekerja dengan baik. Formula yang perlu di perhatikan sebetulnya sangat sederhana yang hanya membutuhkan kemampuan tambah kurang saja, yaitu:

SOM = Rx signal level - Rx sensitivity.

Rx signal level = Tx power - Tx cable loss + Tx antenna gain – FSL

+ Rx antenna gain - Rx cable loss.

Agar aman dari gangguan radio seperti Fading, Multipath dll. maka margin sistem operasi sebaiknya minimal 15dB. Sensitifitas radio IEEE 802.11b pada umumnya memiliki Rx sensitivity = -77 dBm. Jika kita menggunakan antenna dipole maka Tx / Rx antenna gain adalah 3 dBi. Beberapa rekan terutama di WARNET banyak menggunakan antenna parabola untuk menaikan Tx / Rx antenna gain menjadi 24 dBi. Untuk built-in antenna maka Tx / Rx cable loss = 0 dB. Untuk instalasi di WARNET yang berada diluar gedung, maka Tx / Rx cable loss bisa mencapai 5 dB. Dari perhitungan di atas, untuk nano sel dengan Tx/Rx antenna 3dB & cable loss 0dB, maka akan di peroleh Tx power 14 dBm atau 25 mW. Dengan demikian peralatan access point yang berbasis 802.11b yang ada saat ini sudah sesuai/cocok untuk kebutuhan nano sel di atas karena kebanyakan beroutput 25-50 mW. Untuk keperluan WARNET jika di hitung dengan baik, maka untuk jarak 5-7 km kita membutuhkan peralatan IEEE 802.11b pada 2.4 GHz dengan daya sekitar 20 dBm atau 100 mW.

Bagi anda pengguna WaveRider (http://www.waverider.com) proses perhitungan sangat dimudahkan dengan fasilitas tool dalam bentuk file excel. Dalam tool tersebut kita dapat dengan mudah menghitung System Operating Margin (SOM), seperti diperlihatkan pada gambar. Kita tinggal memasukan tipe antenna, jenis peralatan Waverider yang kita gunakan, panjang antenna, jarak dll maka akan tampak berapa SOM, Freshnel Zone Clearence (FC) dll.

Kebetulan sekali tool tersebut tidak hanya menyediakan perhitungan untuk SOM & FZC saja, tapi juga perhitungan untuk menentukan arah & elevasi antenna dari masing-masing node. Hal ini sangat membantu, jika kita di lengkapi dengan peralatan Global Positioning System (GPS) yang memberikan informasi lokasi (ketinggian, lintang & bujur) maka dengan memasukan informasi lokasi tersebut, arah antenna & elevasi antenna dapat di hitung secara langsung. Informasi lain yang juga di bawa oleh software tersebut adalah perhitungan ketinggian antenna yang bertumpu Zpada perhitungan FZC.