SISTEM SELULERSri Marini. S.T.,M.T.

Program Studi Teknik ElektroFakultas Teknik Universitas Islam "45" (UNISMA)

JI. Cut Meutia No. 83 Bekasi, IndonesiaTelp. 021-88344436, 021-8802015 Ext. 1241

AbstraksSistem seluler dewasa ini berkembang cukup pesat. Sistem seluler yang dipakai saat ini antara

lain: AMPS (Advanced Mobile Phone Service) di amerika utara, MCS (Mobile Communications system) diJepang, TACS (Total Access Communications System), GSM (Group Special Mobile), Spread-SpectrumCDMA (Code Division Multiple Access). Namun bila dilihat dari metoda akses yang digunakan, padadasarnya ado 3 sistem seluler, yaitu: sistem seluler yang menggunakan metoda akses FDMA (FrequencyDivision Mulltiple Access), metoda akses TDMA (Time Division Multiple Access), dan metoda akses CDMA(Code Division Multiple Access) (Jerry D. Gibson, 1996).

Kata kunci: Sistem Celuler,GSM,CDMA.

PENDAHULUANA. Latar Belakang

Pada sistem FDMA, tiap kanal pembicaraandibedakan berdasarkan pembagian frekuensi.Tiap-tiap kanal menempati satu frekuensidengan lebar band 30 KHz. Jadi hanya satupemakai yang dapat memakai kanal frekuensitersebut dalam setiap waktunya. Teknik FDMAdipakai pada sistem seluler analog seperti AMPSdan TACS. Sedangkan pada sistem TDMAmenerapkan pembagian waktu untukmeningkatkan kapasitas sistem. Satu kanalfrekuensi dibagi lagi menjadi beberapa time slotsehingga kapasitas sistem lebih meningkat.TDMA diterapkan antara lain pada seluler GSMdimana satu band frekuensi dibagi menjadidelapan time slot. Lain halnya dengan CDMA,semua pemakai seluler memakai frekuensi

B. Karakteristik utama :• Coverage sebuallsel kecil• Daya pancarantena BS kecil• Terjadi pengulangan frekuensi (frequency

reuse)• Pemeca ha n sel (cell splitting)• Hand-off dan pengontrolan terpusat

KONSEP AWAL WIRELESSMenggunakan Transmitter (Base Station) dengantower yang tinggi dan daya pancar yang tinggiuntuk coverage yang luas.

C. KONSEP SELULER1. Menggunakan beberapa transmitter (Base

Station) daya dan ketinggian yang rendahuntuk memberikan coverage yang terbatas.

Sel SistemKonvensional

2. Menggunakan sekelompok sel (Cluster) untukmembagi spektrum frekuensi ke dalam kanalyang berbeda

Sel SistemSelular

Cluster sizeis expressed as nIn this cluster n=7

Welk TelepeoneSwitcting Office (m-CStri

Class STatcptmeoffioe

Cf\Cell Siie

N

li ngkaran

segienam

D. ASITEKTUR SISTEM SELULERRadio pada BTS merupakan node networkyang langsung interface ke customer.

Cal: Site

7/*/N•N

CARA MENDISAIN SELDefinition of service area— Depends on market, demographics,

investment capitalDefinition of traffic profile— Forecast of potential subscribers and

demand within service areaChoice of reuse pattern— Given traffic distribution and interference

requirementsLocation of base stations

Chosen close to center of target regions,constrained by land, availableinfrastructure, local regulations

— Cell radius depends on traffic distribution -smaller in denser populations

Radio coverage predictionGiven topography and terrain, signalstrength is predicted on computer and/ormeasured in field

Design checkup, field measurements, andsystem re-evaluation

BENTUK SELSecara teoretis terdapat beberapa bentuk sel,yaitu sel segi tiga, segi empat,ti li ngkaran, dan sel heksagonal (segienam).Ingat cerita Madu lebah Bentuk hexagonalmerupakan yang paling efisie dalampenggunaan ruang

segitiga

AVAvieAirifShvSegiem pat

E. KONSEP KONVENSIONAL KONSEP SELULAR- High Power - Low Power • • •- Large Cell - Frekuensi Re-Use • •- Reinitial panggilan - hand-off System

• • •- Kapasitas terbatas - Kapasitas besar- FDMA - TDMA/CDMA • • •

- Omni Antena - Sectored /Omni Cell- STKB - GSM, CDMA KELOMPOK SEL

• Seluruh daerah pelayanan dicakup olehbeberapa kelompok sel yang disebut Cluster.

