Mengenal TOA, TOF, dan TDOA dalam Wireless Geolocation

Wireless geolocation saat ini makin penting untuk kehidupan manusia. Berbagai kemudahan telah dicapai dengan adanya dukungan dari teknologi wireless geolocation. Sebagai contoh, layanan taksi dan ojek online yang kita nikmati sekarang ini memanfaatkan teknologi wireless geolocation. Pada kesempatan kali ini, kita coba untuk mengenal parameter yang dipakai wireless geolocation untuk menentukan posisi pemancar radio dari sisi waktu propagasi suatu sinyal radio elektromagnetik yang disebut sebagai Time of Arrival (TOA), Time Difference of Arrival (TDOA), dan Time of Fly (TOF). TOA merupakan waktu propagasi atau perjalanan suatu sinyal radio elektromagnetik sejak berangkat dari transmitter (pemancar) hingga ia tiba pada sisi receiver (penerima). Katakanlah waktu sinyal berangkat dari pemancar disebut Time of Departure (TOD). Sedangkan waktu sinyal tiba, jika kita sebut arrival time maka akan mirip dengan TOA. Akibatnya masih ada yang tertukar antara TDOA dengan TOA. Biasanya mereka yang tertukar tersebut mendefinisikan bahwa TDOA adalah selisih antara TOA dengan TOD, dimana TOA dianggap sebagai waktu ketika sinyal tiba di sisi penerima. Untuk mencegah kesalahan dalam memahami, maka mari kita sebut saja bahwa waktu sinyal tiba di penerima sebagai Time of Landing (TOL). Jadi kita definisikan bahwa TOA adalah selisih antara TOL dengan TOD. Ini adalah definisi umum yang banyak digunakan oleh para peneliti di dunia. Sedangkan TDOA sendiri merupakan selisih antara TOA pada dua penerima yang berbeda. Sebagai contoh adalah TOA pada penerima pertama disebut TOA1 dan pada pernerima 2 disebut TOA2. Maka TDOA adalah selisih antara TOA1 dan TOA2. Jika diperhatikan, akhir-akhir ini ada singkatan baru. Mungkin saja ini untuk menghindari salah paham antara TOA, TDOA, dan TOL. Sehingga definisi yang sama dengan TOA ini disebut TOF. Hal ini didasari dengan waktu terbang (fly) sinyal radio elektromagnetik yang melakukan propagasi di udara sejak berangkat dari pemancar hingga tiba di sisi penerima. Penulis sendiri dalam berbagai karya ilmiah penelitian dalam wireless geolocation menggunakan istilah TOA dan TDOA yang, menurut pandangan penulis, lebih umum dipakai oleh para peneliti dunia. Sebenarnya teknik-teknik dalam pengukuran materi TOA dan TDOA itu sendiri merupakan topik penelitian tersendiri yang terpisah dari topik wireless geolocation. Nilai TOA sendiri didapatkan dengan menggunakan teknik korelasi silang antara gelombang sinyal yang diterima dengan yang dikirimkan. Teknik lain yaitu dengan menggunakan time-stamp yang diselipkan ke dalam sinyal yang dikirimkan. Selain itu ada juga yang menggunakan Fast Fourier Transform (FFT) untuk merubah sinyal dari domain waktu ke domain frekuensi terlebih dahulu, kemudian dilakukan korelasi silang antara sinyal yang diterima dengan yang dikirimkan. Dari hasil korelasi tersebut TOA didapatkan dari lag antara titik tengah sampel hasil korelasi dengan titik sampel di mana nilai hasil korelasi menunjukkan nilai yang paling tinggi. Dalam penggunaan TOA dan TDOA ini, yang paling penting adalah sinkronisasi yang bagus sekali. Hal ini karena, sebagai contoh, ada kesalahan sinkronisasi yang sedikit saja sebesar satu mikro detik, sebagai akibat dari kecepatan cahaya gelombang elektromagnetik sebesar 300.000 km per detik, maka menyebabkan kesalahan sebesar 300 m. Selain itu dari sisi sinkronisasi, maka TOA memerlukan sinkronisasi antara pemancar dan penerima. Sedangkan TDOA tidak memerlukan sinkronisasi di pemancar, cukup antar penerima saja. Keuntungan lain dalam TDOA adalah tidak memerlukan informasi sinyal maupun time-stamp dari sisi pemancar. Hal ini karena TDOA didapatkan dari korelasi silang antara sinyal yang tiba di beberapa penerima. Oleh karena itu, TDOA dapat digunakan untuk mendeteksi posisi dari radio ilegal, pemancar radio yang tak dikenal, radio jammer, radio bajakan, dan lain sebagainya. Sedangkan TOA tidak dapat mendeteksinya karena memerlukan informasi sinyal dari dan sinkronisasi dengan pemancar radio tersebut. Dalam menghitung posisi pemancar dari nilai TOA yang diukur di sisi dua penerima ataupun lebih, maka geometri yang digunakan secara umum berupa fungsi lingkaran dengan jarak antara pemancar dan penerima. Hal ini karena TOA dalam satuan waktu dengan mudah dikonversi ke dalam satuan jarak (Euclidean distance) menggunakan bantuan kecepatan cahaya atau rambat gelombang elektromagnetik yang nilainya sudah disebutkan sebelumnya di atas. Sedangkan hubungan antara jarak Euclidean ini dengan koordinat didapatkan dengan menggunakan rumus Pitagoras. Berbeda dengan TOA, maka TDOA secara umum memakai fungsi hiperbola untuk menentukan posisi pemancar radio. Tentu saja penggunaan fungsi hiperbola lebih rumit daripada fungsi lingkaran. Penulis sendiri, dengan bantuan factor graph yang menggunakan algoritma message passing menurunkan teknik estimasi posisi dari TDOA dengan menggunakan pendekatan lingkaran dari rumus pitagoras yang merupakan terobosan baru. Keuntungan dari factor graph adalah lebih efisien dalam menggunakan informasi stokastik, dapat memecahkan persamaan global yang rumit menjadi beberapa persamaan yang lebih sederhana, dapat menganalisa aliran informasi di dalam algoritma sehingga memudahkan untuk memodifikasi dan melakukan inovasi suatu sistem, serta mendapatkan gambaran visual dari sistem yang kita buat. Muhammad Reza Kahar Aziz, S.T., M.T., Ph.D. http://el.itera.ac.id/index.php/rezakahar/ Dr. Reza menjadi reviewer sejak tahun 2012 untuk 76 paper verified by Publons dari berbagai jurnal dan konferensi baik internasional maupun nasional. Ia juga menjadi anggota technical program comittee (TPC) di flagship conference IEEE seperti IEEE ICC, Globecom, dan VTC. Dr. Reza telah menerbitkan beberapa publikasi ilmiah dengan topik wireless geolocation dalam Disertasi Doktor, jurnal internasional bereputasi, konferensi internasional, newsletter, orasi ilmiah, technical documet, dan paten Jepang.