Optimalisasi Network Gain Jaringan Digital melalui Pemanfaatan Kombinasi SFN dan MFN di Pulau Jawa dengan Metode Monte Carlo
Novita Purwaningsih, Endroyono 1 , dan Gatot Kusrahardjo 2
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief rahman Hakim, Surabaya 60111 email : endroyono@ee.its.ac.id 1 ,  gatot@ee.its.ac.id 2
Abstrak-Teknologi  penyiaran  analog  saat  ini  mulai ditinggalkan.  Indonesia  saat  ini  sedang  melakukan  proses transisi untuk berpindah ke tv digital dengan standart DVB-T2 dan  merencanakan  analog  switch  off pada  tahun  2018. Banyaknya  jumlah  pemancar,  coverage  kurang  besar,  dan persen  coverage yang  rendah  merupakan  indikator  dari network  gain yang  kurang  optimal.  Pada  tugas  akhir  ini dilakukan  optimalisasi  network  gain tujuannya  adalah  agar coverage  pemancar  lebih  optimal,  persen  coverage meningkat, dan  bisa  mengurangi jumlah  pemancar  sehingga  menghemat biaya  implementasi.  Untuk  optimalisasi  network  gain digunakan metode monte carlo dengan cara melakukan proses selection  atau  combine pada  daerah  yang  menerima  sinyal lebih  dari  satu. Dari  simulasi  yang  telah  dilakukan,  optimasi dengan  metode  monte  carlo  menunjukkan  hasil  persentase coverage  yang  paling  bagus  yaitu  71,96%  dan  yang  paling buruk  zona  7  yaitu  58,81%  untuk  skala  nasional  zona  4. Jumlah pemancar dapat dikurangi sebanyak 3 pemancar dari total 33 pemancar yang ada, pemancar yang dapat dihilangkan adalah  pemancar  di  kota  Magelang  di  zona  6  dan  Sumedang dan  Majalengka  di  zona  5.  Nilai  rata-rata  persen  coverage  di seluruh  zona  adalah  52,7%  dan  hasil  optimalisasi  telah melampaui nilai rata-rata yaitu 64,35%.
Kata Kunci : SFN, MFN, Monte Carlo, network gain.

## I. PENDAHULUAN
REKUENSI merupakan sumber daya alam yang terbatas oleh  karena  itu  harus  dimanfaatkan  dengan  optimal. Maka  perlu  dilakukan  penghematan  frekuensi  salah  satu caranya  adalah  dengan  menggunakan  SFN  ( Single Frekuensi Network ). Saat ini indonesia tengah menghadapai masa  transisi  ke  televisi  digital  dengan  standart  DVB-T2 ( Digital  Video  Broadcasting  second  generation  Terestrial ). Proses  transisi  tersebut  harus  benar-benar  dirancang  dan direncanakan  dengan  matang  agar  jaringan  yang  telah terbentuk  dapat  dimanfaatkan  secara  optimal.  Untuk melakukan penghematan frekuensi dapat dengan memanfaatkan  kombinasi  SFN  dan  MFN.  Alasan  perlunya migrasi  ke  digital  adalah  untuk  meningkatkan  kualitas layanan,  efisiensi  penggunaan  spektrum  frekuensi,  dan perangkat yang sudah mulai tidak diproduksi oleh pabrik.
Penggunaan  frekuensi  yang  belum  optimal  dan penggunaan  daya  yang  besar  pada  siaran  televisi  analog merupakan  masalah  yang  harus  ditangani  agar  frekuensi
dapat  dimanfaatkan  untuk  kebutuhan  yang  lain.  Televisi digital  merupakan  cara  untuk  mengatasinya  yaitu  dengan menggunakan  SFN,  MFN,  atau  kombinasi  keduanya  agar penggunaan  frekuensi  lebih  optimal  dan  beroperasi  pada daya  rendah.  Pada  tugas  akhir  ini  akan  digunakan  metode monte  carlo  untuk  melakukan  optimalisasi network  gain. Network gain merupakan suatu keuntungan yang diperoleh dari  implementasi  jaringan. Network  gain dapat  berupa coverage  pemancar,  pengurangan  jumlah  pemancar, berkurangnya delay, dan sebagainya.
Proses  optimalisasi diharapkan  mampu  membuat coverage pemancar  lebih  optimal  dan  dapat  mengurangi jumlah  pemancar. Jumlah  pemancar  yang  sedikit  tentunya akan memangkas biaya implementasi.

