## ANALISA CAKUPAN AREA DAN KAPASITAS PENGGUNA PADA PENGUKURAN KUAT SINYAL UNTUK JARINGAN GSM 900 MHZ
Taqwa Nur 1 , Syahfrizal Tachfulloh 2
1,2 Teknik Elektro, Universitas Borneo Tarakan, Tarakan, Kalimantan Utara, Indonesia
1 taqwa_nur92@yahoo.co.id
2 rizalubt@gmail.com
Abstract — Global Syistem and Mobile Communications or GSM  short  ordinary  character  is  a  digital  technology,  has details  of  modulation  and  architecture  of  the  network  and service level at a frequency of 900 MHz, 1800 MHz, and 1900 MHz  (Cellular  Frequency  in  Indonesia,  Pacific  Wave- Indonesia,  2007).  PT.  Telkomsel  as  the  first  GSM  mobile telecommunications  operator  in  Indonesia,  to  date  total cellular  subscribers  of  Telkomsel  is  the  largest  in  Indonesia. Along  the rapid  increase  of  mobile service  users,  the demand for  increased  capacity  of  mobile  service  users  is  also increasing,  especially  in  urban  areas.  It  is  necessary  for planning the coverage area and the calculation of the correct capacity  in  order  to  improve  services  to  users  of  mobile services.
In  this  study  the  authors  used  three  methods,  namely, Cost-231, Free Space, and Stanford Univercity Interim (SUI). The third method is used as the calculation of path loss on the network.  Where  the  path  loss  calculation  results  in  all  three methods  are  used  as  a  reference  in  determining  the  coverage area and capacity planning of the GSM network.
Results  of  the  calculations  show  that  the  three  methods, cost-231  is  the  method  most  suitable  for  use  in  the  town  of Tarakan, it is shown from the calculation RMSE (Root Mean Square  Error)  in  which  the  obtained  value  of  loss  is  the smallest on the cost-231 is 8.138 dB whereas free space 24.967 dB and SUI 43.914 dB.
Keywords — GSM 900 MHz, Path Loss, Coverage Area and User Capacity.
Intisari — Global  System  and  Mobile  Communication atau  biasa  singkat  GSM  merupakan  sebuah  teknologi bersifat  digital,  memiliki  rincian  modulasi  dan  arsitektur ditingkat  jaringan  dan  layanan  pada  frekuensi  900  MHz, 1800 MHz, dan 1900 MHz (Cellular Frequency in Indonesia, Pasific  Wave-Indonesia,  2007).  PT.  Telkomsel  sebagai operator telekomunikasi seluler GSM pertama di Indonesia, sampai  saat  ini  total  pelanggan  seluler  Telkomsel  masih yang  terbesar  di  Indonesia.  Seiring  bertambah  pesatnya pengguna layanan seluler, permintaan peningkatan kapasitas  pengguna  layanan  seluler  juga  bertambah, khususnya  pada  area  perkotaan.  Untuk  itu  diperlukan perencanaan cakupan area dan perhitungan  kapasitas yang benar  agar  dapat  meningkatkan  pelayanan  kepada  para pengguna layanan seluler.
Pada  penelitian  ini  penulis  menggunakan  tiga  metode yaitu, Cost-231 , Free Space ,  dan Stanford University Interim (SUI).  Ketiga  metode  ini  digunakan  sebagai  perhitungan path loss pada jaringan. Dimana hasil perhitungan path loss pada  ketiga  metode  tersebut  dijadikan  acuan  dalam menentukan  perencanaan  cakupan  area  dan  kapasitas pengguna jaringan GSM.
Hasil pada perhitungan menunjukkan bahwa dari ketiga metode, cost-231 merupakan  metode  yang  paling  cocok digunakan  di  kota  Tarakan,  hal  ini  ditunjukkan  dari perhitungan  RMSE  ( Root  Mean  Square  Error )  dimana didapatkan  nilai loss paling  kecil  pada cost-231 yaitu  8,138 dB sedangkan pada free space 24,967 dB dan SUI 43,914 dB.
Kata Kunci — GSM 900 MHz, Path Loss, Cakupan area dan Kapasitas Pengguna.

