FREKUENSI HOPING DI GSM

Frekuensi Hopping (FH) adalah teknik dimana frekuensi yang digunakan oleh sepasang base

station dan mobile station diubah pada interval waktu yang teratur. Setiap burst dalam physical

channel akan ditransmisikan pada frekuensi carrier yang berbeda dalam tiap frame TDMA, dan

tiap frame TDMA akan ditransmisikan pada frekuensi yang berbeda.

Namun perlu diingat ada logical channel yang tidak dihopping yaitu kanal BCCH (Broadcast

Control Channel), FCH (Frequency Correction Channel), dan SCH (Synchronization Channel)

karena kanal ini harus selalu dipancarkan dengan daya maksimum disebabkan merupakan

signalling utama.

Parameter FH :

1. MA (Mobile Allocation) = merupakan sekumpulan daftar frekuensi tertentu yang digunakan

dalam hopping sequence. Sekelompok MS ditentukan oleh sebuah MA.

2. MAI (Mobile Allocation Index) = index pertukaran yang diperoleh dari algoritma FH yang

menunjukkan frekuensiaktif hopping dari daftar MA. MAI dikalkulasi oleh BTS dan MS

menggunakan HSN, MAIO, dan frame number yang ada.

3. MAIO (Mobile Allocation Index Offset) = suatu frekuensi offset dalam MA dan berfungsi

untuk menunjukkan pada frekuensi mana dalam MA FH tu dimulai. MAIO digunakan untuk

menjamin bahwa tiap TCH menggunakan frekuensi berbeda selama proses hopping.

4 Hopping Group = sekumpulan timeslot (RSTL) yang menggunakan MA dan HSN yang sama

dalam suatu sel.

5. HSN (Hopping Sequence Number) = berfungsi untuk menentukan bagaimana sistem

pseudorandom akan mulai hopping. Tiap TCH yang berpindah ke frekuensi baru dalam MA,

berdasarkan nomor HSNnya. HSN memberikan nomor algoritma untuk mengkalkulasi frekuensi

yang akan digunakan untuk mentransmisikan TCH berikutnya dalam MA. Algoritma yang ada

sampai dengan 63 algoritma HSN (jenis cyclic = 0 dan random = 1 s.d 63).

6. MAIO Step = parameter pilihan untuk meningkatkan kualitas pembagian daftar MA yang

diperoleh dengan MAIO offset.

METODE HOPPING :

FH pada BSS dapat diimplementasikan menggunakan teknik Baseband Hopping (BB-FH) dan

Synthesized Hopping (SFH).

1. BB-FH , pada baseband semua transceiver beroperasi pada frekuensi yang tetap. FH

dihasilkan dengan menswitch burst data baseband secara terus menerus di antara bagian radio

TRX/TRU baik uplink maupun downlink. Kekurangannya dalam BB-FH adalah jumlah

frekuensi hop yang terbatas pada jumlah TRX/TRU.

2. SFH , dengan SFH semua transceiver terkecuali BCCH TRX-1, diset untuk mengubah

frekuensinya frame per frame sesuai hopping sequence. Jumlah loncatan frekuensi yang melalui

channel radio tidak terbatas oleh hardware yang digunakan, namun jumlahnya terbatas pada MA

yang dialokasian berapa tergantung jatah dari tiap operator. Oleh karena itu hopping sequence

dapat mengikutsertakan lebih banyak frekuensi pada TRX dalam suatu sel.

Frekuensi hopping, sebagaimana banyak aplikasi teknologi dalam bidang komunikasi dan

informasi, dipelopori oleh pihak militer. Teknik frekuensi hopping ini merupakan pengembangan

dari teknologi spread spectrum yang dieksplorasi dengan lebih intensif oleh militer AS.

Berbedanya, dan ini pantas diancungi jempol, teknologi ini dimatangkan oleh seorang wanita

yang luar biasa. Bukan sembarang perempuan: sang jenius, Hedy Lamarr, pada waktu itu

dianggap sebagai salah satu perempuan yang paling cantik sedunia. Bukan kebetulan belaka:

sebelum menggagas ide aplikasi teknologi spread spectrum untuk kepentingan militer AS, pada

awal Perang Dunia II, Hedy Lamarr telah duluan menjadi seorang artis Hollywood yang

terkenal.

