## Pengaruh Penggunaan Teknik Antena Multi Input Multi Output (MIMO) Terhadap Perfomansi Jaringan  4G LTE Frekuensi 1800 MHz
Maria Ulfah 1 Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Elektronika
Politeknik Negeri Balikpapan  Jl.Soekarno Hatta Km.8 Balikpapan maria.ulfah@poltekba.ac.id
Andi Sri Irtawaty 2
Jurusan Teknik Elektro,
Program Studi Teknik Elektronika,
Politeknik Negeri Balikpapan, Jl.Soekarno Hatta Km.8 Balikpapan andi.sri@poltekba.ac.id
Abstract — Long  Term  Evolution (LTE)  merupakan teknologi generasi ke empat (4G) yang dikembangkan oleh 3rd Generation Partnership  Project (3GPP). LTE mampu memberikan  kecepatan downlink sampai  dengan  100  Mbps dan  uplink  50  Mbps.  Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan penentuan  perfomansi  pada  rancangan  jaringan  4G  LTE Frekuensi  1800  MHz  dengan  menggunakan  antenna  MIMO 2X2,  4x4  dan  8x8. Perfomansi  jaringan  4G  LTE yang  diamati melalui  parameter best signal level ,  nilai  C/  (N+I), throughput , RSRP dan BLER dari perancangan yang telah dilakukan.
Penggunaan  antena  MIMO  2x2,  memiliki  jangkuan  area 717,258  km 2 ,  signal  level  -69.72  dBm,  C/(N+I)    5.08  dB, throughput    11,803.4  kbps,  RSRP    sebesar  -115.88  dBm  dan BLER  0.03.  Penggunaan  antena  MIMO  4x4,  memiliki jangkuan  area  726,432  km 2 ,  signal  level  -69.5  dBm,  C/(N+I) 5.58  dB,  throughput    11,803.01  kbps,  RSRP    sebesar  -115.64 dBm  dan  BLER  0.02.  Penggunaan  antena  MIMO  8x8, memiliki  jangkuan  area  726,432  km 2 ,  signal  level  -69.5  dBm, C/(N+I)    6.1  dB,  throughput    12,564.1  kbps,  RSRP    sebesar  - 115.64 dBm dan BLER 0.02. Pada penggunaan antena MIMO 2x2  ,  4x4  dan  8x8    dari  jangkauan  area,  ketiga  jenis  nya tersebut dapat menjangkau wilayah Balikpapan.
Kata kunci: 4G LTE, , MIMO, signal level, RSRP
I. P ENDAHULUAN ( H EADING 1 )
LTE  merupakan  kelanjutan  dari  teknologi  generasi  ketiga (3G) WDCMAUMTS. Bandwidth LTE adalah dari 1,4 MHz hingga  20  MHz.  Tujuan  desain  LTE  yaitu  untuk meningkatkan  efisiensi  spektrum  pada  jaringan,  sehingga memungkinkan  operator  untuk  menyediakan  lebih  banyak paket  data  pada  suatu bandwidth [1].  Salah  satu  komponen pendukungnya  yaitu  dari  segi  transmisi.  Dibutuhkan  sistem transmisi  yang  sesuai  dengan  karakteristik  LTE.  Perangkat transmisi  yang  dimaksud  adalah  antena.  Antena  mikrostrip dipilih  karena  murah  dalam  pabrikasi,  bobotnya  ringan  dan dimensinya  relatif  kecil.  Dalam  teknologi  LTE,  banyak teknik  yang dapat  meningkatkan kualitas performansi  LTE, salah satunya adalah teknik antena MIMO yang merupakan sistem  jamak  antena  baik  di  sisi transmitter maupun  di  sisi receiver .
Antena  adalah  suatu  alat  yang  mengubah gelombang  terbimbing  dari  saluran  transmisi  menjadi gelombang  bebas  di  udara  dan  sebaliknya.  Pada  sistem komunikasi radio diperlukan adanya antena sebagai pelepas energi  elektromagnetik  ke  udara  atau  ruang  bebas,  atau sebaliknya sebagai penerima energi itu dari ruang bebas.
Antena  menurut  IEEE  (IEEE  Std  145-1983)  “ antenna is a means for radiating or receiving radio waves ”. Antena memiliki fungsi:
• Matching  device yaitu  sebuah  perangkat  yang memiliki  tingkat  penyesuaian  yang  baik  antara  saluran transmisi  dengan  ruang  bebas,  atau  secara  lebih  spesifik apabila  impedansi  saluran  sistem transceiver “ matched ” dengan impedansi radiasi antena tersebut.
• Directional  device yaitu  mengarahkan  atau mengkonsentrasikan  daya  elektromagnetik  ke  arah  yang diinginkan dan menekan radiasi ke arah lainnya
Sistem Multiple  Input  Multiple  Output(MIMO) merupakan  sistem  yang  terdiri  dari  sejumlah  terminal (antena)  pengirim  dan  penerima.  MIMO  menawarkan  cara lain untuk memperbesar kapasitas sistemnya.