## I. PENDAHULUAN
Salah  satu  sistem  telekomunikasi  yang  banyak digunakan  saat  ini  adalah  sistem  telekomunikasi  pada jaringan GSM. Global System and Mobile Communication atau  biasa  singkat  GSM  merupakan sebuah  teknologi  bersifat digital,  memiliki  rincian modulasi  dan  arsitektur  ditingkat  jaringan  dan  layanan pada  frekuensi  900  MHz,  1800  MHz,  dan  1900  MHz (Cellular Frequency in Indonesia , Pacific Wave- Indonesia , 2007 ) . PT.  Telkomsel  sebagai  operator telekomunikasi seluler  GSM  pertama  di  Indonesia,  sampai  saat  ini  total pelanggan  seluler  Telkomsel  masih  yang  terbesar  di Indonesia,  yakni  sekitar  125  juta  (Kenny  Pratama  Putra, 2014). Banyaknya pelanggan seluler Telkomsel menujukkan pengguna sistem komunikasi GSM berkembang  dengan  pesat,  seiring  bertambah  pesatnya pengguna  layanan  seluler,  permintaan  peningkatan kapasitas  pengguna  layanan  seluler  juga  bertambah, khususnya  pada  area  perkotaan.  Untuk  itu  diperlukan perencanaan cakupan area dan perhitungan kapasitas yang benar  agar  dapat  meningkatkan  pelayanan  kepada  para pengguna layanan seluler.
Pada penelitian  ini penulis akan  menentukan cakupan area  dan  kapasitas  dengan  menggunakan  metode Free Space , Cost-231 ,  dan Stanford  University Interim (SUI). Dari  beberapa  metode  ini  nantinya  masing-masing  akan menghasilkan nilai  path  loss, dimana  dari  hasil  tersebut akan  dijadikan  acuan  untuk  melakukan  perhitungan  dan analisa  pada  cakupan  area  dan  kapasitas  pengguna  pada jaringan GSM.

## II. METODE PENELITIAN
Tempat  pelaksanaan  penelitian  dilakukan  di  Fakultas Teknik  Universitas  Borneo  Tarakan,  dengan  tahapan- tahapan penelitian sebagai berikut :
1. Data  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  merupakan data  sekunder  yang  diambil  dari  penelitian  terdahulu. Dimana data tersebut didapat dari PT. Telekomunikasi Selular  Regional  Kalimantan  Cabang  Tarakan. Adapun  data  yang  dibutuhkan  antara  lain  nilai loss propagasi  pada  daerah  sub  urban,  nilai  Frekuensi Carrier ,  Tinggi  BTS , Tinggi  antena mobile  station, dan jarak Tx – Rx.
2. Mendapatkan nilai EIRP.
3. Melakukan perhitungan path loss .
4. Setelah  melakukan  perhitungan path  loss ,  kemudian akan  menentukan  dan  menampilkan  grafik  dari masing-masing pemodelan.
5. Menghitung  RMSE  ( Root  Mean  Square  Error ).
Tujuan  menghitung  RSME  adalah  untuk  mencari koefisien  sehingga  memperkecil  adanya  kesalahan kuadrat  rata-rata.  RMSE  dapat  dinyatakan  sebagai berikut:
(1)
Dimana:
Pengukuran Path Loss Perkiraan Path Loss Jumlah Titik Data yang Diukur
6. Selanjutnya  adalah  melakukan  perhitungan  cakupan daerah  dan  kapsitas  pada  jaringan  GSM  dari  masing- masing pemodelan yang dipakai, setelah itu menampilkan grafik.
7. Langkah  terakhir  yang  akan  dilakukan  adalah menganalisa  apa  yang  telah  didapat  dari  hasil perhitungan  dan  hasil  dari  grafik  yang  akan ditampilkan.  Dan  kemudian  menentukan  pemodelan yang terbaik pada penelitian ini.