## II. LANDASAN TEORI

## A. TV Digital
Ada  beberapa  standart  tv  digital  di  dunia  diantaranya adalah  ISDB,  ATSC,  DMB,  dan  DVB.  TV  digital  mampu memberikan  kuallitas  yang  jauh  lebih  baik  jika dibandingakan  dengan TV analog. Pada awalnya indonesia menggunakan  standart  DVB-T,  kemudian  indonesia melakukan perubahan standart menjadi DVB-T2. Hal ini di dasarkan  pada  Peraturan  Menteri  Komunikasi  dan Informatika  nomor  05/PER/  M.KOMINFO/2/2012 standart tv  digital  yang  digunakan  di  indonesia  adalah  DVB-T2. DVB-T2  merupakan  perkembangan  dari  DVB-T.  DVB-T2 mempunyai  sistem  yang  lebih  yang  lebih  kompleks,  tetapi DVB-T2  mempunyai  ketahanan  yang  lebih  tinggi  terhadap gangguan.
Gambar 1. Arsitektur DVB-T2
F
Gambar  1  merupakan  arsitektur  DVB-T2,  input  yang berupa  MPEG4  akan  di multiplex sebelum  melalui transmitter DVB-T2,  user  dapat  menerima  siaran  jika  user mempunyai  set  top  box  DVB-T2.  Dengan  adanya  proses multiplex maka 1 pemancar dapat berisi lebih dari 1 konten.

## B. SFN dan MFN
Jaringan  penyiaran  tv  digital  dapat  berupa  SFN maupun MFN. SFN(Single Frequency Network) merupakan jaringan  penyiaran  digital  yang  menggunakan  1  frekuensi pada  beberapa  pemancar. MFN ( Multi Frequency Network ) merupakan  jaringan  penyiaran  analog  maupun  digital  yang menggunakan  frekuensi  berbeda  pada  tiap  pemancar.

## Gambar 2. Ilustrasi Jaringan SFN dan MFN
Salah  satu  keuntungan  dari  penggunaan  SFN  adalah penghematan  frekuensi. Tidak hanya  keuntungannya  dalam penghematan  frekuensi  saja  yang  perlu  diperhatikan,  tetapi perlu  memperhatikan  hal  teknis  lainnya  seperti  ferkuensi yang dan  delay.  Dalam  implementasi  SFN  frekuensi  yang digunakan  harus  benar-benar  sama,  dan  harus  diusahakan nilai  delay  sekecil  mungkin.  Hal  ini  dikarenakan  jika  nilai delay  terlalu  besar  sinyal  yang  datang  juga  tidak  akan  bisa diterima dengan baik.

## C. Link Budget
Link budget merupakan suatu  metode yang digunakan untuk  mengetahui path  loss pada link broadcast maupun komunikasi.  Banyak  metode  yang  dapat  digunakan  untuk menghitung link  budget ,  misalnya  Walfish  Ikegami, Okumura Hata, Cost-231, dan sebagainya. Pada tugas akhir digunakan  metode  Okumura  Hata  dengan  pertimbangan range frekuensi, jenis daerah, dan jarak.
Pathloss suatu link dapat  diketahui  dengan  rumus Okumura Hata[1],
= + log( ) (1)
dimana A  dan  B  bergantung  pada  frekuensi  dan  tinggi antena, baik antena pemancar maupun antena penerima.
= 69.55 + 26.16 log( ) − 13.82 log(ℎ ) −
ℎ (2)
= 44.9 − 6.55 log(ℎ ) (3)
dimana : fc = frekuensi pembawa (MHz) htx = tinngi antena pemancar (meter) hrx = tinggi antena penerima (meter) d = jarak (Km) L = pathloss (dB)
a(hrx) = factor koreksi.
Nilai  faktor  koreksi  bergantung  pada  jenis  daerahnya, berikut merupakan klasifikasinya:
Metropolitan
(ℎ ) = 8.29(log (1.54ℎ ) − 1.1 ≤ 200 ℎ 3.2(log (11.75ℎ ) − 4.79 ≥ 400 ℎ (4) Urban
(ℎ ) = (1.1 log( ) − 0.7)ℎ − (1.56 log( ) − 0.8) (5)