## Gambar 1. Sistem MIMO
Sumber: http://sipendiagnosa.blogspot.com/2015/10/ [2]
Teknologi  MIMO  hadir  sebagai  pengembangan  dari teknologi  wireless  biasa  yang  menggunakan Single  Input Single Output (SISO). Teknologi wireless konvensional yang biasa  digunakan  hanya  menggunakan  satu  input  dan  satu output (dengan satu antena).
Teknologi  MIMO  menggunakan  minimal  dua  antena. Semakin  banyak  antena  yang  digunakan  tentunya  akan semakin baik. Adapun keunggulan antena MIMO dibandingkan  dengan  antena  tunggal  diantaranya  sebagai berikut :
1. Dapat  meningkatkan  kapasitas  baik  kapasitas  link maupun kapasitas sistem
2. Dapat  meningkatkan  reliability  sinyal  dengan memperkecil mutual coupling yang terjadi pada sinyal fading
3. Meningkatkan kehandalan transmisi
4. Memperkecil terjadinya interferensi sinyal
5. Semakin  banyak  susunan  antena  MIMO  yang digunakan semakin besar pula data rate yang didapatkan.[3]
Berikut  parameter-parameter  perfomansi  jaringan  4G LTE:
1.RSSI ( Received Signal Strength Indicator )
Merupakan  power  sinyal  yang  diterima  user  dalam rentang  frekuensi  tertentu  termasuk noise dan interferensi (disebut  juga wideband  power )  sering  juga  disebut signal level [4]
Tabel 1. Rentang nilai RSSI (signal level) [5]
2.C  /  (N  +  I)  , Carrier  to  Noise  Interferensi  Ratio merupakan  rasio  perbandingan  antara  sinyal  utama  yang dipancarkan  dengan  interferensi  dan  noise  yang  timbul (tercampur dengan sinyal utama) [4]
Tabel 2. Rentang Nilai C/(N+I) [5]
3. RSRP ( Reference Signal Received Power )
Merupakan  sinyal  LTE power yang  diterima  oleh user dalam frekuensi tertentu. Semakin jauh jarak antara site dan user ,  maka  semakin  kecil  pula  RSRP  yang  diterima  oleh user.

## Tabel 3. Rentang Nilai RSRP [5]
Throughput merupakan  besaran  kecepatan  akses  data yang diperoleh user.
5. BLER ( Block Eror Rate )
Merupakan  rasio  perbandingan  antara  total error  block dengan total block dari sebuah transmisi data digital. BLER digunakan  untuk  mengetahui  tingkat  keberhasilan  dari demodulasi  sinyal.  BLER  masih  dianggap  baik  apabila bernilai  <  10%  .  Semakin  besar  nilai  BLER  mengakibatkan gagal demodulasi data digital menjadi informasi.

## II. B AHAN DAN M ETODE
Tahapan dalam penelitian ini meliputi :

## A. Tahap 1, Studi Literatur (Heading 2)
Penelitian  yang  dilakukan  penulis  adalah  melakukan studi bidang antena dan juga beberapa ilmu terkait dari buku yang  terdapat  di  perpustakaan  dan  juga  di  internet  sebagai tambahan  untuk  mendapatkan  data  yang  teoritis.  Selain  itu penulis juga melakukan penelitian dan analisa terhadap judul penelitian yang telah ada sebelumnya.

## B. Tahap 2, Pengumpulan Data
Pengumpulan  data  dilakukan  untuk  memperoleh  data yang  diperlukan  sebagai  bahan  dan  landasan  bagi  penulis untuk  melakukan  perancangan  dan  analisa.  Salah  satunya adalah pengumpulan data mengenai parameter apa saja yang akan dianalisa.

## C. Tahap 3, Penelitian
Dalam  tahap  penelitian  dilakukan  pengukuran  perfomansi jaringan  4G  LTE  Frekuensi  1800  MHz  melalui  parameter best  signal  level,  nilai  C/  (N+I),  throughput,  RSRP  dan BLER  dengan  menggunakan  Teknik  antenna  MIMO  2x2, 4x4  dan  8x8  menggunakan  software  perancangan  jaringan 4G LTE yakni Atoll.
D. Tahap 3, Penelitian Menganalisa perfomansi jaringan 4G LTE hasil perancangan  jaringan  4G  LTE  kota  Balikpapan  meliputi parameter  Signal  level,  C  /  (N  +  I),  throughput,  RSRP, BLER dari Teknik antenna MIMO 2x2, 4x4 dan 8x8.