• Satu cluster terdiri dari beberapa sel (K sel).• K bisa berharga 3,4, 7, 9,12, dst.

JREC48

Cc 1 2

Ce 7 . Ce

Cell 1Cell 6 C

Cell DesignDue to hexagonal geometry, choices of Nmust satisfy N = i 2 + ij + j 2 where i and j are non-negative integersGiven R = cell radius, distance D betweenneighboring co-channel cells is

KONSEP PENGULANGAN FREKUENSIFrekuensi atau grup frekuensi bisa dipergunakanpada sel yang terpisahkan dengan jaraKpengulangan yang cukup.

Mica' I 24 Frekuensi rialam /(:) Cell PatternFre q groups Al B1 Cl A2 B2 C2 A3 83

1 2 3 4 6 9

CH 10 11 12 13 14 15 16 17 18

PENGULANGAN FREKUENSILet S = total number of duplex channelsk = number of channels per cellN cells = size of cell cluster (typically 4, 7, or 12)then S = kN and frequency reuse factor = 1/NIf clusters are replicated M times, then totalnumber of channels (system capacity)= C = MkN = MS

Choice of N determines distancebetween co-channel cells and depends on howmuch interference can be tolerated by mobilestations

19 20 21 22 23 24

D =f3NR

Example: Cell cluster size = 7, frequency reusefactor = 1/7, assume S = 490 total channels, k =70 channels per cellAssume S = 490 total channels,k = 70 channels/cellClusters are replicated M=3timesC = 3x490 = 1470 total channels

Misal II : 24 Frekuensi dalam 4/12 Cell PatternFreq Al B1 Cl 01 A2 82 C2 D2 A3 B3 C3 D3

groups

2 3 4 6 7 9 10 11 12

CH 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

F. KONSEP PEMECAHAN SELSel-sel yang padat populasi dipecah (CellSplitting) menjadi beberapa sel baru (clusterbaru) yang lebih kecil untuk menambahkapasitas.

49

- EEC N land to Mobile111 Mob*. to Lone

Mobile to Mobil. 01Mobilo to Mobile #2f if 11411

PSItt CO61

ISO

CLOSE

RECC(REVERSEcontrol channel)FVC (forwardvoice channel)RVC (reversevoice channel)

Mobile station

Lock on strongest channelfor CONT. control dataSend control data tonetworkTune to assignedfrequencyTune to assignedfrequency

Mekanisme panggilanBase stationFOCC (forwardcontrol channel)

G. INTERFERENSI PADA SELULERCochannel Interference:Cochannel interference is interference from acochannel cell using the same frequencyResults from frequency reuse schemeCan be minimized by careful design (Accuratereuse distance)Keep frequency separation between eachsite/sector in a cluster as to avoid possibledirect interference.

Adjacent Channel InterferenceO Adjacent channel interference is interference

from a nearby cell using a frequency adjacentto one in use

O Results from imperfect receiver filtersO Can be minimized by careful filtering and

channel assignmentsO Keep frequency separation between each

channel in a cell as large as possible

Identification numbers:Mobile station's 32-bit binary ESN (electronicserial number) stored in ROM at time ofmanufacture• 8-bit manufacturer code + 6-bit reserved

(unused) + 18-bit manufacturer assignedserial number

— Service provider's 15-bit binary SID (systemidentification number)• Transmitted by mobile station to identify

system— Mobile station's 34-bit MIN (mobile

identification number) = 10-digit telephonenumber

H. JENIS PANGILANTypes of callsCalls are defined by their point of origin andpoint of destination. There are three basictypes of calls:• Mobile to Land (MTL)• Land to Mobile (LTM)• Mobile to Mobile (MTM)