Frekuensi hopping, sebagaimana yang diindikasikan oleh namanya, menunjukkan aktifitas

pancaran sinyal multi frekuensi, hal mana berbeda pada sistem konvensional yaitu satu saluran

komunikasi hanya bisa dilakukan pada satu frekuensi secara konsisten. Pihak militer yang sangat

bergantung pada komunikasi radio untuk koordinasi dan konsolidasi dan tujuan strategis lainnya

harus mencari cara agar komunikasi mereka tidak terdeteksi oleh pihak musuh. Pada saluran

frekuensi konvensional, pihak lawan lebih mudah mengintai komunikasi tersebut jika berhasil

mengendus kanal frekuensi yang digunakan.

Demi mencegah seteru dengan mudah menelik percakapan, biasanya komunikasi diacak dengan

menggunakan sandi. Pengintaian oleh pihak musuh akan bertambah sulit lagi jika teknologi

spread spectrum digunakan sebab kanal frekuensi beragam terpancar dan selalu berganti-ganti

dalam waktu singkat. Selain itu, dengan disebarkannya kanal frekuensi pada spektrum yang

cukup lebar akan membuatnya lebih mumpuni terhadap interferensi dan pelemahan sinyal yang

disebabkan oleh fading atau gangguan alam lainnya.

Jelas harga yang harus dibayar oleh keuntungan dari teknologi spread spectrum ini adalah pita

spektrum yang lebar untuk melakukan perpindahan multi kanal, meskipun spektrum satu kanal

frekuensi yang terpakai pada satu titik waktu itu sendiri jauh lebih kecil dibandingkan lebar total

pita spektrum tersebut. Pada waktu itu, Perang Dunia II, tentu saja masih banyak alokasi

frekuensi kosong yang bisa dipakai. Dan pasti, demi kepentingan nasional, militer bisa

mengosongkan alokasi spektrum frekuensi manapun yang mereka butuhkan.

Belakangan, sistem komunikasi GSM mengadopsi salah satu ragam teknik spread spectrum ini

yakni synthesiser frequency hopping disingkat SFH, atau sering juga disebut slow frequency

hopping untuk membedakannya dengan fast frequency hopping yang digunakan pada CDMA.

Yang jelas, operator GSM mengadopsi frekuensi hopping bukan sebagai salah satu strategi agar

frekuensinya tidak terdeteksi oleh para operator pesaing, melainkan kemampuan SFH dalam

menjamin performansi komunikasi radio secara keseluruhan dalam hal ketahanan terhadap

interferensi dan pelemahan sinyal dan juga kehandalan keamanan komunikasi, sebagaimana

kasusnya juga pada pihak militer.

Pada GSM, SFH termungkinkan sepanjang rasio antara total lebar spektrum kanal frekuensi yang

akan hopping dan lebar spektrum frekuensi yang dipunyai operator secara keseluruhan

mencukupi; mengingat tidak semua alokasi frekuensi operator akan disiapkan untuk frekuensi

hopping. GSM umumnya mengenal kanal-kanal frekuensi yang digunakan untuk hopping dan

yang non hopping, yang dikenal sebagai kanal BCCH. Kanal hopping biasanya aktif hanya

ketika terjadi percakapan pelanggan; sedangkan kanal BCCH akan terus memancar 24 jam non

stop. Maka, harus ada keseimbangan antara jumlah kanal hopping dan kanal BCCH sebab

masing-masing kategori kanal frekuensi ini menyumbang pada key performance indicator, KPI,

jaringan. Jika kanal hopping terlalu banyak dan BCCH sedikit maka akan sulit bagi pelanggan

untuk bisa tersambung ke jaringan atau bahkan untuk memulai panggilan. Sebaliknya, jika

terlalu sedikit kanal frekuensi yang hopping maka kualitas percakapan pelanggan juga akan

sangat terpengaruh.

Untuk memahami dengan lebih jelas cara bekerjanya SFH pada GSM, pengertian akan sistem

akses komunikasi serentak (multiple access system) yang digunakan oleh GSM perlu dibahas

dulu.

Teknik Multiple Access GSM

Multiple access memaksudkan teknik yang dipakai oleh suatu sistem komunikasi sehingga

banyak pengguna bisa mengakses suatu sistem komunikasi secara serentak. Bisa juga

memaksudkan caranya suatu saluran komunikasi radio diadakan sehingga satu sistem

komunikasi massal yang independen bisa terjadi.