## Suburban
(ℎ ) = 2(log ( /28)) + 5.4 (6)

## Rural
(ℎ ) = 4.78( ) − 18.33 log( ) + 40.94 (7)
Dari rumus okumura hata tersebut bisa diketahui jarak pemancar  ke  penerima.  Untuk  perhitungan  link  budget digunakan  nilai  sensitivitas  penerima  -85  dBm. Sensitivitas penerima  ini  merupakan  daya  minimal  yang dapat  diterima oleh  penerima.  Jarak  pemancar  ke  penirima  dapat  dicari dengan persamaan 8,
Jari-jari sel = 10^( (loss - A) / B) (8)
Jika  telah  mengetahui  jari-jari  sel  maka  langkah selanjutnya  adalah  mengetahui  level  daya  terima  pada persamaan 9,
Pr = ERP + Grx – (Loss + margin) (9)
Dimana : ERP = daya yang dipancarkan antena Grx = gain antena penerima Loss = nilai rugi-rugi Margin = nilai yang ditambahkan untuk mengantisipasi rugi- rugi tambahan.
Nilai margin yang digunakan disini adalah 10dB. Nilai tersebut  merupakan  syarat  CNR  minimal  yang  digunakan untuk  sistem  DVB-T2.  Pada  perhitungan  jari-jari  sel  tidak dipergunakan  nilai  margin  dengan  tujuan  agar  didapatkan hasil jari-jari yang maksimal.

## D. MONTE CARLO
Metode  monte  carlo  digunakan  untuk  memprediksi kemungkinan hasil tertentu dengan melakukan beberapa kali percobaan.  Dapat  dilakukan  dengan  cara  melakukan pengambilan  data kuat  medan  pada  2  wilayah  dan dibandingkan agar didapat hasil yang maksimal. Metode ini mengacu pada referensi nomor[1].
Untuk  simulasi  dapat  dilakukan  dengan  mengambil nilai  kuat  medan  masing-masing  sinyal  yang  diinginkan serta  kuat  medan  sinyal  pengganggu  yang  diperoleh  dari hasil  perhitungan link  budget . Untuk  masing-masing
kombinasi  kuat  medan  pada  2  wilayah  layanan  yang  perlu diuji  adalah  bagaimana  bila  menggunakan  SFN,MFN,  atau SFN yang telah di optimasi.
III. PERANCANGAN SISTEM

## A. Parameter Simulasi
1. Threshold kuat medan 38dB  V [2].
2. Threshold  protection  ratio  co  channel  interference 20 dB [2].
B. Skenario Simulasi

