KONSEP SELULAR PADA SISTEMM KOMUNIKASI BERGERAK

Frekuensi Reuse

Frequency Reuse adalah penggunaan ulang sebuah frekwensi pada suatu sel, dimana frekwensi tersebut sebelumnya sudah digunakan pada satu atau beberapa sel lainnya. Jarak antara 2 sel yang menggunakan frekwensi yang sama ini harus diatur sedemikain rupa sehingga tidak akan mengakibatkan interferensi. Frequency reuse dilakukan untuk meningkatkan efisiensi alokasi frekuensi dan meningkatkan kapasitas sistem. Adapun latar belakang frekuensi re-use antara lain

- Keterbatasanalokasifrekuensi

- Keterbatasanareacakupancell(coveragearea).

- Menaikkanjumlahkanal.

- Membentukclusteryangberisibeberapacell.

- Co-channelinterference

Karena adanya keterbatasan resource frekwensi yang dapat digunakan, sedangkan kebutuhan akan ketersedian coverage area yang lebih luas terus meningkat. Maka agar coverage area baru dapat diwujudkan, dibuatlah sel-sel baru dengan menggunakan frekwensi yang sudah pernah digunakan sebelumnya oleh sel lain. Gambar di bawah ini menunjukan pemetaan geographis penggunaan frewkensi pada beberapa sel, dimana digunakan mekanisme frequency reuse.Inti dari konsepselular adalah konsep frequencyreuse. Walaupun ada ratusan kanalyangtersedia, bila setiap frekuensi hanyadigunakan oleh satu sel, maka total kapasitas sistem akan sama dengan total jumlahkanal. Dalampenggunaankembalikanalfrekuensi diusahakan agar daya pemancar masing-masingBS tidakterlalu besar,hal ini untuk menghindari adanya interferensi akibat pemakaian kanal yang sama Interferensi Co-Channel).

Jarak minimum frequensi reuse yang diperbolehkan, ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu jumlah sel yang melakukan frequency reuse, bentuk geografi suatu wilayah, tinggi antena dan besarnya daya pemancar masing-masing base station. Dalam halini jarakminimum frequencyreuse dapatdicari dengan rumuspendekatan teori sel hexsagonal, yaitu :

dimana:

D=Jarak minimumselyangmenggunakankanalfrekuensiyangsama.

R=Radiussel,dihitungdaripusatselketitikterjauhdalamsel.

K=Banyaknyaselperkelompok/polasel/polafrequencyreuse.

Gambar Frequency Reuse Group dengan K = 7Pola frequency reuse pada sistem selular diperlihatkan gambar. Pengaturan pola tersebutharus sebaik mungkin, hal iniuntukmenghindariinterferensiakibat adanya penggunaankanalyangberdekatan(InterferensiAdjacentChannel) dan interferensi co-channel. Besaran D/K disebutsebagai faktor reduksi kanaldengan frekuensiyang sama. Besarantersebut menentukan kualitastransmisidalam perencanaan systemselular agar tidak terjadi interferensi co-channel. Dari persamaanjuga terlihat bahwa, jikajarakD semakinbesar, makajumlah kelompok sel akan bertambah, sehingga interferensi co-channel akan berkurang, dengancatatandayapemancarpadaBS tidak terlalubesar. Tetapi untuk pita frekuensi yang sama, jumlah kanal/sel akan berkurang yang berarti kapasitas trafik per sel akan lebih kecil.HANDOFFHandoff merupakan proses pengalihan kanal traffic secara otomatis pada Mobile Station(MS) yang sedang digunakan untuk berkomunikasi tanpa terjadinya pemutusan hubungan. Hal ini menjelaskan bahwa handoff pada dasarnya adalah sebuah call koneksi yang bergerak dari satu sel ke sel lainnya. Secara umum Handoff dapat didefenisikan sebagai prosedur, dimana ada perubahan layanan pada MS dari satu Base Station (BS) ke BS yang lain. Proses handover dipengaruhi oleh faktor level daya sinyal terima (RxLevel), kualitas sinyal terima (RxQual), power budget sel tetangga dan jarak antara MS dan BTS (Timing Advanced) yang masing-masing mempunyai nilai ambang batas sehingga ketika nilai ambang batas tersebut sudah dilewati handover harus dilakukan untuk menjaga suatu panggilan agar tidak terputus.

Prinsip kerja Handoff

Mobile Station (MS) bergerak menjauhi suatu cell maka daya yang diterima oleh MS akan berkurang. Jika MS bergerak semakin menjauhi Base Station (cell) maka daya pancar akan semakin berkurang. Menjauhnya MS pada cell asal menjadikan MS mendekati cell lainnya. Cell lainnya dikatakan sebagai cell kandidat yaitu cell yang akan menerima pelimpahan MS dari cell sebelumnya.