## E. Tahap 3, Penelitian
Tahap terakhir adalah kesimpulan. Kesimpulan diambil berdasarkan hasil analisa yang diperoleh.
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pada penelitian ini digunakan  E Node B sejumlah 126 yang meliputi 6 kecamatan yang ada di Balikpapan yakni: A. Kecamatan Balikpapan utara
B. Kecamatan Balikpapan selatan
C. Kecamatan Balikpapan barat
D. Kecamatan Balikpapan timur
E. Kecamatan Balikpapan tengah
F. Kecamatan Balikpapan kota
Dalam pengukuran perfomansi jaringan digunakan beberapa kondisi sebagai berikut:
a.  Antenna : 30deg 18dbi 0tilt 1800 MHz b.  Height : 30 meter c.  Azimuth : 0 0 , 120 0 , 240 0 d.  Band frekuensi : band 3 e.  Lebar pita : 10 MHz
Penggunaan Antena MIMO 2X2
Pada  bagian  ini  digunakan  2  antena  pada  sisi transmisi  (Tx) dan 2 antena pada sisi penerima (Rx)
Pada  pengukuran best  signal  level dapat  diketahui luasan  wilayah  yang  tercakup  oleh  jaringan  4G  LTE  1800 MHz.  Dari  hasil  diperoleh  luasan  wilayah  yang  tercakupi adalah  717,258  km2.  Jika  dibandingkan  dengan  luasan wilayah  Balikpapan  seluas  503,3  km2  maka  dengan penggunaan  antena  MIMO  2X2  telah  dapat  menjangkau wilayah Balikpapan.
Gambar 3. Generate Report E Node B  2x2
Gambar 4. Histogram
Dari  hasil  histogram  untuk  best  signal  level  antenna  MIMO 2X2  didapatkan  nilai  Mean    sebesar  -69.72  dBm  yang termasuk dalam kategori Excellent.
Pada  pengukuran  C/(N+I)  pada  gambar  5  didapatkan  sebesar 5.08  dB    hal  ini  menunjukan  perbandingan  sinyal  utama dengan interferensi dan noise dalam kondisi baik.
Gambar 5. Hasil parameter C/(N+I) Pengukuran  hasil throughput untuk  penggunaan  antena MIMO  2X2  diperoleh  nilai  rata-rata throughput sebesar 11.803.34 kbps.
Gambar 6. Hasil parameter throughput
Dari  hasil  simulasi  terlihat  nilai  rata-rata  sinyal  LTE  power yang  diterima  oleh user sebesar  -115,88  dBm  yang  masih termasuk dalam kategori fair  atau normal
Gambar 7. Hasil parameter RSRP
Gambar 8. Hasil parameter BLER
Dari  hasil  simulasi  terlihat  perbandingan  total  eror  blok dengan  total  blok  (BLER)  masih  pada  range  baik  karena bernilai 0,03.

## Penggunaan Antena MIMO 4X4
Pada bagian  ini  digunakan  4  antena  pada  sisi  transmisi    (Tx) dan  4  antena  pada  sisi  penerima  (Rx).  Pada  pengukuran best signal  level dapat  diketahui  luasan  wilayah  yang  tercakup oleh jaringan 4G LTE 1800 MHz. Dari hasil diperoleh luasan wilayah  yang  tercakupi  adalah  726,432  km2.  Jika dibandingkan dengan luasan wilayah Balikpapan seluas 503,3 km2 maka dengan penggunaan antena MIMO 4X4 telah dapat menjangkau wilayah Balikpapan.
Gambar 9. Generate Report E Node B  4x4
Gambar 10. Histogram
Dari  hasil  histogram  untuk best  signal  level antena  MIMO 4X4 diperoleh nilai mean sebesar -69.5 dBm yang termasuk dalam kategori excellent .
Pada pengukuran C/(N+I) pada gambar 11 diperoleh sebesar 5.58  dB    hal  ini  menunjukan  perbandingan  sinyal  utama dengan interferensi dan noise dalam kondisi baik.
Gambar 11..Hasil Simulasi C/(N+I)
Dari  hasil  pengukuran  nilai throughput untuk  penggunaan antena  mimo  4x4  didapatkan  nilai  rata-rata throughput sebesar 11.803.01 kbps.
Dari  hasil  simulasi  terlihat  nilai  rata-rata  sinyal  LTE power yang  diterima  oleh  user  sebesar  -115,64  dBm  yang  masih termasuk dalam kategori fair atau normal.