## Gambar 3. Blok diagram sistem secara keseluruhan
Proses  simulasi  diawali  dengan  parameterisasi, parameterisasi ini merupakan inisialisasi awal agar program dapat  berjalan.  Selanjutnya  adalah  proses  perhitungan link budget , link budget dihitung  dengan persamaan (1).  Tujuan dari  perhitungan link  budget ini adalah  untuk  mendapatkan jari-jari  sel,  untuk  mendapatkan  hasil  yang  optimal  pada perhitungan link  budget harus  ditambahkan  margin.  Selain memperoleh jari-jari dengan rumus okumura hata diperoleh nilai  rugi-rugi,  dari  hasil  rugi-rugi  inilah  diperoleh  level daya terima dan kuat medan di tiap wilayah layanan.
IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISIS Pengujian  sistem  akan  dilakukan  beberapa  kali dengan  2  proses  utama,  yaitu  proses  sebelum  optimalisasi dan  proses  setelah  optimalisasi.  Proses  awal  (sebelum optimalisasi)  dilakukan  dengan  mengimplementasikan  2 jenis jaringan, yaitu:
1. Pertama  semua  pemancar  pada  suatu  wilayah  layanan dalam 1 zona menggunakan MFN.
2. Kedua memanfaatkan kombinasi SFN dan MFN. Semua pemancar  pada  suatu  wilayah  layanan  dalam  1  zona menggunakan SFN sedangkan antar zona menggunakan MFN.
Setelah  proses  awal  telah  selesai  langkah  selanjutnya adalah melakukan optimalisasi. Optimalisasi dibagi menjadi 2 tahap, yaitu: 1. Optimalisasi coverage . Optimalisasi coverage bertujuan untuk  menghilangkan  celah  (gap)  antar  pemancar
maupun  untuk  menjangkau  daerah  yang  belum mendapat layanan.
2. Optimalisasi  persen coverage .  Optimalisasi  persen coverage bertujuan  meningkatkan  kualitas  sinyal  yang diterima,  agar  persen coverage di  daerah  tersebut meningkat.

## A. Konfigurasi Jaringan Awal dengan MFN
Pada  konfigurasi  pertama  digunakan  metode  MFN. Jaringan  pada  konfigurasi  ini  diseting  menggunakan frekuensi  yang  berbeda-beda.  Perhitungan  pertama dilakukan  dizona  4.  Di  zona  4  terdapat  4  titik  pemancar yaitu  di  jakarta,  cilegon,  pandeglang,  dan  lebak.  Untuk perhitungan link  budget dengan  okumura  hata  diperlukan daya  pemancar,  gain  antena,  jenis  daerah  ,  tinggi  antena penerima, dan frekuensi yang digunakan.
Tabel 1. Hasil perhitungan link budget dan % coverage di zona 7
Daya yang digunakan berbeda-beda karena menyesuaikan dengan jenis daerahnya, misalnya untuk kota surabaya  menggunakan  daya  2.4kW  karena  surabaya merupakan  kota  besar(metropolitan)  sedangkan  untuk  kota- kota  lain menggunakan  daya  yang  lebih  kecil  karena merupakan  daerah  urban(medium  city).  Frekuensi  yang digunakan  ditentukan  berdasarkan  peraturan  menteri no.23/2011.  Dari  hasil  perhitungan  yang  telah  dilakukan diperoleh jari-jari sekitar 40km untuk daya 1.2kW di daerah urban dan 57km untuk daya  3.5kW di daerah metropolitan. Frekuensi mempunyai pengaruh dalam bersarnya frekuensi, semakin kecil frekuensi akan semakin besar daerah cakupan.
Gambar  3. Hasil plot coverage

## Gambar  4. Hasil plot kuat medan di Madura
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa pada daerah tepi coverage mempunyai  kuat  medan  dibawah  threshold 38dBuV.