MSC melalui cell kandidat akan memonitor pergerakan MS dan menangkap daya pancar MS. Diantara cell kandidat yang menerima daya pancar MS terbesar maka pelimpahan MS akan berada pada cell tersebut. Cell kandidat yang menerima pelimpahan MS akan melakukan monitoring. Proses monitoring dilakukan oleh MSC dan menginstruksikan pada cell kandidat tersebut.

MSC melakukan prioritas pendudukan kanal pada MS yang akan mengalami handoff. Cell kandidat dibuat urutan prioritas.

Secara singkat langkah handover dilakukan melalui 3 langkah yaitu Mobile Station (MS) secara terus-menerus mengumpulkan informasi level sinyal yang diterima dari Base Station (BS) yang telah dihubungkan dan semua Base Station (BS) yang lain dapat mendeteksi. Informasi ini kemudian merata-rata untuk menyaring efek fast fading. Data yang telah dirata-rata kemudian dihitung pada algoritma keputusan, yang memutuskan jika meminta handover ke stasiun lain. Ketika memutuskan untuk melakukannya, handover dieksekusi oleh kedua Base Station (BS) dan Mobile Station (MS).

Proses handoff dapat digambarkan seperti :

(1) MS hanya dilayani oleh cell A dan active set hanya terdiri dari pilot A.MS mengukur pilot B (Eb/Io), diperoleh kecenderungan > T_ADD. MS mengirim pesan hasil ukur pilot B dan memindahkan status pilot B dari neighbor ke candidate set.

(2) MS menerima pesan dari cell A berisi PN offset cell B dan alokasi Walsh code untuk TCH dan MS start komunikasi menggunakan TCH tersebut.

(3) MS memindahkan status pilot B dari candidate set ke active set, MS mengirim pesan handoff completed. Sekarang ada 2 pilot yang aktif. (4) MS menditeksi pilot A jatuh < T_DROP, MS start mengaktifkan timer.

(5) Timer mencatat T_TDROP, MS mengirim PSMM (pilot strength measurement message).(6) MS menerima handoff direction message , pesan ini berisi hanya PN offset cell B (tanpa PN offset cell A ).

(7) MS memindahkan status pilot A dari active set ke neighbor set.

Hard Handoff Tipe ini menggunakan metode break-before-make yang berarti harus terjadi pemutusan hubungan dengan kanal trafik lama sebelum terjadi hubungan dengan kanal trafik yang baru. Hard handoff dimaksudkan untuk meminimalkan gangguan panggilan dan dilakukan oleh jaringan selama panggilan berlangsung. Hard handoff terjadi antara sektor atau sel dengan frekuensi pembawa yang berbeda. Hard handoff terjadi pada saat frekuensi kanal CDMA yang berbeda atau antara MSC yang berbeda. Hard Handoff Soft Handoff Soft handoff/intercell merupakan handoff yang terjadi antar sel dengan frekuensi pembawa yang sama, dimana MS memulai komunikasi dan membentuk hubungan dengan BTS yang baru terlebih dahulu sebelum memutuskan hubungan dengan BTS asal. Hubungan akan diputuskan jika proses penyambungan dengan BTS yang baru telah mantap untuk menghindari drop call. Metode ini termasuk jenis make-before-break.

Softer Handoff

Softer handoff/intersector yaitu handoff yang terjadi antar sektor dalam satu sel dengan frekuensi kanal CDMA dan BTS yang sama. Ini berarti bahwa user berpindah dari satu sektor ke sektor lain pada sel yang sama. Rake receiver pada BTS mengkombinasikan versi frame suara yang terbaik dari antena yang berbeda-beda pada dua sector tersebut dan menjadikan frame trafik tunggal. Handoff ini juga berbasis pada metode make before break.