I. KONSEP HANDS-OFF PADA SELULERBERGERAKHand off adalah merupakan fasilitas di dalamsistem cellular untuk menja min adanyakontinyuitas komunikasi apabila pelangganbergerak darn satu cell ke cell yang lain.Handover diperlukan pada saat :- C/I dibawah nilai minimum yangdipersyaratkan,atau- RSS dibawah level minimum yangdipersyaratkan

Jenis jenis Hand off:Internal Handover (BSC controlled) :• Intra-cell handover• Inter-cell handover

External Handover (MSC controlled)• lntra-MSC handover• Inter-MSC handover dalam satu operator• Inter MSC melalui berbeda operator

(roaming)

•

50

Cellular Switch:DMS-MTX

• Komunikasi terus berlangsung ketika terjadiperpindahan sel akibat mobilitas Pada FWA hand-off tidak diperlukan.

J. HANDOFFIS-41 specifies mobility management on

network side— SS7 is used for signaling within PSTNHandoff initiation:— Base station 1 notices mobile station's

signal is weakening— Base station sends a handoff

measurement request message to its MSCMSC can request base stations to reporttheir reception of mobile's signal

— Resource reservation:— MSC decides on base station 2 for handoff— Reserves voice channels with base station

2— Execution:

MSC sends a handoff order message tobase station 1Base station 2 notifies mobile stationincluding new channel frequenciesMobile station switches channelsCompletion: old channels are cleared

K . EFFISIENSI SPETRUMSpectral efficiency :Jumlah bit/dt yang dapat disalurkan padasetiap Hz bandwidthCircuit spectrum efficiency :Jumlah sirkit yang dapat disalurkan padasetiap MHzGeographical spectrum efficiency :Jumlah sirkit yang dapat disalurkan pada

setiap MHz bandwidth per km' Konsep darasSistem SelulerEconomic spectrum efficiency :Berapa "cost" yang diperlukan untuk setiapsirkit telepon (pada setiap MHz bandwidth perkm')

L. TEKNIK PENGALOKASIAN CANNAL• Fixed Channel Assignmet (FCS). Yaitu teknik

pengalokasian kanal secara tetap, dimanasetiap Cell Station dialokasikan kanal secaratetap.

• Dinamic Channel Assignment (DCA). Di dalamteknik ini pengaturan kanal dilakukan secaraotomatis oleh pengontrol. Kanal dialokasikanke setiap sel/sector secara dinamik

• Hybrid Channel Assignment (HCA). Teknik iniadalah merupakan kombinasi FCA dan DCA.Sebagian kanal yang ada, dialokasikan ke selsecara tetap dan sisanya dengan DCA

• Borrowing Channel Assignment (BCA). Dalamteknik ini, pada kondisi normal menggunakanFCA untuk mengalokasikan kanalnya. Dalamkondisi seluruh kanal yang dialokasikan secaraFCA sudah habis diduduki, maka sel tersebutmeminjam kanal dari sel yang berdekatan

TEKNIK EFFISIENSI SPEKTRUMO Meningkatkan jumlah kanal radio dengan

memperkecii bandwidth per kanal.O Spread spectrum (CDMA) atauTDMAO Frequency ReuseO Frequency Management dan channel

AssignmentO Mengurangi beban yang tidak perlu, dengan

menggunakan :VOS (Voice operated switch)Voice storage service aplikasi

- Mengurangi banyaknya redial pada saatnomor yang dipanggil sedang sibukMenghemat signaling.

JREC 51

Abis interface

Base Station (Bs)

MobileSwitching

Centre( MSC)

Pula ic Switched )•< 17. rTelephone Netwcr(

. • (PST N)

4\

CCITTSignalling

System No.7(SS7)

interface

Base Station Controller (BSC)

C cove )

Cellular System Architecture.Mo le Stations

lites(iTrano7ierstaianie IS) I

•Das eS(18511

Co rtrolbr (85C)

--- A interface

Basel- nos liver • — Ab is interfaceStallan (875)Base Station (BS)

Um interface ••

Elemen Dasar Sistem Selular -O Unit mobil atau Mobile Station ( MS) terdiri

dari tiga bagian utama, antara lain :• unit pengontrol• sistem pemancar penerima• sistem antena