A. Arsitektur GSM
Karakteristiknya  yang open  standard  interface
(memungkinkan
vendor-vendor untuk ikut mengembangkan instrumennya pada sisi jaringan network ), jangkauan luas ( roaming access ), interoperabilitas serta  kemudahan  penggunaan  SIM card pada handset yang  berbeda  tanpa  mengurangi  fungsi konektivitasnya  ini  merupakan  beberapa  faktor  yang menyebabkan  perkembangan  jaringan  GSM  sedemikian pesat pada kurun waktu beberapa tahun terakhir [2].
Gambar. 1 Layout generic dari jaringan GSM
Arsitektur  jaringan  GSM  terdiri  dari  3  komponen utama yaitu:
1. Mobile Station
2. Base Station Subsystem (BSS)
3. Network Sub System (NSS)
B. Path Loss Path  loss adalah  suatu  metode  yang  digunakan  untuk mengukur suatu loss yang disebabkan oleh cuaca, kontur tanah  dan  lain-lain,  agar  tidak  menggangu  pemancaran antar  dua  buah  antena  yang  saling  berhubungan.  Nilai path  loss menunjukkan  level  sinyal  yang  melemah  yang disebabkan  oleh  propagasi free space seperti refleksi , difraksi ,  dan scattering . Path  loss sangat  penting  dalam perhitungan link budget, ukuran cell , ataupun perencanaan frekuensi.  Faktor-faktor  yang  mempengaruhi  nilai  level daya dan path loss adalah jarak pengukuran antara Tx dan Rx,  tinggi  antena  (Tx  dan  Rx),  serta  jenis  area pengukuran [4].
Persamaan untuk menghitung path loss :
(2)
Dimana : Path Loss (dB) Effective isotropic radiated power Received Power (dB)
C. EIRP ( Effective Isotropic Radiative Power ) EIRP  adalah  total  energi  yang  di  keluarkan  oleh sebuah transmitter dan  antena.  Saat  sebuah transmitter mengirim energinya ke antena untuk dipancarkan, sebuah kabel  mungkin  ada  diantaranya.  Beberapa  pengurangan besar  energi  tersebut  akan  terjadi  di  dalam  kabel.  Untuk mengimbangi  hal  tersebut,  sebuah  antena  menambahkan power/Gain ,  dengan  demikian power bertambah.  Jumlah penambahan  power  tersebut  tergantung  tipe  antena  yang digunakan. FCC ( The Federal Communications Commission ) dan ETSI ( The European
Telecommunications  Standards  Institute )  mengatur  besar power yang  bisa  dipancarkan  oleh  antena.  EIRP  inilah yang  digunakan  untuk  memperkirakan  area  layanan sebuah alat jaringan [3].
Rumus dari EIRP :
EIRP  =  Power  Output  Transmitter  (AP)  –  Cable  loss  + Antena Gain (3) D. Model Propagasi Penggunaan model-model propagasi sangat
bermaanfaat  untuk  menentukan  berapa  banyak Cell  Site (BTS)  yang  diperlukan  untuk  memenuhi  cakupan  suatu jaringan.  Model-model  propagasi  membantu  menentukan dimana  BTS-BTS  harus  diletakkan  untuk  memperoleh posisi  yang optimal dalam  jaringan. Performansi  jaringan dipengaruhi  oleh  model  propagasi  yang  dipilih,  karena model tersebut digunakan untuk prediksi interferensi [5].
Adapun  model  propagasi  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah free Space (FSPL), Stanford University Interim (SUI), dan Cost-231.