## Gambar  5. Persen coverage di Madura
Pada  jenis  konfigurasi  ini  persentase  coverage  belum  ada yang  memenuhi  standart  minimal  yang  telah  ditentukan yaitu 60%. Persentase terbesar ada di madura yaitu 50.76%.
B. Konfigurasi Jaringan Dengan Kombinasi SFN dan MFN Pada kasus ini dibuat skenario SFN untuk tiap daerah dan  skenario  untuk  antar  zona.  Ploting  dapat  dilihat  pada gambar dibawah.
Gambar    6.  Hasil  plotting coverage dengan  konfigurasi  SFN  kombinasi MFN
Tabel 2. Hasil perhitungan jari-jari dan persen coverage
Dari  tabel  2 dapat  diamati  bahwa  di  zona  7 telah dilakukan  perubahan  skenario  frekuensi,  semua  pemancar menggunakan  frekuensi  yang  sama  490MHz.  hasil  dari perubahan ke SFN ini adalah lebih luas coverage nya karena menggunakan  frekuensi  yang  lebih  rendah. coverage semakin  besar sehingga  % coverage juga  akan  semakin meningkat.  Dapat  diamati  pada  plot    % coverage vs  kuat medan. Dapat diamati pada data MFN di kediri mempunyai persen  coverage  sekitar  43%  dengan  menggunakan frekuensi  yang  lebih  rendah  maka  persen  coveragenya manjadi lebih besar yaitu 49%.
Gambar  7.  Persen coverage vs kuat medan di daerah Kediri

## C. Optimalisasi Network Gain
Pada  bagian  ini  akan  disimulasikan  proses  optimasi yang  bertujuan  untuk  menghilangkan  gap,  memaksimalkan % coverage dan meminimalkan jumlah antena.
Tabel 3. Hasil perhitungan sebelum optimasi di zona 6
Jarak (Km/2) Ja ra k (K m /2 ) Coverage Pemancar di   Madura   F=482MHz, P=1.2kW, EHAAT=70m 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 20 40 60 80 100 120 140 160 dB  V 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 % Coverage (%) K ua t M ed an ( dB  V ) Persen Coverage Pemancar di   Madura X: 50.76 Y: 38 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 X: 49.26 Y: 38 % Coverage (%) K ua t M ed an ( dB  V ) Persen Coverage Pemancar di   Kediri

## Tabel 4. Hasil perhitungan setelah dilakukan optimasi
Dari  hasil  evaluasi  dan  optimasi  pemancar  di Magelang  dapat  dihilangkan  karena  dimagelang  telah  di cover oleh pemancar di Jogja, Semarang, dan Purworejo. Di daerah  Blora  dan  Jogja  perlu  dilakukan  penambahan  daya dan tinggi pemancar untuk menutup spot kecil yang < 10km. sedangkan di  Semarang  perlu  dilakukan  penambahan  gap filler karena spot terlalu besar.
Gambar  9. Grafik hasil optimasi % coverage di zona 6
Grafik  diatas  merupakan  perbandingan  MFN,  SFN,  dan hasil  SFN  yang  telah  di  optimasi.  Di  zona  6  memiliki persentase  kenaikan  yang  paling  bagus  sekitar  23.29%    di daerah  pati. Kenaikan persentase  terendah  di blora  sekitar 6.93%.  di  daerah jawa  tengah  (zona  6)  hanya  3  pemancar yang memiliki persentase lebih dari 60%, tetapi 4 pemancar lain telah memiliki persentase yang hampir mendekati 60%.

