CELL A. KONSEP CELL Konsep dasar dari suatu sistem selular

1.
CELL
A. KONSEP CELL
Konsep dasar dari suatu sistem selular adalah pembagian pelayanan menjadi daerah-daerah kecil yang disebut
sel. Setiap sel mempunyai daerah cakupannya masing-masing dan beroperasi secara khusus. Jumlah sel pada
suatu daerah geografis adalah berdasarkan pada jumlah pelanggan yang beroperasi di daerah tersebut.
Suatu sel pada dasarnya merupakan pusat komunikasi radio yang berhubungan dengan MSC yang mengatur
panggilan yang masuk. Jangkauan pengiriman sinyal pada sistem komunikasi bergerak selular dapat diterima
dengan baik tergantung pada kuatnya sinyal batasan sel para pemakainya. Tetapi, masih terdapat faktor lain
yang dapat menjadi kendala untuk sinyal yang dikirim dapat diterima dengan baik. Faktor lain yang dimaksud
adalah faktor geografis (alam).
Ukuran sel pada system komunikasi seluler dapat dipengaruhi oleh:
1.Kepadatan pada traffic.
2.Daya pemancar, yaitu Base Station (BS) dan Mobile Station (MS).
3.Dan faktor alam, seperti udara, laut, gunung, gedung-gedung, dan lain-lain.
Akan tetapi batasan-batasan tersebut akhirnya ditentukan sendiri oleh kuatnya sinyal radio antar Base Station
(BS) dan Mobile Station (MS).
B. DEFINISI CELL
Cell adalah Area Cakupan (coverage area) dari Radio Base Station
• Sel menunjukkan cakupan sinyal
• Sel berbentuk heksagonal ( atau bentuk yang lain ) hanya digunakan untuk mempermudah penggambaran pada
layout perencanaan
Macam-macam :
• Omni Cell
• Sectored Cell
Ukuran :
• Makrocell (>5km)
• Microcell (3-<5km),Picocell (<1km)
Yang mendasari perkembangan :
• Keterbatasan spektrum frekuensi
• Efisiensi penggunaan spektrum frekuensi
Parameter Dasar
• Frequency Reuse
• konsep Hand Off
C. BENTUK SEL
Bentuk jaringan sistem selular berkaitan dengan luas cakupan daerah pelayanan. Bentuk sel yang terdapat pada
sistem komunikasi bergerak selular digambarkan dengan bentuk hexagonal dan lingkaran. Tetapi, bentuk
hexagonal dipilih sebagai bentuk pendekatan jaringan selular, karena dari sel yang lebih sedikit dengan bentuk
hexagonal diharapkan dapat mencakup seluruh wilayah pelayanan.
Setiap sel memiliki alokasi sejumlah channel frekuensi tertentu yang berlainan dengan sebelahnya. Karena
channel frequency merupakan sumber terbatas maka, untuk meningkatkan kemampuan pelayanan frekuensi
yang terbatas tersebut dipakai secara berulang-ulang, yang dikenal dengan istilah pengulangan frekuensi
(frequency reuse). Oleh karena itu pengulangan frekuensi merupakan hal yang penting dalam komunikasi
selular.
2. Frequency Reuse
Frequency Reuse adalah penggunaan ulang sebuah frekuensi pada suatu sel, dimana frekuensi tersebut
sebelumnya sudah digunakan pada satu atau beberapa sel lainnya. Terbatasnya spektrum frekuensi
yang dapat digunakan pada sistem komunikasi bergerak menyebabkan penggunaan spektrum
frekuensi tersebut harus seefisien mungkin. Jarak antara 2 sel yang menggunakan frekuensi yang
sama ini harus diatur sedemikian rupa sehingga tidak akan mengakibatkan interferensi.
Latar belakang penerapan frequency reuse ini adalah karena adanya keterbatasan resource frekuensi
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 frekuensi yang sudah pernah digunakan sebelumnya oleh sel lain. Gambar di bawah ini
menunjukan pemetaan geographis penggunaan freukensi pada beberapa sel, dimana digunakan
mekanisme frequency reuse
Inti dari konsep selular adalah konsep frekuensi reuse. walaupun ada ratusan kanal yang tersedia, bila
setiap frekuensi hanya digunakan oleh satu sel, maka total kapasitas sistem akan sama dengan
total jumlah kanal. Dalam penggunaan kembali kanal frekuensi diusahakan agar daya pemancar
masing masing BS tidak terlalu besar, hal ini untuk menghindari adanya interferensi akibat
pemakaian kanal yang sama Interferensi Co-Channel).
Jarak minumum frekuensi reuse yang diperbolehkan ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu jumlah sel
yang melakukan frekuensi reuse, bentuk geografis suatu wilayah, tinggi antena, dan besarnya daya
pemancar pada masing masing base station.
Dalam hal ini jarak minimum frequency reuse dapat dicari dengan rumus pendekatan teori sel
hexsagonal, yaitu :
dimana :