O Pusat sel atau Base Station (BS)• unit pengontroi• pemancar penerima• sistem antena• terminal data dan sistem catu dayaBS Controller (BSC) untuk meitgontrol bbrp BS

O Sentral telepon mobil (MSC)• prosesor dan sentral selular

M. BSC functionsThe Base Station Controller (BSC) is part of thelink between the BTS and the MTSO. It:Performs vocoding of the voice signalRoutes calls to the MTSOHandles call control processesMaintains a database of subscribersMaintains records of calls for billing

ANTENA PADA BTSThe BTS attaches to an antenna. The antenna's

three-sided design for sectorization

Struktur Jaringan Seluler pada GSM & CDMA10.1 Arsitektur Jaringan GSM

a. Struktur Jaringan GSMJaringan GSM disusun dari beberapa entitasfungsional:

Mobile Station (MS), merupakanperangkat yang dibawa pelanggan.Base Station Subsystem (BSS) yangmengendalikan hubungan radio denganMobile Station.

O Network Subsystem (NSS)O Operation Subsysterm (OSS)

ite

J- RE C52

O _____(zE)

iii

Aliran Kenriali

Aliran Data

Ml

.a

b. Pembagian Sistem dalam GSM

GSM essential components

To fixed network(PSIN, ISDN, PON)

"'''-,- MS tviobile Station - - - - - - - - - -=ci BTS Base Transceiver Station

..1 : - - - - - - - - - - - - - - ., i... '-‘' BSC Base Station Controller-,,,,MSC - Mobile Switching CenterGMSC Gateway MSCOMC Operation and Maintenance CenterEIR Equipment identity RegisterALIC Authentication CenterHLR Home Location Register

........Vi5Aor LwatiQn Refti r.........

Konfigurasi Sel GSMKonsep Kanal pada GSMKanal terdiri dari dua jenis :q Kanal fisik:q Satu TimeSlot (TS) frameTDMA merupakan

satu kanal fisikq Setiap carrier RF terdiri dari 8 TS(CH 0— 7)q Kanal Logic:q Kanal Trafik (TCH) dapat membawa sudra

atau data untuk layanan komunikasi. TCHdibagi dua jenis, full rate channel dengan Bitrate 13 Kbps dan half rate channel dengankecepatan bit 6,5 Kbps

q Kanal Kontrol digunakan untuk keperluansignalling

C.117C

OPERATOR

53

4200KHl

135KHz-->-. X--

•

914.8,: 935.2

MHz . MHz

•

:20.4:KHz•

4200KFif

I:$11

- ->-135KHz

959.8MHz

• 4890.2

• MHz

c)vvilthIc (BS MSJ 935.2 — 959.8•24* (MS - BSI 89C 2 - 974,a

UPLINK4

DOWNLINK

access (TDas

Timeslot • 4

TDMA Frame 4.615 ms -■• •

3 4 0 2 3 4 5

577us •

B Budi sedang pergi ke rumah kakekC fr Hallo, bisa bicara dengan Nunung

D 4 ABCDEFGHIJKLME fr Betul ya, jangan lupa

Nggak tau 'ahG Besok Aku datang, bah..H Ooo.... begitu...tho

A Minal wa faidzin

A

Kanal logik ditumpangkan pada kanal fisik

45 M H7

,ARFCN-1 ARFCN-1 4 zARFC,N=1 ARFC.1\ 1 =124k

•

Us6r 1 Us r2 Us r 1 User 2 Ustr 1

Representasi FDMA-TDMA dalam 3 dimensi

Proses Kerja TDMADengan sate channel bisa membawa kedelapanpercakapan dengan cara membagi-bagipercakapan tersebut ke dalam fragmen-fragmenyang disebut Timeslot,

ARFCN atau "Absolute Radio Frequency ChannelNumber" adalah nomer channel yang berurutanyang digunakan untuk mengidentifikasi carrieryang berbeda.Hubungan antara parameter ARFCN danfrekuensi carrier adalah sebagai berikut:

fUplink = 890 + 0.2*(ARFCN-1) MHzfDownlink = fUplink + 45 MHz

54JREC

a

burstRF

ChannelFrekuensi

ti me-Axis

Channe ffset "- „0, 4, Co A. 0 ".0000000 0

H.; ;:s - c".3-

O- O-O- •

Radio Tower

Time slot

13T SOffset3 BP

down li nk

Cula burst 196.15 bit penods 5/6.9 9,

960 WU

9591 Mlir

1I3

935 71011r

— 435161Hr.