Ada beragam teknik multiple access yang digunakan, entah melalui frekuensi (FDMA, frequency

division multiple access), waktu (TDMA, time division multiple access) atau pengkodean

(CDMA, code division multiple access). Umumnya, teknik-teknik ini lahir dari perkembangan

teknologi komunikasi itu sendiri. Pada FDMA, para pengguna komunikasi akan memiliki

frekuensi yang berbeda ketika mereka mengakses sistem komunikasi pada waktu yang

bersamaan. Contoh sistem radio yang menggunakan sistem akses serentak ini adalah stasiun-

stasiun radio komersial yang beroperasi pada frekuensi-frekuensi berbeda. Pada TDMA, saluran

komunikasi masing-masing pengguna dibedakan melalui suatu time slot, meskipun frekuensi

yang dipancarkan tetap sama; Lazimnya, sistem ini hanya bisa terwujudkan melalui teknologi

digital. Pada CDMA masing-masing pengguna dibedakan melalui suatu kode ortogonal (unik)

meskipun para pengguna semuanya menggunakan frekuensi yang sama. (Lihat Gambar 1).

Seiring makin majunya teknologi, sistem akses ini bisa dikombinasikan untuk menghasilkan

suatu sistem akses hibrid, seperti yang terjadi pada sistem komunikasi GSM yang merupakan

gabungan antara FDMA dan TDMA. Pada sistem akses hibrid FDMA-TDMA ini, para pengguna

dialokasikan frekuensi akses yang berbeda-beda namun dalam tiap frekuensi tersebut masih

dimungkinkan tambahan beberapa pengguna lagi untuk mengakses sistem melalui delay waktu

atau time slot tertentu (lihat Gambar 1, TDMA).

Gambar 1: Tiga teknik multiple access dasar: FDMA, TDMA & CDMA

=====================================================

Ada berbagai teknik tersedia sehingga pengguna komunikasi bisa mengakses suatu sistem

komunikasi secara serentak, atau sering disebut sebagai teknik multiple access. Tiga teknik dasar

yang paling dikenal adalah FDMA, TDM dan CDMA.

Pada FDMA, masing-masing pengguna akan mengakses sistem dengan frekuensi mereka

masing-masing, yang ditunjukkan oleh warna yang berbeda pada Gambar 1. Tidak ada

pembagian lanjutan lagi melalui waktu, karena frekuensi akan dipakai secara ekslusif oleh

masing-masing pengguna.

Pada TDMA, frekuensi kini tidak lagi secara ekslusif dipakai oleh hanya satu pengguna, seperti

yang ditunjukkan oleh warna yang berbeda pada sumbu t (waktu). Jika merujuk pada Gambar 1,

untuk TDMA, satu frekuensi kini dipakai oleh tiga pengguna yang berbeda (merah, biru dan

kuning). Pada Gambar ditunjukkan empat frekuensi yang memakai teknik multiple access

TDMA. Jika dibandingkan dengan FDMA, time slot masing-masing pengguna pada TDMA

lebih singkat. Selain itu, pada bagian ini, karena ada empat frekuensi, maka ini juga merupakan

teknik hibrid antara FDMA (empat frekuensi) dan TDMA (delapan time slot)

Pada CDMA, seluruh pita spektrum akan terpakai, sehingga hanya satu frekuensi yang

operasional; masing-masing pengguna kini akan dibedakan melalui kode mereka masing-masing

yang unik. Pada Gambar 1, kode berwarna biru, kuning dan merah. Jika dibandingkan dengan

dua teknik sebelumnya, CDMA memiliki pita spektrum yang lebih lebar tetapi power/daya

pancar yang lebih rendah per pengguna.

=====================================================

Bagaimana kondisi ini bisa diwujudkan? Nah, lebar spektrum tiap kanal frekuensi GSM adalah

200 kHz (FDMA), masing-masing kanal ini selanjutnya dibagi lagi menjadi 8 time slot (TDMA)

yang digabung menjadi satu frame waktu yang berdurasi 4.615 mili detik sehingga durasi dari

masing-masing time slot tersebut adalah 4.615/8 mili detik atau sekitar 577 mikro detik (Lilhat

Gambar 2). Pada GSM, singkatnya, dengan adanya penggabungan multiple access ini, satu kanal

frekuensi bisa menampung delapan pengguna dalam waktu yang bersamaan. Bandingkan dengan

teknologi FDMA analog yang mana satu frekuensi hanya untuk satu pengguna. Jadi bisa terlihat

teknik akses hibrid ini meningkatkan kapasitas sebanyak delapan kali lipat.

Gambar 2: Pembagian kanal frekuensi dan time slot pada GSM

Seperti dijelaskan sebelumnya, pada GSM, frekuensi hopping berfungsi ketika ada percakapan

yang dilakukan pengguna. Frekuensi hopping menjadi tidak aktif ketika pelanggan dalam

keadaan idle, yaitu ketika sedang tidak melakukan panggilan atau ketika sedang menerima

panggilan tapi tidak ada aktifitas suara yang terdeteksi.