D = Jarak minimum sel yang menggunakan kanal frekuensi yang sama.
R = Radius sel, dihitung dari pusat sel ke titik terjauh dalam sel.
K = Banyaknya sel per kelompok / pola sel / pola frequency reuse.
Pola frequency reuse pada sistem selular diperlihatkan gambar. Pengaturan pola tersebut harus sebaik
mungkin, hal ini untuk menghindari interferensi akibat adanya penggunaan kanal yang berdekatan
(Interferensi Adjacent Channel) dan interferensi co-channel.
Besaran D/K disebut sebagai faktor reduksi kanal dengan frekuensi yang sama. Besaran tersebut
menentukan kualitas transmisi dalam perencanaan sistem selular agar tidak terjadi interferensi cochannel. Dari persamaan juga terlihat bahwa, jika jarak D semakin besar, maka jumlah kelompok sel
akan bertambah, sehingga interferensi co-channel akan berkurang, dengan catatan daya pemancar
pada BS tidak terlalu besar. Tetapi untuk pita frekuensi yang sama, jumlah kanal/sel akan berkurang
yang berarti kapasitas trafik per sel akan lebih kecil.
2.2 Handoff
Handoff adalah komponen yang esensial dalam sistem komunikasi selular bergerak. Mobilitas
menyebabkan variasi yang dinamis pada kualitas link dan tingkat interferensi pada sistem seluler,
terkadang sebuah user (mobile station; BS) tertentu harus mengganti base station (BS) yang
melayaninya. Pergantian ini dikenal sebagai handoff. Pada sistem seluler generasi pertama seperti
Advanced Mobile Phone System (AMPS)[1], handoff relatif sederhana. Sistem seluler generasi kedua
seperti Global System for Mobile Communications (GSM) dan Personal Access Communications
System (PACS) lebih baik dari pada generasi pertama dalam banyak hal, termasuk algoritma handoff
yang digunakan. Pemrosesan sinyal yang lebih modern dan prosedur melakukan handoff telah
digabungkan pada sistem ini.
Struktur kendali telah ditingkatkan sehingga dalam peningkatan dari networkcontrolled menuju
Mobile Assisted Handoffs (MAHO) atau Mobile Controlled Handoffs (MCHO), delay handoff secara
substansial telah dikurangi.
Disebut soft handoff karena untuk membedakannya dari proses handoff lainnya (hard handoff
tradisional). Dengan hard handoff, beberapa keputusan dibuat apakah handoff perlu dilakukan atau
tidak. Pada keputusan positif, handoff diinisiasikan dan dieksekusi tanpa memerlukan pemakaian
kanal secara simultan dengan dua base station. Pada soft handoff, sebuah keputusan yang
dikondisikan dibuat apakah handoff perlu atau tidak. Dipengaruhi oleh perubahan dari kuat sinyal
pilot dari dua atau lebih base station yang terlibat, dan akhirnya keputusan handoff dibuat untuk
berkomunikasi hanya dengan satu BS. Hal ini normal terjadi setelah diperoleh jelas bahwa sinyal dari
satu BS lebih kuat dari yang lainnya. Pada prosesnya, MS menggunakan kanal secara simultan kepada
setiap BS yang terlibat.
Perbedaan soft handoff dengan hard handoff dapat diibaratkan dengan perbedaan antara lomba lari