## Gambar 13. Hasil Simulasi RSRP
Dari  hasil  simulasi  terlihat  perbandingan  total  eror  blok dengan  total  blok  (BLER)  masih  pada  range  baik  karena bernilai 0,02.
Gambar 14. Hasil Simulasi BLER

## Penggunaan Antena MIMO 8X8
Pada  bagian  ini  digunakan  8  antena  pada  sisi  transmisi    (Tx) dan  8  antena  pada  sisi  penerima  (Rx).Pada  pengukuran best signal level dapat diketahui luasan wilayah yang tercakup oleh jaringan  4G  LTE  1800  MHz.  Dari  hasil  diperoleh  luasan wilayah yang tercakupi adalah 726,432 km 2 . Jika dibandingkan dengan luasan wilayah Balikpapan seluas 503,3 km 2 maka dengan penggunaan antena MIMO 8X8 telah dapat menjangkau  wilayah  Balikpapan  dan  hasil  histogram  untuk best  signal  level diperoleh mean sebesar  -69.5  dbm  yang termasuk dalam kategori excellent.
Dari  hasil  simulasi  jaringan  4G  LTE  untuk  kota  Balikpapan terlihat rata-rata nilai C /(N+I)  adalah 6.1 dB termasuk dalam kategori good. Hal  ini  menunjukan  bahwa  perbandingan sinyal utama dengan interferensi dan noise dalam kondisi baik
Gambar 15. Hasil Simulasi C/(N+I)
Dari  hasil  pengukuran  nilai throughput untuk  penggunaan antena  MIMO  8X8  diperoleh nilai  rata-rata throughput sebesar 12.564.1 kbps.
Gambar 16. Hasil parameter Throughput
Dari  hasil  simulasi  terlihat  nilai  rata-rata  sinyal  LTE power yang  diterima  oleh user sebesar  -115,64  dBm  yang  masih termasuk dalam kategori fair atau normal.
Gambar 17..Hasil Parameter RSRP
Gambar 18..Hasil Simulasi BLER
Dari  hasil  simulasi  terlihat  perbandingan  total  eror  blok dengan  total  blok  (BLER)  masih  pada  range  baik  karena bernilai 0,02.

## Perbandingan Perfomansi Antena MIMO
Berikut akan ditampilkan perbandingan perfomansi jaringan 4G LTE 1800 MHz di Kota Balikpapan sebagai berikut:

## Tabel 5. Perbandingan perfomansi Antena MIMO

## IV. K ESIMPULAN
Penggunaan Antena MIMO 2x2, memiliki jangkuan area 717,258  km2,  signal  level  -69.72  dBm,  C/(N+I)    5.08  dB, throughput  11,803.4 kbps, RSRP  sebesar -115.88 dBm dan BLER  0.03.  Pemakaian  antena  MIMO  4x4,  memiliki jangkuan area 726,432 km2, signal level -69.5 dBm, C/(N+I) 5.58 dB, throughput  11,803.01 kbps, RSRP  sebesar -115.64 dBm  dan  BLER  0.02.  Penggunaan  antena  MIMO  8x8, memiliki  jangkuan  area  726,432  km2,  signal  level  -69.5 dBm,  C/(N+I)    6.1  dB,  throughput    12,564.1  kbps,  RSRP
sebesar  -115.64  dBm  dan  BLER  0.02.  Pada  penggunaan antena MIMO 2x2 , 4x4 dan 8x8  dari jangkauan area, ketiga jenis nya tersebut dapat menjangkau wilayah Balikpapan.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Wardhana.Lingga, Dewantoro. Anton, Harto Isybel, Mahardika. Dika, Hikmaturohman, Alfin, 2014, 4G Handbook Edisi Bahasa Indonesia.
[2] http://sipendiagnosa.blogspot.com/2015/10/
[3] Nur.maulina,  2018,  “  Rancang  Bangun  Antena  Mikrostrip  2x2  dan 4x4  Rectanguler  Patch  dengan  Frekuensi  2300-2390  MHz  untuk LTE”, Politeknik Negeri Balikpapan, Balikpapan.
[4] Nurhasanah.  Rizka,  Analisis  Perencanaan  Layanan  Data  Di  Jaringan LTE  Pada  Ruas  Tol  Cawang  –  Cikarang  Utama  Menggunakan Metode Adaptive Soft Frequency Reuse
[5] Industrial  Networking  Solutions  Tips  and  Tricks:  Making  Sense  of Signal Strength/Signal Quality Readings for Cellular Modems
[6] Ulfah.  Maria,  2018,  “Optimasi  Jaringan  4G  LTE  Pada  Kota Balikpapan” Jurnal Ecotipe Vol.5 No.2