Interferensi Interferensi adalah gangguan yang terjadi disebabkan adanya sinyal lain yang frekuensinya sama dan daya sinyal pengganggu tersebut cukup besar. Ukuran yang digunakan untuk menilai kualitas sinyal terhadap gangguan interferensi dinyatakan dengan C/I (dB) =Carrier to Noise Ratio. Interferensi yang terjadi pada perangkat telekomunikasi bergerak (Mobile Radio Network) dapat disebabkan oleh beberapa hal sbb :

1. MS lain dalam satu sel

2. Panggilan dalam proses dari sel sebelah

3. BS lain yang beroperasi pada frekwensi yang sama4. Peralatan lain dengan frekuensi samaInterferensi sangat berpengaruh pada kriteria performansi sistemkomunikasi seluler yaitu:kualitas suara (voice quality), kualitas layanan (servicequality), dan fasilitas tambahan (special features)

Interferensi co-channel

Dengan penggunaan ulang frekuensi maka di dalam suatu daerah pelayanan seluler terdapat beberapa sel yang menggunakan frekuensi yang sama. Sel-sel ini disebut sel-sel kanal yang sama (atau disebut sel ko-kanal) dan interferensi yang terjadi antar sel-sel ko-kanal ini disebut interferensi ko-kanal. Interferensi ko-kanal tidak dapat diatasi dengan cara meningkatkan SNR. Hal ini karena penambahan daya pancar pengirim justru akan menaikkan interferensi dengan sel ko-kanal tetanggga. Untuk mengurangi interferensi ko-kanal maka sel-sel ko-kanal harus dipisahkan sejauh jarak minimal tertentu yang akan mengurangi pengaruh perambatan. Untuk mengurangi interferensi co-channel, maka sel-sel yang sama tersebut harus dipisahkan tiap-tiap selnya sehingga jaraknya minimum agar memberikan isolasi antar sel yang cukup pada propagasi gelombangnya. Untuk ukuran sel yang sama, terpisah dari daya pancar, co-channel interferens menjadi fungsi radius sel (R), dan jarak ke titik pusat terhadap co-channel sel yang terdekat (D). Dengan menaikkan rasio D/R, jarak antar co-channel sel maka daerah yang dilayani akan naik. Interferensi antar sel tersebut diminimalisasi dengan menaikkan isolasi dari RF energi dari co-channelnya. Parameter Q, disebut co-channel reuse ratio, sangat terkait dengan ukuran cluster.

Q = D / RSemakin kecil nilai parameter Q maka kapasitasnya akan membesar. Sedangkan menaikkan nilai Q akan memperbaiki kualitas transmisi. Optimasi antara kedua hal tersebut sangat diperlukan dalam desain selular di lapangan atau secara riil.

Perbandingan radius sel (R) dengan jarak 1Perbandingan antara sinyal yang dikehendaki dengan sinyal interferensi ko-kanal dapat diketahui dengan cara menghitung daya sinyal yang diterima dari sebuah stasiun basis dan jumlah daya yang diterima dari stasiun-stasiun sel-sel ko-kanal.

S (watt) adalah daya sinyal dari stasiun basis yang dikehendaki, I (watt) adalah daya sinyal interferensi yang disebabkan oleh sel-sel ko-kanal, R adalah radius sel, D adalah jarak terdekat antar dua sel ko-kanal, dan I0 adalah jumlah sel ko-kanal yang menyebabkan terjadinya interferensi. Besarnya S/I dapat dinyatakan dalam satuan dB (desiBell).

Interferensi adjacent-channel

Interferensi yang diakibatkan oleh sinyal-sinyal pada frekuensi yang berdekatan disebut interferensi kanal yang berdekatan (adjacent channel). Interferensi jenis ini terjadi karena filter penerima yang tidak sempurna yanng mengakibatkan frekuensi lain masuk kedalamnya. Interferensi ini akan menjadi masalah yang serius bila kanal yang bersebelahanan dari pengguna tersebut mentransmisikan informasi pada frekwensi yang sangat dekat dengan frekwensi pengguna. Fenomena ini disebut sebagai efek near-far dimana daya dari transmitter yang terdekat mengganggu kerja dari receiver ketika menerima sinyal dari transmitter yang jauh. Efek dari adjacent channel interference dapat diperkecil dengan proses filterisasi yang baik dan pembagian kanal (channel assignment) yang baik. Channel assignment dilakukan dengan memberikan jarak frekwensi pemisah yang cukup besar antara satu kanal dengan kanal yang lainnya.

Power Controlpada Sistem Komunikasi Bergerak Dalam sistem direct seguence - code division multiple access (DS-CDMA), kebutuhan terhadap power control merupakan hal yang harus mendapat perhatian. Masalah power control ini timbul akibat adanya interferensi multiseluler. Semua mobile station dalam sistem DS-CDMA mengirim data menggunakan bandwidth yang sama pada waktu yang sama dan karenanya semua mobile station : saling menginterferensi satu sama lain. Akibat mekanisme pro-pagansi, sinyal yang diterima oleh base station dari sebuah mobile station yang dekat dengan base station akan jauh lebih kuat dari-pada sinyal yang diterima dari mobile station lain yang terletak pada perbatasan sel Karenanya mobile station yang jauh akan didominasi oleh mobile station yang dekat dengan basc station. Jika ini terjadi, kapasitas sistem akan turun dengan signifikan. Untuk mencapai kapasitas yang optimum, semua sinyal tanpa tergantung pada jaralcnya ke base station, harus diterima base station dengan mean daya yang sama. Solusi untuk masalah ini adalah power control, yang berusaha agar mean daya yanlg diterima base station tetap konstan untuk tiap mobile station.