estafet dengan renang estafet. Pada lomba renang estafet, perenang selanjutnya harus menunggu
sampai rekannya menyentuh dinding kolam, sementara pada lomba lari estafet, tongkat diserahkan
beberapa detik setelah pelari kedua berlari sehingga ada situasi dimana mereka sama-sama berlari dan
memegang tongkat pada periode waktu tertentu.
2.2.1 Prosedur Handoff
Prosedur handoff dapat dibagi menjadi tiga fase, yaitu: pengukuran,
pengambilan keputusan dan eksekusi seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.1.
2.2.2 Tipe Hand Off :
1. Hand Off Berbasis Kuat Sinyal
Proses hand off akan terjadi bila tingkat sinyal terima pada terminal bergerak berada di bawah tingkat
ambang yang telah ditentukan.
2. Hand off berbasis C/T (Carrier to Interference)
Proses hand off ini dikenal dengan menggunakan perbandingan level sinyal pembawa terhadap
Interference dengan persamaan :
( C+I ) /I = C / I
Dimana C ( kuat sinyal terima ) akan menurun sebagai fungsi dari jarak, tetapi I akan bergantung pada
lokasi terminal.
2.2.3 Proses Inisiasi Hand Off
Merupakan tahap awal dari pendeteksian perlu atau tidaknya hand off.
Uraian Inisiasi :
•
Di base station, kuat sinyal selalu dipantau dari kanal suara balik “reverse voice channel”
•
Pada saat kuat sinyal sedikit lebih tinggi dari ambang minimum kualitas suara yang telah
ditentukan, base station akan meminta MTSO untuk melakukan hand off.
Proses handover ini dilakukan pada saat sebuah Mobile Station (MS) menerima sinyal yang
diterima atau dikirim lemah.
Terdapat dua kondisi untuk dilakukannya proses handover, yaitu:
1. Ketika Mobile Station berada pada perbatasan level sel, karena sinyal yang
diterima akan melemah.
2. Pada saat pengguna berada pada lubang kekuatan sinyal (signal strength hole)
yang terdapat dalam suatu sel.
Apabila panggilan (call) sudah stabil, maka kanal set-up sudah tidak digunakan lagi
selama waktu panggilan.
Gambar Konsep Dasar Handoff
Handoff terdiri dari dua jenis, yaitu:
1. Handoff yang berdasarkan pada kuat sinyal.
2. Handoff yang berdasarkan perbandingan carrier terhadap interferensi (carrier to
interference ratio).
2.2.4 Algoritma Hand Off
1.Hand Off Tertunda
MTSO akan selalu memberikan prioritas utama bagi permintaan hand off, baru kemudian panggilan
pendudukan. Bila tidak ada respon dari base station tetangga setelah dicapai batas ambang T2 , maka
proses komunikasi akan terus berlangsung sampai kuat sinyal terima berada dibawah threshold yang
secara otomatis akan memutuskan proses komunikasi yang sedang berlangsung.
Keuntungan algoritma hand off tunda adalah :
• Pengurangan beban kerja
• Peningkatan akurasi
• Eli minasi interferensi
2.Hand Off Antrian
MTSO akan mengantrikan permintaan hand off daripada menolaknya bila sel baru dating kondisi
dating dalam paket ( bundles).
3.Hand Off Paksaan
Didefinisikan sebagai proses hand off yang seharusnya tidak terjadi, namun dipaksakan terjadi.
a.Pengendalian Hand Off
Base station dapat menentukan tingkat ambang hand off yang rendah dalam sel untuk