Miry

UlArnk

76

13666 traffic

1 2 3 4 5 6

41 •—• 1 TS

BURST = Contents of Time Slot

15625 bk= 57688 ps( 1 tit = 3.692 its )

•

•8 Percakapan, 8 Channel Delapan percakapan satu channel

Komunikasi antara BTS dan MS melalui physical channel berupa burst

BTS dalam inengirim dan menerima sinyal secaradupleks, artinya dalam waktu yang bersamaanBTS mengirim dan menerima sinyal. Walaupundemikian untuk data yang bersesuaian atau yangmempunyai timelot yang sama, BTS memberikankonstanta offset selama 3 periode Burst (3 x 577s).Tujuan adanya offset ini adalah untuk mencegahsinyal downlink dan uplink diterima oleh MSbersamaan. Selain itu, Tx dan Rx tidak berkerjabersamaan dan tidak bisa salingmenginterferensi satu sama lainnya.

Offset (selang waktu) antara Tx (downlink) danRx (uplink)Struktur Frame GSM

. . . 1 multiframefcr si bg 4— 1 miltfidne for speethkiaa

51 TDMA frane = 235.38ns 26 TDMA tare =120 rrts

2 1 49.50 1 2 24 25

8 18 = 1 TCMA frame = 4.615 ms

MS

Struktur Jaringan CDMA

55

Reuse (K)=1

CDMA- Number of channels are "unlimited"- Only radio resource (power) blocking- Soft capacity

Struktur Jaringan CDMA

Frequency Reuse

I A / ED1 A CDMA

TDrylA I FDMA- Channels statically assigned.- Blocking at high traffic load.- Hard capacity

Fase Perkernbangan Jaringan GSM dan CDMA1. General Packet Radio Service atau GPRS

Struktur Jaringan GPRSStruktur jaringan GPRS adalah penambahan duanode jaringan baru dalam GSM yaitu SGSN(Serving GPRS Support Node) & GGSN (GatewayGPRS Support Node)Secara umum Genera! Packet Radio Service atauGPRS adalah suatu teknolegi Packet Switch yangmemungkinkan pengiriman dan penerimaandata lebih cepat jika dibandingkan denganpenggunaan teknologi Circuit Switch Data atauCSD.Komponen-komponen utama Jaringan GPRSadalah :rJ SGSN; gerbang penghubung jaringan BSS/BTS

ke jaringan GPRS• GGSN; gerbang penghubung jaringan GSM ke

jaringan InternetO PCU ; komponen di level BSS yang

menghubungkan terminal

Abis

Pengertian Paket Switching• Data yang akan ditransmisikan dibagi

menjadi bagian-bagian kecil (paket) laluditransmisikan dan diubah kembali menjadidata semula.

• Dapat mentransmisikan ribuan bahkanjutaan paket perdetik

• Memungkinkan untuk pemakaian kanaltransmisi secara bersamaan oleh penggunalain

• Transmisi melalui PLMN (Public Land MobileNetwork )dengan menggunakan IP backbone

Jaringan GPRS

SwitchedTraffic

HLR/AU CGPRS

Register

PeerElements

SGSNPaelkotTraffic

56 JREC

•

BTSUpgrade

F101 or SW Upgrade

• No Upgrade

New tfMobilesI Gp

New BSC Release

Gs

EDGE (Enhanced Data rate GSM Evolution)

Objective: a hi h r r at thanks to a better spectral efficiency.

2 EDGE capable TRX need to be added, old BTS might have to be changed. BSC/PCUshall support EDGE capability.

Re-dimensioning of the interface according to the traffic growth.

Upgrade GSM ke EDGE

Wideband CDMA (WCDMA)Sistem W-CDMA adalah teknologi multiple•akses dengan menggunakan modulasi DSSSyang ditebar dalam bandwith yang lebar (5-5MHz), lebih lebar daripada bandwith sistemCDMATeknologi ini berbeda dengan sistem GSM•konvensional yang menggunakan pembagianbandwith frekuensi yang tersedia serta timeslot.