1. Free Space (FSPL)
FSPL  adalah  penurunan  kekuatan  sinyal  yang dihadapi oleh gelombang elektromagnetik, yang dihasilkan  dari line-of-sight melalui  ruang  bebas.  Dalam konteks  ini, line-of-sight bebas  dari  penghalang  dan hambatan,  baik  secara  alami  maupun  buatan  manusia yang  mungkin  menyebabkan refleksi atau difraksi .  FSPL dinyatakan dalam satuan dB, sebagai berikut :
(4) Dimana : Frekuensi (MHz)
Jarak (km)
2. Stanford University Interim (SUI) Standar  yang  diusulkan  untuk  pita  frekuensi  dibawah
11  GHz  berisi  model  saluran  yang  dikembangkan  di Stanford  University .  Model  SUI  diklasifikasikan  menjadi 3  jenis  medan,  yaitu  A,  B,  dan  C.  Tipe  A  dikaitkan dengan path  loss maksimum  dan  cocok  untuk  medan berbukit. Tipe C dikaitkan dengan path loss minimum dan cocok  untuk  medan  datar  dengan  kepadatan  pohon.  Tipe B  ditandai  dengan  sebagian  besar  medan  datar  dengan kepadatan  pohon  atau  medan  berbukit  dengan  kepadatan pohon. Persamaan dasar path loss dengan faktor koreksi :
(5)
Dimana d adalah  jarak  dalam  meter  antara  penerima dan  (BS),  d 0 =  100m  dan  s  adalah  log  faktor  yang biasanya  memberikan  bayangan  memudar  akibat  dari pohon dan mengacaukan yang lainnya; nilainya bervariasi antara  8.2  dan  10.6  dB,  parameter  lainnya  yang didefinisikan sebagai berikut (Rekawt S. Hassan, 2014) :

## (6)
(7)

## Dimana
Base  Station (BS)  ketinggian  diatas  tanah  (harus antara 10 dan 80 m).
Path Loss eksponen.
Nilai-nilai  yang digunakan untuk konstanta A, B, dan C terdapat pada tabel I berikut.
Tabel I Nilai konstanta yang digunakan pada medan A, B, dan C Parameter Medan A Medan B Medan C A 4,6000 4,0000 3,6000 B (m-1) 0,0075 0,0065 0,0050 C (m) 12,6000 17,1000 20,0000
Untuk tipe  medan path  loss eksponen ditentukan oleh h b . Faktor  koreksi  model  untuk  operasi  frekuensi  dan tinggi antenna penerima adalah :
; (8) ; untuk jenis medan a dan b  (9) ; untuk jenis medan c (10)
Dimana f (MHz)  adalah  frekuensi  dan h r (m)  adalah tinggi  antena  penerima  di  atas  tanah.  Model SUI digunakan  untuk  memprediksi path  loss pada  tiga lingkungan  yang  yaitu  pedesaan,  pinggiran  kota  dan perkotaan.
3. Cost -231 Cost- 231 dirancang  untuk  digunakan  dalam  rentan frekuensi  1500  MHz sampai  2  GHz.  Model  ini menggabungkan faktor koreksi untuk perkotaan, pinggiran kota dan lingkungan pedesaan. Persamaan dasar path loss dalam dB dinyatakan sebagai berikut :
P L = 46,3 + 33,9 log 10 (ƒ) – 13,82 log 10 ( h b ) – ah r + (44,9 – 6,55 log 10 ( h b ) log 10 d + C (11)
Parameter  C  =  0  dB  untuk  perkotaan  dan  lingkungan pinggiran  kota.  Sedangkan  C  =  3dB  untuk  lingkungan perkotaan.  Untuk  semua  parameter  adalah, h b (30-200m) dan h r (1-10m)  [6],[7].

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Simulasi Pemodelan
Tabel II Parameter yang digunakan pada simulasi Parameter Value Frekuensi (BTS 1) 946,2 MHz (BTS 2) 945,8 MHz (BTS 3) 946,8 MHz Tinggi Antena 30 m Tinggi Penerima 1,5 m Tenaga transmisi 20 w Rugi-rugi kabel 1,65 dBm Gain Antena 18 dBm EIRP 43 dBm Chip Rate 3,84 Mbps Shadow fading loss 8,7Db
B. Hasil Perhitungan Dari  parameter-parameter  yang  telah  didapat  akan dilalakukan  perhitungan  path  loss,  dimana  pada perhitungan path loss ini menggunakan tiga metode yaitu, free space , SUI, dan cost-231 .