menjaga agar pemakai lebih lama dalam sel yang bersangkutan untuk mempercepat terjadinya hand
off.
b.Penciptaan Hand Off
Proses hand off tidak hanya terjadi atas permintaan base station saja, bila MTSO
menyimpulkan bahwa terlalu banyak sel yang kongesti, Sementara lainnya tidak, maka MTSO dapat
meminta base station tertentu untuk melakukan hand off bagi sel – sel yang mengalami kongesti.
4.Hand Off Selisih Daya
Berbasis pada selisih daya dari suatu sinyal yang diterima oleh 2 base station. Nilai D dapt diubah
untuk menyesesuaikan kapasitas prosesor switch.
Algoritma ini dapat digunakan oleh semua panggilan hand off, kecuali bila terdapat perbedaan
penguatan antenna atau ketinggian terminal bergerak yang berada di lokasi tersebut.
2.2.5 Mobile Assisted Hand Off
Prosedur permintaan hand off berdasarkan pada kuat sinyal base station dari reverse link.
Saat sinyal kanal melemah, terminal bergerak akan meminta hand off, sekaligus mengirimkan
informasi kandidat base station yang mampu. Dalam kondisi ini MTSO telah dibekali base station
tetangga, sehingga MTSO dapat menentukan base station tetangga yang paling sesuai bagi tujuan
hand off.
Soft Hand Off
Algoritma ini hanya ada pada system digital CDMA, dimana semua sel dapat mem anfaatkan
frekuensi pembawa yang sama, sehingga factor frekuensi re-use mendekati satu.
Hand off Base Station
Setiap terminal bergerak ditandai dengan frekuensi operasi sel tertentu. Saat terminal bergerak
meninggalkan sel asalnya dan memasuki sel baru, maka base station sel akan menyesuaikan frekuensi
operasi yang digunakan terminal bergerak.
Hand off Intersistem
Mengandung arti bahwa panggilan hand off dapat ditransfer dari suatu system ke system lainya
sehingga proses komunikasi dapat terus berlangsung saat terminal bergerak melalui system kedua.
Mereduksi Hand Off
Secara teknis, hand off berarti mengalihkan satu frekuensi ke frekuensi yang lain ketika suatu
kendaraan memasuki sebuah sel baru atau sector atau wilayah baru. Dalam setiap microsell tidak
diperlukan hand off dari suatu zona ke zona lain switching zone to zone ditangani oleh suatu zone
selector. Zona aktif mengikuti pergerakan mobile unit dari satu zone ke zone lain.
Disini kita memperkirakan secara kasar berapa banyak hand off dapat dihilangkan pada sebuah micro
cell plan yang tiga zonanya terpakai. Dalam sebuah regulasi cell terdapat 3 sektor. Mobil dapat
bergerak dalam 1 dari 3 arah
Free Space Propagation berada pada lokasi antara antenna penerima dan antenna pemancar pada
ruang yang kosong tanpa ada interferensi pada setiap permukaanya. Tidak ada grand refrection
ataupun diffraction losses free space loss adalah 6 dB per oktaf. Jarak ( doubline the distance ).
Rumus dari free space attenution menggunakan sebuah antenna Dipol yang dipasang pada sebuah
antenna Dipol yang dipasang pada kedua antenna, yaitu dengan rumus :
Attenuation ( dB ) = 32,6 +20 log f+20log d
Dimana :