Pertanyaannya, pada waktu frekuensi lain, dalam suatu kelompok hopping, tiba gilirannya untuk

memancar bagaimana dengan pengguna-pengguna yang bisa saja menempati timeslot-timeslot

tertentu pada frekuensi sebelumnya? Pengguna-pengguna ini akan diambil alih oleh frekuensi

berikutnya, dan kalau bisa menempati posisi time slot mereka pada frekuensi sebelumnya,

sehingga tidak ada satu percakapan pelangganpun yang teputus. Selain itu, yang sama benarnya,

tidak ada tambahan percakapan atau kapasitas dari transfer tersebut kecuali memang trafik yang

sudah ada sebelumnya.

Selanjutnya, bagaimana cara bekerjanya SFH sehingga semua pergantian frekuensi ini bisa

berlangsung mulus dan juga pengaturan sehingga frekuensi hopping ini tidak menimbulkan

masalah yang sudah jelas terlihat yakni interferensi yang diakibatkan penggunaan kelompok

frekuensi hopping yang sama pada sebagian besar jaringan? Kuncinya ada pada parameter-

parameter yang mengatur kelompok frekuensi hopping tersebut, urutan loncatan frekuensi dan

juga pola loncatan frekuensi yang harus ditaati sehingga interferensi bisa diminimalkan.

Parameter-Parameter SFH

Hopping atau pergantian frekuensi pada SFH dilakukan per frame bukannya per time slot,

meskipun dalam GSM time slot adalah ukuran satu medium fisik komunikasi. Dengan demikian,

jumlah pergantian frekuensi per detik pada SFH dapat diketahui dengan pembagian durasi satu

time frame GSM -4.615 mili detik- sehingga pergantian frekuensi akan terjadi kurang lebih 217

((1/4.615) x 1000) kali dalam satu detik. Jika ada 10 kanal frekuensi yang dipakai untuk hopping

maka idealnya dalam satu detik masing-masing frekuensi tersebut akan kebagian 21.7 kali untuk

memancar.

Mobile Allocation List

Oleh karena SFH hanya aktif disaat terjadi percakapan pengguna, maka kanal-kanal frekuensi

yang dipakai untuk hopping ini disebut kanal trafik atau TCH channel. Biasanya, kanal-kanal

trafik ini dikelompokkan dalam satu group yang disebut sebagai daftar MAL (Mobile Allocation

List). Daftar MAL ini memperjelas kanal-kanal frekuensi mana yang akan melakukan hopping

dan yang mana tidak. Kanal-kanal yang tidak melakukan hopping akan masuk dalam group

BCCH atau BCCH channel. Kanal BCCH akan tetap memancar meskipun pelanggan tidak

melakukan atau menerima panggilan, sehingga handphone pelanggan tetap terhubung ke

jaringan operator.

Perhatikan, unit-unit radio yang telah dialokasikan sebagai unit-unit radio untuk frekuensi

hopping biasanya akan memakai satu daftar MAL yang sama saat memancar dalam satu sektor

BTS atau bahkan dalam satu BTS jika alokasi frekuensi operator sedikit.

Seberapa banyak kanal frekuensi yang bisa dimasukkan dalam daftar MAL? Tidak ada aturan

yang kaku. Tetapi biasanya tergantung pada: 1) lebar spektrum operator, 2) hopping load factor

yang diinginkan dan 3) spesifikasi teknis dari peralatan radio.

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, lebar spektrum operator biasanya akan membatasi seberapa

banyak kanal frekuensi yang bisa tersedia untuk hopping; sebab selain kanal-kanal hopping, juga

harus ada kanal-kanal untuk BCCH. Sehingga nantinya rasio akan diatur antara jumlah alokasi

kanal BCCH dan juga jumlah alokasi kanal hopping.

Jika rasio yang tepat telah ditetapkan dan jumlah persisnya kanal hopping telah diketahui, maka

gampang untuk menentukan jumlah maksimum unit radio yang bisa terpasang, dan dengan

demikian potensi trafik yang bisa diakomodasi. Namun patut diperhatikan, hal itu tidak berarti

bahwa jumlah kapasitas trafiknya akan berbanding lurus dengan jumlah total kanal frekuensi

yang dipakai untuk hopping. Tidak, karena besarnya trafik akan ditentukan oleh banyaknya unit

radio terpasang, dan jumlah unit radio yang bisa terpasang dalam satu sektor BTS ditentukan

oleh apa yang disebut sebagai hopping load factor. Load factor mendiktekan bahwa untuk

menjamin kualitas percakapan yang baik, jumlah maksimum unit radio (TRX) pada satu sektor

BTS yang menggunakan satu daftar MAL haruslah setengah dari total jumlah kanal frekuensi

yang masuk pada daftar MAL tersebut. Ini untuk mencegah degradasi kualitas yang disebabkan

oleh interferensi dari kanal frekuensi yang bersebelahan (adjacent frequency interference).