Mekanisme power control dibutuhkan untuk meningkatkan kualitas suara dan kapasitas sistem. Pada sistem seluler berbasis CDMA, power control dibutuhkan untuk mengurangi near/far effect pada arah reverse dan othercell interference pada arah forward.Menurut Balai Besar Pengujian Perangkat Telekomunikasi (BBPPT), ada empat jenis Algoritma Power Control diantaranya open loop power control, closed loop power control, Interferensi, Co-channel Interference.1. Open loop power control. Menurut Seputar Telekomunikasi Open loop power control ditujukan untuk mengatasi masalah perbedaan kekuatan daya pancar BS akibat perbedaan lokasi (near-far problem). Algoritma ini bekerja untuk menyamakan besar daya yang diterima oleh BS dari tiap user yang dapat berbeda-beda karena faktor jarak (near-far) dan shadowing. Pada open loop power control, MS menentukan daya pancarnya dengan bedasarkan pada estimasa daya sinyal downlink.proses ini tidak membutuhkan informasi feedback sehingga disebut open loop. Hal ini dimungkinkan karena redaman propagasi large scale pada kanal uplink dan downlink dapat diasumsikan sama. 2. Closed loop power control. Menurut Jasa Kepengurusan Sertifikat Postel, Tujuan algoritma closed loop power control adalah untuk mengatasi masalah small scale fading, yang tidak berkorelasi antara kanal uplink dan kanal downlinknya. Akibatnya, informasi feedback dari BS maupun MS yang berupa rasio sinyal yang diterima terhadap interferensi (SIR) ataupun daya sinyal yang diterima mutlak diperlukan untuk mengestimasi kondisi kanal uplink maupun downlink agar BS dan MS dapat menyesuaikan daya pancarnya terhadap kondisi kanal saat itu.

3. Interferensi. Menurut Postel Interferens merupakan faktor masalah utama yang membatasi kinerja dari sistem radio selular. Sumber-sumber peng-interferens dapat berupa pengguna lain yang terdapat dalam satu sel, panggilan yang sedang dilakukan pada sell tetangga, base station lain yang sedang beroperasi pada band frekuensi yang sama, atau kebocoran energi yang diakibatkan oleh kebocoran sistem non selular yang masuk dalam band frekuensi selular. Interferensi pada kanal suara akan menyebabkan cross talk, yaitu pelanggan akan mendengar interferensi background dari transmisi yang tidak diinginkan.

4. Co-channel Interference. Penggunaan frekuensi yang sama atau frequency reuse menunjukkan bahwa pada area yang terdapat beberapa sel menggunakan frekuensi yang sama. Sel ini disebut co-channel cells, sedangkan interferensi antar sinyal dari sel ini disebut co-channel interference. Tidak seperti halnya mengatasi noise thermal yaitu dengan menaikkan SNR, co-channel interferns tidak dapat diatasi dengan cara menaikkan daya transmit dari transmitter. Hal ini karena dengan menaikkan daya pancar transmitter akan menginterferensi sel-sel tetangganya.Berdasarkan parameter yang akan diukur, teknik power control dapat diklasifikasikan menjadi tiga metode:

1.Berdasarkan kuat sinyal terima

Pada metode ini, hasil pengukuran kuat sinyal terima di base station dibandingkan dengan kuat sinyal terima yang diinginkan. Perintah untuk menurunkan atau menaikkan daya pancar dilakukan berdasarkan hasil perbandingan tersebut.

2. Berdasarkan Signal to Noise Ratio (SNR)

Pada metode ini, hasil perhitungan rasio kuat sinyal terima terhadap noise (SNR) dibandingkan dengan rasio kuat sinyal terima terhadap noise (SNR) yang telah ditentukan. Dimana noise tersebut terdiri dari channel noise dan multiuser interference.

3. Berdasarkan Bit Error Rate (BER) dan Frame Error Rate (FER)

Bit Error Rate didefinisikan sebagai rata-rata jumlah bit yang salah jika dibandingkan dengan bit-bit dari persamaan awal. Sedangkan Frame Error Ratio didefinisikan sebagai rata-rata kesalahan frame yang diusahakan tidak lebih dari 1%.Soft Handoff

Softer Handoff

10