Perpustakaan Digital ITB

Kanal ionosfer merupakan satu-satunya medium alami untuk propagasi gelombang radio dengan mode skywave. Kanal ini dimanfaatkan dalam sistem komunikasi radio pada spektrum High Frequency (HF; 3–30 MHz), yang memiliki keunggulan dalam menjangkau wilayah yang jauh tanpa memerlukan infrastruktur telekomunikasi modern dan kompleks. Dengan keunggulan mode propagasi Beyond Line of Sight (BLOS), sistem komunikasi berbasis kanal ionosfer banyak digunakan untuk komunikasi di daerah terpencil dan terluar, komunikasi maritim, operasi militer, hingga komunikasi pascabencana. Namun, untuk memanfaatkan kanal ionosfer secara optimal, sifat alami kanal ionosfer yang bervariasi terhadap waktu dan tempat menjadi tantangan utama di era perkembangan aplikasi dan sistem komunikasi digital saat ini. Selain tingkat reliabilitas yang rendah akibat variasi batas nilai frekuensi gelombang radio yang dapat dipantulkan kembali ke permukaan bumi oleh lapisan ionosfer, kapasitas sistem komunikasi kanal ionosfer yang saat ini hanya mencapai 120 kbps, masih tergolong sangat rendah. Salah satu solusi untuk mengatasi dinamika lapisan ionosfer adalah dengan menerapkan teknik modulasi multi-carrier (MCM). Dengan melakukan pembagian bandwidth utama yang relatif lebih lebar ke dalam sejumlah bandwidth yang lebih sempit untuk setiap transmisi sub-carrier yang independen, teknik MCM mampu menghindari peristiwa frekuensi selektif fading dan Inter Symbol Interference (ISI) sehingga dapat memanfaatkan potensi kapasitas kanal yang tersedia. Namun, untuk mencapai performa teknik MCM yang optimal, parameter teknis seperti nilai bandwidth dan symbol period harus merujuk kepada karakteristik dan sifat fisis kanal ionosfer. Sifat alami lapisan ionosfer yang dinamis menyebabkan kanal ionosfer memiliki variasi temporal dan spasial, sehingga nilai parameter penerapan teknik MCM di suatu wilayah di bumi dapat berbeda dengan lokasi lainnya. Lebih jauh lagi, Indonesia sebagai bagian dari wilayah anomali ionosfer ekuator turut berkontribusi terhadap keunikan kanal ionosfer di wilayah Indonesia. Dalam laporan penelitian disertasi ini, implementasi teknik MCM pada sistem komunikasi kanal ionosfer dengan mode propagasi Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) di wilayah Indonesia dilakukan dengan mengusulkan penentuan parameter sistem yang mengacu kepada karakteristik dan sifat fisis lapisan ionosfer. Dengan mengacu kepada karakteristik dan sifat fisis lapisan ionosfer, implementasi teknik MCM dapat memanfaatkan kapasitas kanal yang tersedia secara optimal serta mengikuti variasi lapisan ionosfer. Nilai parameter teknik MCM ditentukan berdasarkan parameter karakteristik kanal ionosfer berupa nilai delay spread dan Doppler spread yang dilengkapi dengan parameter sifat fisis lapisan ionosfer berupa nilai jendela frekuensi dengan waktu propagasi yang homogen beserta nilai frekuensi tengahnya. Untuk mendapatkan data empiris karakteristik kanal ionosfer di wilayah Indonesia, dilakukan pengembangan sistem pengamatan respons impuls kanal ionosfer berbasis perangkat Software-Defined Radio (SDR). Sedangkan untuk mendapatkan data empiris sifat fisis lapisan ionosfer, dilakukan pengembangan prosedur ekstraksi data radar ionosfer atau ionogram yang menghasilkan parameter jendela frekuensi dengan waktu propagasi yang homogen beserta nilai frekuensi tengahnya. Nilai delay spread dan Doppler spread digunakan sebagai acuan penentuan nilai bandwidth sub-carrier dan batas atas Symbol period. Sedangkan jendela frekuensi terlebar dengan waktu propagasi yang homogen beserta nilai frekuensi tengahnya digunakan sebagai acuan penentuan nilai main bandwidth dan frekuensi transmisi sistem. Agar dapat diterapkan secara praktis, konsep implementasi teknik MCM yang diusulkan dalam penelitian ini menggunakan model forecasting variasi nilai jendela frekuensi terlebar dan frekuensi tengahnya berbasis model machine learning, yakni Long Short-Term Memory (LSTM). Evaluasi performa sistem dari hasil simulasi numerik menggunakan data Ionosonda Kupang pada tahun 2022 menunjukkan nilai kapasitas ergodic kanal mencapai orde 10 Mbps dengan nilai SNR 20 dB. Sedangkan performa sistem berupa tingkat reliabilitas berdasarkan perhitungan Mode Reliability (MR) menunjukkan variasi tingkat reliabilitas sistem yang berada pada rentang 10% hingga 100% untuk setiap jam dalam satu hari. Dalam kegiatan penelitian disertasi ini, kontribusi ilmiah yang diperoleh meliputi: (i) Sistem pengamatan respons impuls kanal ionosfer dengan mode NVIS di wilayah Indonesia untuk mendapatkan nilai parameter karakteristik kanal ionosfer berupa nilai delay spread dan Doppler spread, (ii) Prosedur ekstraksi data ionosonda untuk mendapatkan parameter sifat fisis kanal ionosfer berupa jendela frekuensi dengan waktu propagasi yang homogen, dan (iii) Konsep implementasi teknik MCM berdasarkan parameter sifat fisis dan karakteristik lapisan ionosfer.