## D. Perbandingan Secara Nasional
Dari  tabel  4  dapat  diamati  bahwa  zona  4  dengan wilayah  layanan DKI  Jakarta  dan  Banten  memiliki  % coverage yang  paling  besar  baik  sebelum  maupun  setelah optimasi.
Tabel 4. Hasil rata-rata % coverage di tiap zona.
Zona  7  mempunyai coverage paling  buruk  diantara zona  4,  5,  dan  6  hal  ini  dikarenakan  zona  7  mempunyai wilayah  yang luas  dan  hanya  memiliki  1  pemancar  dengan daya yang besar. Zona 7 juga mempunyai wilayah blankspot yang paling besar yang terletak diantara kota jember-malang dan  di  banyuwangi,  disarankan  pada  daerah  tersebut  untuk menambahkan  gap  filler  untuk  meningkatkat  kualitas penerimaan.
Grafik  berikut  menunjukkan  perubahan  yang  terjadi dari tabel hasil rata-rata persen coverage .
Gambar 10. Perbandingan % coverage di pulau Jawa
Dari  secara  keseluruhan  hasil  optimasi  mempunyai kinerja  yang baik  ditandai  kenaikan  % coverage mulai  dari 10.4% sampai dengan 22.68%.
Gambar 11. Grafik persen coverage vs Jenis jaringan.
Dari  gambar  11  dapat  diamati  bahwa  rata-rata  dari persen coverage untuk semua jenis jaringan adalah 52.74%, hasil  optimasi  mempunyai  persen  coverage  diatas  nilai rata—rata  yaitu  64.35%,  sedangkan  untuk  yang  belum dioptimasi semua nilainya dibawah rata-rata.
Tabel 5.
Jumlah pemancar di zona 4, 5, 6, dan 7 sebelum dan setelah optimasi.
Gambar 12. Perbandingan jumlah pemancar sebelum dan setelah optimasi.
Dari keseluruhan jumlah pemancar sebanyak 33 buah, dapat  dieliminasi  sebanyak  3  pemancar  dengan  rincian  1 pemancar  di  zona  6  dan  2  pemancar  di  zona  5.  Dari  hasil
pengurangan  jumlah  pemancar  dapat  diamati bahwa persen coverage tidak terlalu terpengaruh seperti hasil yang telah di dapat  pada  gambar  9.  Pada  gambar  9  hasil  optimasi  masih memiliki persen coverage yang cukup  tinggi di  zona 5 dan zona 6.

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  data  hasil  dan  analisa  pengujian  program maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu:
1. Dengan  penggunaan  kombinasi  SFN  dan  MFN penggunaan  frekuensi  lebih  teratur.  Pada  pengunaan MFN  saja  12 kanal  yang  digunakan  dari  total  jumlah kanal sebanyak 23 kanal (kanal 22 sampai dengan kanal 45).  Sedangkan  pada  penggunan  kombinasi  SFN  dan
MFN hanya 4 kanal yang digunakan.
2. Setelah  dilakukan  optimalisasi  perlu  dilakukan penambahan daya sebesar 800watt dan tinggi pemancar sekitar  10  meter  untuk  kota  tuban,  blora,  semarang, kuningan  cirebon  dan  cianjur.  Sedangkan  perlu ditambahkan repeater/gap filler di madura, banyuwangi, purworejo, dan pandenglang 3. Persen coverage semakin  meningkat  setelah  dilakukan optimasi  dengan  metode  monte  carlo,  target  minimal optimasi persen coverage telah tercapai yaitu lebih dari 60%  di  zona  4,  5,  dan  6  sedangkan  zona  7  belum mencapai target minimal tersebut.
4. Jumlah  pemancar  dapat  dikurangi  sebanyak  3 pemancar,  dari  total  keseluruhan  jumlah  pemancar sebanyak 33 pemancar, target untuk pegurangan jumlah pemancar telah tercapai.
5. Untuk coverage nasional Zona 4 mempunyai persentase coverage paling bagus 71.96%.
6. Hasil  optimasi  mempunyai  persen  coverage  64.35%, lebih  bagus  dari  rata-rata  yang  bernilai  52.74%.  Hasil optimasi mampu meningkatkan persen coverage sebesar 16.05%.
7. Dari  3  metode  yang  dilakukan  (selection,  combinatin, dan  SAC)  combinatin  memiliki  hasil  persen  coverage yang paling memuaskan yaitu 73.22%, sedangkan untuk SAC  dan  selection  memiliki  nilai  yang  hampir  sama yaitu 64.53% untuk selection dan 64.35% untuk SAC.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Simon R. Saunder, Alejandro Aragon Zavala, Antennas and  Propagation  for  Wireless  Communication  Systems Second Edition, John Wiley & sons Ltd, Mexico, 2007.
2. Peraturan  Menteri  Komunikasi  dan  Informatika Republik Indonesia Nomor 23/11/2011 tentang Rencana Induk  Masterplan  Frekuensi  Radio  Untuk  keperluan televisi  Siaran  Digital  Terestrial  Pada  Pita  Frekuensi Radio 478-694 MHz.