F adalah frekuensi dalam Mega hertz
D adalah jarak ( miles ) antara antenna transmisi dan antenna penerima.
Range dari Free Space Propagation
Freee Space Propagation murni eksternal dari awal atau medan panjang dari antenna pemancar ke
sebuah titik dimana gelombang antara dua antenna. Medan jauh adalah jarak kira-kira 10 kali lebih
jauh dan panjang gelombang dari antenna.
The formula for plane earth attenuation dalam decibel adalah :
Attenuation ( dB ) = 144,6 + 40 log d – 20 log f
Dimana :



D : Jarak antara transmitting dan recever dipole antenna ( miles )
HT : Tinggi ( height ) dari antenna transmisi ( ft ).
HR : Tinggi ( height ) dari antenna penerima ( ft ).
Diffraction loesses adalah gelombang radio yang terlintas melalui obstacle, adalah suatu limitasi kef
re space propagation.
Added Clearence (ft) = 0,6 (2380) [ d1 x d2 ] / L ( d1+d2)
Dimana :



3.
di : Jarak dari transmitter ke obstacle ( miles )
d2 : Jarak dari receiver ke obstacle ( miles )
L : Wave length, ( ft ).
Interferensi Kanal Bersama (Co-Channel Interference) dan Interferensi Kanal
Sebelah (Adjacent Channel Interference)
Interferensi Kanal Bersama (Co-Channel Interference)
Interferensi kanal bersama adalah satu kejadian dalam sistem terrestrial dimana terdapat dua
kanal atau lebih yang bekerja dengan frekuensi sama, yang masing – masing saling terganggu dan
mengganggu. Akibat keadaan tersebut maka satu receiver akan menangkap beberapa kanal tertentu
dari dua atau lebih pemancar yang juga bekerja pada frekuensi tersebut. Tingkat atau level
penerimaannya bergantung dari jarak dua atau lebih pemancar dari receiver yang bersangkutan.
Interferensi kanal bersama tidak dapat hanya diatasi dengan menaikkan level daya yang
dipancarkan, karena akan menaikkan level daya yang dipancarkan, karena akan menaikkan
interferensi ke sel kanal bersama lainnya.
Co-channel Interference atau CCI adalah crosstalk yang berbeda dari dua pemancar
radio menggunakan sama frekuensi . Ada dapat beberapa penyebab co- channel interferensi radio ,
empat contoh tercantum di sini.

Jaringan seluler HP

Kondisi cuaca buruk

Miskin perencanaan frekuensi

Terlalu-ramai spektrum radio

Daytime vs Malam HariPembatalan sinyal
Untuk mengurangi interferensi, sel – sel kanal tersebut harus menggunakan beberapa cara,
yaitu:
1.Memperkirakan jauh jarak minimum agar tidak terjadi interferensi.
Jarak tersebut harus memenuhi hubungan:
Dimana:
K = Faktor reuse yang bergantung pada sistem, GSM
4
R = Radius sel (km)
D = Jarak antara dua sel dengan frekuensi co-channel (km)
Gambar 5. Terjadinya interferensi antar sel
Penggunaan antena sector
Antena sector merupakan satu solusi yang dapat digunakan untuk mengurangi pengaruh
interferensi co-channel berkaitan dengan pola radiasi yang dimilikinya. Dengan
dilengkapinya reflector pada antenna dipolenya, maka pola radiasi kearah belakang menjadi
sangat kecil sehingga mempunyai faktor perbandingan antara level pancaran kedepan dan
level pancaran kebelakang yang besar.
Gambar 6. Pola radiasi dari antenna
Tinggi antena juga berperan dalam proses co-channel interference, makin tinggi
menara antenna, makin besar kemungkinan terjadi interferensi tersebut, sehingga tinggi
menara menjadi factor yang juga dipertimbangkan
Pengaturan arah condong antena
Dengan pengaturan yang sangat diperhitungkan maka radius area cakupan dapat
berkurang dan dapat mengatasi co-channel interference. Dengan mengatur arah condong
dapat mengurangi:

Area cakupan sel yang memberikan kemungkinan kerapatan trafik meningkat

Interferensi co-channel dan adjacent channel dari sel yang lain

Mencegah interferensi co-channel bagi MS
Besarnya sudut condong ditentukan sederhana dengan menggunakan rumusan ilmu ukur
sudut sebagai yang ditunjukkan pada persamaan berikut
Dimana :
hBTS
R
= tinggi antenna BTS
= radius layanan BTS
Di dalam sel pun dapat ditambah sel yang baru untuk menghindari terjadinya pelayanan
jaringan yang tinggi. Sel yang lebih luas digunakan untuk trafik yang
padat sedangkan sel yang lebih kecil untuk trafik yang rendah
Gambar 7. Penambahan sel untuk trafik yang tinggi dan rendah
i.Interferensi Kanal Sebelah (Adjacent Channel Interference)
Interferensi kanal sebelah disebabkan oleh interferensi sinyal yang berasal dari sel sebelah.
Penyebab interferensi ini adalah karena tidak sempurnanya frekuensi operasi dari filter pada
receiver. Penggunaan receiver ini mengakibatkan frekuensi yang berdekatan dapat lolos dari
filter. Interferensi ini akan menjadi masalah yang serius bila kanal yang bersebelahan dari
pengguna mentransmisikan informasi pada frekuensi yang sangat dekat dengan frekuensi
pengguna. Efek dari interferensi ini dapat diperkecil dengan proses filterisasi yang baik dan
pembagian kanal yang baik. Pembagian kanal dilakukan dengan memberikan jarak frekuensi
pemisah yang cukup besar antara satu dengan kanal yang lainnya.
2.4 POWER CONTROL
Power Control merupakan suatu upaya untuk mengontrol daya pancar dari BTS atau dari MS agar
mendapatkan kualitas komunikasi yang baik, level interferensi dapat ditekan seminimal mungkin dan
memaksimalkan kapasitas. Dalam sistem CDMA, interferensi di jalur forward dan reverse dapat
dikurangi dengan suatu mekanisme penurunan pemakaian daya oleh MS atau BTS. Dengan diaturnya
level daya pancar MS atau BTS maka pemakaian daya MS atau BTS dan juga interferensinya dapat
dikurangi. Power Control dalam sistem komunikasi CDMA terdiri dari dua jenis, yaitu:
1. Forward Link Power Control
Forward Link Power Control merupakan kontrol daya dari arah BTS ke MS. Secara garis besar
Forward Link Power Control ditujukan untuk mengontrol level daya pancar BTS. Sedangkan untuk
lebih jauh lagi, pada arah BTS ke MS, power control dibutuhkan untuk meminimumkan interferensi
ke sel lain dan untuk mengimbangi terhadap interferensi dari sel lain. Metode yang digunakan adalah
fast closed loop power control yang bertujuan untuk memperbaiki performansi MS yang berada di
tepi sel dimana sinyal dari BTS semakin lemah sedangkan interferensi dari sel lain semakin kuat. BTS
secara periodik akan menurunkan daya pancarnya, sementara MS mengukur frame error ratio (FER)
yang terjadi. Ketika FER mencapai nilai 1% maka MS meminta BTS agar tidak lagi menurunkan daya
pancarnya
2. Reverse Link Power Control
Reverse Link Power Control merupakan kontrol daya dari arah MS ke BTS. Pada lintasan balik ini,
sinyal akses jamak menduduki spektral frekuensi yang sama tetapi jarak dari masing-masing MS
dalam satu BS tidak sama. Inilah yang mengakibatkan interferensi pada arah balik lebih dominan
terjadi karena aktifitas mobility (pergerakan) MS dalam sel akan mempengaruhi besar kecilnya
redaman propagasi dan level daya terima di BS. Penerimaan sinyal dari MS terdekat (near-in) akan
menghalangi penerimaan sinyal yang lebih lemah dari MS lebih jauh (far-end). Pergerakan MS akan
mengakibatkan perubahan loss tetapi di lain hal pergerakan MS akan mengakibatkan slow fading atau
fast fading yang mengakibatkan level daya terima berflaktuasi terus menerus. Untuk mengatasi
problem tersebut, skema kontrol daya reverse link dibagi menjadi dua bagian yaitu :
a. Reverse Link Open Loop Power Control (RLOLPC)
Algoritma proses RLOLPC adalah jika MS menerima sinyal pilot dengan daya tinggi maka MS
akan menurunkan daya pancarnya, begitu juga sebaliknya. Jadi sebenarnya pengontrollan daya
dilakukan berdasarkan informasi hasil pengukuran sinyal pilot dari BS pada lintasan maju (forward
link). RLOLPC merupakan kontrol daya untuk mengestimasi perubahan (fluktuasi) level daya yang
lambat yang diakibatkan slow fading effect, RLOLPC terlalu lambat untuk mengestimasi fluktuasi
daya yang cepat akibat fast fading.
b. Reverse Link Close Loop Power Control (RLCLPC)
Penggunaan teknik direct sequence spread spectrum untuk sistem seluler CDMA memerlukan
penggunaan beberapa bentuk dari adaptive power control.Power control menyediakan cara untuk
menyamakan level daya yang diterima
pada BS untuk semua MS yang berada di coverage BS
tersebut. Tanpa power control, near-far effect dapat secara drastis menurunkan kinerja sistem.
Algoritma CLPC menggunakan estimasi daya yang diterima pada BS untuk menginstruksikan setiap
MS
untuk
mengurangi level daya pancarnya.Mekanisme CLPC dapat secara efektif
mengkompensasi variasi kanal yang cepat akibat multipath fading dalam sistem teresterial, dimana
delay propagasi dan proses lebih kecil dibandingkan waktu korelasi dari kanal