1. Perhitungan Path Loss dengan metode free space Contoh perhitungan untuk Free Space : Dengan 946,2 MHz 0,10 km Penyelesaian :
= = 71,97 dB
Tabel III Hasil Perhitungan Path Loss Menggunakan Pemodelan Free Space d(km) Free Space Path Loss (dB) BTS 1 (946,2 MHz) BTS 2 (945,8 MHz) BTS 3 (946,8 MHz) 0,10 71,97 71,97 71,98 0,30 81,51 81,51 81,52 0,50 85,95 85,95 85,95 0,70 88,87 88,87 88,88 0,90 91,05 91,05 91,06 1,10 92,80 92,79 92,80 1,30 94,25 94,24 94,25 1,50 95,49 95,49 95,50 1,70 96,58 96,57 96,58 1,90 97,54 97,54 97,55 2,10 98,41 98,42 98,42 2,30 99,20 99,20 99,21 2,50 99,93 99,92 99,93
Tabel  III  merupakan  hasil  perhitungan  path  loss menggunakan metode free space dimana didapatkan nilai- nilai  path  loss  dari  BTS  1 – BTS  3  dari  jarak 10  meter sampai dengan 2,5 km.
2. Perhitungan Path Loss dengan Metode SUI Contoh perhitungan path loss untuk pemodelan SUI : Dengan   = 946,2 MHz
= 30 Meter
= 1,5 Meter = 100 Meter = 0,317 Meter = 20 )
= = = -10,8 Penyelesaian Tabel IV Hasil perhitungan path loss menggunakan pemodelan SUI d(km) SUI (dB) BTS 1 (946,2 MHz) BTS 2 (945,8 MHz) BTS 3 (946,8 MHz) 0,10 111.96 111,96 111,97 0.30 132.84 132,83 132,85 0.50 142.54 142,54 142,55 0.70 148.94 148,93 148,94 0.90 153.71 153,71 153,72 1.10 157.52 157,52 157,53 1.30 160.70 160,70 160,71 1.50 163.42 163,41 163,42 1.70 165.80 165,79 165,80 1.90 167.91 167,91 167,92 2.10 169.81 169,81 169,82 2.30 171.54 171,54 171,55 2.50 173.12 173,12 173,13
Tabel  IV  merupakan  hasil  perhitungan path  loss menggunakan  metode  SUI  dimana  didapatkan  nilai-nilai path loss dari BTS 1 – BTS 3 dari jarak 10 meter sampai dengan 2,5 km.
3. Perhitungan Path Loss dengan Metode Cost-231 Contoh perhitungan path loss untuk Cost-231
Dimana = 946,2 MHz
= 30 meter = 1,5 meter
=
= = = Penyelesaian Tabel V
Hasil perhitungan Path Loss menggunakan Cost-231 d(km) COST-231 (dB) BTS 1 (946,2 MHz) BTS 2 (945,8 MHz) BTS 3 (946,8 MHz) 0,10 81,45 81.45 81.46 0.30 98,26 98.26 98.27 0.50 106,08 106.07 106.08 0.70 111,22 111.22 111.23 0.90 115,07 115.06 115.08 1.10 118,14 118.13 118.14 1.30 120,69 120.69 120.70 1.50 122,88 122.88 122.89 1.70 124,80 124.79 124.80 1.90 126,50 126.49 126.51 2.10 128,03 128.02 128.04 2.30 129,42 129.42 129.43 2.50 130,70 130.69 130.70
Tabel  V  merupakan  hasil  perhitungan path  loss menggunakan  metode cost-231, dimana  didapatkan  nilai- nilai path  loss dari  BTS  1 – BTS  3  dari  jarak 0,1  km sampai dengan 2,5 km.
Setelah  menghitung path  loss dari free  space ,  SUI, dan cost-231 selanjutnya  adalah  menentukan  data path loss jaringan  GSM  Telkomsel  di  kota  Tarakan. Sebelumnya perlu diketahui dulu nilai-nilai EIRP dan P r , nilai-nilai tersebut merupakan data sekunder yang diambil dari  penelitian  terdahulu  [1].  Dimana  data-data  tersebut didapat  dari  PT.  Telekomunikasi  Selular  Regional Kalimantan Cabang Tarakan.
Contoh  hasil  perhitungan path  loss jaringan  GSM Telkomsel di Tarakan.