Sehingga, idealnya, rasio load factor antara jumlah unit radio yang akan dipakai untuk hopping

dan jumlah total kanal frekuensi pada daftar MAL haruslah lebih kecil dari 0,5. Jelaslah, jumlah

total kanal frekuensi pada suatu daftar MAL akan membatasi jumlah total unit radio yang bisa

terpasang pada satu BTS, dan dengan demikian kapasitas trafik.

Selain itu, spesifikasi teknis dari suatu pabrikan BTS bisa jadi membatasi banyaknya kanal

frekuensi yang bisa dimasukkan dalam satu daftar MAL. Misalnya, ada pabrikan BTS yang

hanya membolehkan 12 kanal frekuensi saja dalam satu daftar MAL. Yang lain mungkin

mengijinkan hingga di atas 30 kanal tapi dengan syarat yang semakin ketat seperti selisih antara

nomor kanal frekuensi teringgi dan terendah pada daftar MAL tersebut memenuhi persyaratan

tertentu.

Mobile Allocation Index Offset

Jika semua unit radio dalam satu sektor BTS hanya menggunakan satu daftar MAL yang sama,

bukankah hal itu akan menyebabkan rentannya terjadi interferensi karena frekuensi-frekuensi

yang sama itu akan saling bertabrakan? Dan jika daftar MAL yang sama ini dipakai lagi pada

sektor BTS yang lain -untuk operator yang hanya memiliki alokasi spektrum yang kecil,

kemungkinan hanya satu daftar MAL yang digunakan pada keseluruhan jaringan, atau

katakanlah tiga daftar MAL untuk operator dengan spektrum yang lebar- Bukankah hal ini akan

memperbesar tingkat interferensi?

Tepat sekali. Maka untuk mencegah hal itu terjadi, pada daftar MAL yang ada digunakan suatu

offset yang disebut MAIO, Mobile Allocation Index Offset. MAIO ini akan mengatur kanal

frekuensi mana dalam daftar MAL yang harus memancar duluan. Jadi MAIO mengatur urutan

pancaran kanal frekuensi. Untuk mencegah interferensi, biasanya MAIO akan mengatur sehingga

tidak akan pernah ada unit-unit radio yang memancar bersamaan -jika trafiknya penuh maka

semua unit radio dalam satu sektor BTS ini akan memancar- dengan nomor kanal frekuensi yang

sama atau bersebelahan. (Lihat Gambar 3). Ini tujuan akhir MAIO: mencegah terjadinya

interferensi baik dengan nomor kanal yang sama (co-channel interference) maupun bersebelahan

(adjacent channel interference) dengan mengatur urutan pancaran frekuensi.

Gambar 3 : Contoh Daftar MAL dan MAIO

Pada Gambar 3 diberikan contoh daftar MAL dengan jumlah kanal frekuensi 22 per sektor BTS.

Sektor 1 kanal frekuensi 787 sampai 808, sektor 2 kanal frekuensi 809 sampai 830 sedangkan

sektor 3 kanal frekuensi 589 sampai 610. Dengan jumlah kanal frekuensi sebanyak ini, jumlah

efektif unit radio atau TRX yang bisa terpasang adalah 12 unit radio. Perhatikan, perhitungan

dimulai dengan TRX II karena TRX I biasanya dialokasikan untuk TRX BCCH yang tidak

hopping dan oleh karena itu tidak menggunakan daftar MAL yang ada.

MAIO adalah urutan loncatan frekuensi, dan biasanya ditandai dengan posisi masing-masing

kanal frekuensi pada daftar MAL. Perhatikan bahwa posisi frekuensi-frekuensi pada daftar MAL

dimulai dengan 0 dan berakhir dengan 21. pada sektor 1, MAIO 0 sama dengan kanal frekuensi

nomor 787 sedangkan MAIO 20 sama dengan kanal frekuensi nomor 807. Jadi kanal frekuensi

yang akan memancar duluan pada TRX II di sektor 1 adalah kanal frekuensi nomor 787, 789

untuk TRX III, 797 untuk TRX IV dan seterusnya sampai TRX XII. Hal yang sama juga berlaku

untuk sektor 2 dan sektor 3. Dengan pengaturan semacam ini tidak ada frekuensi dengan nomor

yang sama atau bersebelahan yang memancar bersamaan sehingga co-channel atau adjacent

interference bisa dihindari.