• WCDMA dapat dikatakan sebagan CDMA pitalebar berbasis GSM yang sering juga dikenalsebagai Teknologi Akses UMTS (UniversalMobile Telecommunication) merupakani mplementasi dari 3G yang dapat mencapaikecepatan sampai 2 Mbps.

JREC 57

UMTS Networks

G-MSC

PSTN /ISDN

IS.0544C/0043 5^1$.5:13 S13.14 'S

290 0, "4 OVIS

,NO..0,1740

44, i V7.4,150,444- C raa410.0444,

Vittillattall5 ‘ 144 6173 r, Oot, Y47' 7 4 rlx,l1

16.31z10 Moon1X6643

ZSatoinit

IF}'4440211411.1PERLAN

11OTE$07.116

F+474 41401,0,44 RI AN111684111.13.6

AMPS Tiv Aka.. ;amok

rp Bi andwidth RF

Kano, / carder RFFi• Frokuridd

t Frokozinsi Downlink

FOMA

30 kHz

824 - 849MHz

869 - 894MHz

AY5 141(70.41

Evolution step GSM / GPRS/UMTS/HSDPA

p GSM / GPA'S/LIMTS/NSOP.4

sow. 'WItpritzt.

58

Jaringan WCDMA

Perbanclingan

GSM ■ i COMASS- 51OMA :f, DS-COMA 1

----DM-SK-7 OPSKt1.25 MHz j200 kHz II 1.a i •

1 20 - SO890-9'15 i i 824 - 849

MHz MHz935 - 960 II 889 - 894

MHz [I MHz J

Taha pan Evolusi CDMA

Tahapan Evolusi GSM/GPRS/EDGE/WCDMA-UMTS/HSDPA

ION

Data Rate and Mobility.

1111411444ry504

GPRSINFRASTRUCTURE

Internet

000 001

-20ther Cellular & PCSNetWorks

Local,Regional & National

Operations C enters

CenterWhigSystem

CustomerService

FraudVoiceMai

SC U-MSCVermitthyrovAgelioGSM and WATS

MS: MobilstationBooe Treneetver Station

MSC: Base t.:,Yet:on Conti.g.-MerMSCr Moblas t.,1,6tolling CenterNode B: UMTS-BastsstationRN C: Radio Network ControllerRN:, Radio Network SubsystemUNISC: UNITS Mobile Switching Center

3G Open Systems Technology Platform

Visi dari Teknologi Wireless 3G

[UMTS- Architecture

Teief,„- and

klot:futlItnetz(ISON,PsTr4)

Daten-NsIZe,z. B. I nternet

CtC 59

Integrationvithtxednetvort:

[UMIS — Cell laYerS

0111#

Global Mobile Personal CommunicationSystemDefinisi awal : Sistem satelit orbit nongeostasioner, , disebut juga Big LeoFrekuensi diatas 1 GHz

•:• Layanan suara dan data narrow band• Dianggap sebagai komponen IMT 2000 ,

yang menyatukan berbagai sistem dalamsatu infrastruktur radio terpadu

• Komunikasi anywhere and anytimeDefinisi sekarang : Semua sistem yangmemberikan layanpn telekomunikasi darigugusan satelit balk trans-nasional,regional, maupun basis giobal

DAFTAR PUSTAKA1. Auw, Jimmy, 2006, Pantau Bandwith

dengan MRTG, Chip - Spesial Networking,PT.EIex Media Komputindo,Jakarta.

2. Freeman, Roger L., "TelecommunicationTransmission Handbook", John Wiley & SonsInc,New York, 1991, 3 rd ed.

3. Pasaribu, Parlin , "Evolusi TeknologiTelekomunikasi",11mu Komputer.Com,Nov.2008

4. Roden, Martin S., "Digital CommunicationSystem Design",Prentice Hall InternationalInc,USA, 1988X ed.

5. Shibuya, Shigekazu & Ishizuka, Haruo,Basic Atlas of Radio wave Propagation",John Wiley &Sons Inc, Toronto, 1987, 1' t ed.

60

-14

a

•