Dimana EIRP = 43 P R
= -43
Penyelesaian : P L = EIRP ‒ P R
= 43 ‒ ( ‒ 43) = 86 dB
Tabel VI Hasil perhitungan Path Loss Jaringan GSM Telkomsel di Kota Tarakan d(k m) PT_B TS1 PL_B TS1 PT_B TS2 PL_B TS2 PT_B TS3 PL_B TS3 0,1 -43 86 -41 84 -45 88 0,3 -55 98 -61 104 -57 100 0,5 -59 102 -65 108 -67 110 0,7 -68 111 -64 107 -71 114 0,9 -67 110 -68 111 -73 116 1,1 -64 107 -82 125 -80 123 1,3 -68 111 -83 126 -77 120 1,5 -69 112 -89 132 -86 129 1,7 -76 119 -91 134 -94 137 1,9 -76 119 -90 133 -89 132 2,1 -83 126 -89 132 -88 131 2,3 -91 134 -109 152 -93 136 2,5 -104 147 -106 149 -96 139 1,7 -76 119 -91 134 -94 137
Tabel VI menunjukan hasil pengukuran path loss pada jaringan  GSM  Telkomsel  kota  Tarakan.  Pada  tabel terdapat  nilai P r yang  didapat  dari  PT.  Telekomunikasi Selular  Regional  Kalimantan  Cabang  Tarakan.mulai  dari BTS  1-BTS  3  yang  diukur  dari  jarak  0,1  km  sampai dengan 2,5 km.

## IV. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Dari hasil perhitungan path loss yang dilakukan dapat disimpulkan  bahwa  dari  ketiga  pemodelan  yang dipakai  yaitu free  space ,  SUI,  dan cost-231 ternyata pemodelan  yang  paling  cocok  digunakan  di  kota Tarakan  diantara  ketiga  pemodelan  tersebut  adalah cost-231 .  Hal  ini  bisa  dilihat  pada  table  4.6  hasil perhitungan RSME.
2. Pada  hasil  perhitungan  yang  telah  dilakukan menggunakan metode  free space,  cost-231 ,  dan  SUI dapat  diambil  kesimpulan  bahwa  semakin  besar jarak antara  BTS  dengan  penerima,  maka  semakin  besar path  loss yang  dihasilkan.  Tetapi  pada  hasil pengukuran menggunakan data dari PT. Telekomunikasi  cabang  Tarakan  menunjukkan  nilai yang berbeda.
3. Hasil  perhitungan  juga  menunjukkan  bahwa  semakin besar path  loss yang  dihasilkan  maka  kapasitas pengguna  yang  sedang  melakukan  komunikasi  akan berkurang sedangkan pada hasil pengukuran menunjukkan nilai yang berbeda.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  penulis  ucapkan  kepada  segenap  pihak yang  secara  langsung  maupun  tidak  langsung  telah berkontribusi  baik terhadap proses penyusunan tulisan ini maupun dalam proses publikasinya. Terima kasih kepada para  author  yang  naskahnya  penulis  jadikan  sebagai referensi.

## REFERENSI
[1] Eka  Riskayadi,  (2015),  “ Pemodelan  Path  Loss  Dengan Menggunakan Perambatan Okumura-Hatta Untuk Jaringan GSM di Tarakan”
[2] COST  231  report,  (1999),  “ Digital  Mobile  Radio  towards Future Generation Systems ”.
[3] Lee J.S and Miller L.E, (1998), “ CDMA system Engineering Handbook, Artech House ”.
[4] Lina  Mubarokah,  (2009), Pengukuran  dan  Perhitungan Path  Loss  Eksponen Untuk  Cluster  Residences,  Central Business  Distric  (CBD)  dan  Perkantoran di    Daerah Urban, ITS, Surabaya .
[5] Rekawt  S.  Hassan,  T.  A.  Rahman,  A.  Y.  Abdulrahman, (2014),  “ LTE  Coverage  Network Planning  and Comparison with Different Propagation Models ”.
[6] Liang  Guo,  Jie  Zhang  and  Carsten  Maple,  (2013), “ Coverage  and  Capacity Calculations  for  3G  Mobile Network Planning ”.
[7] Pratama  Putra,  K.  (2014),  “ Analisis  Performance Jaringan  2g  Global  System For  Mobile  Comunication (Gsm)  Frekuensi  900  Mhz  Dan1800  Mhz  Berdasarkan Data Drive Test di Pt. Telkomsel Padang ”.