Frekuensi Reuse Sistem radio selular bergantung pada alokasi

Frekuensi Reuse
Sistem radio selular bergantung pada alokasi cerdas dan penggunaan kembali saluran di
seluruh wilayah cakupan. Setiap base station selular dialokasikan pada sekelompok saluran
radio yang akan digunakan dalam wilayah geografis yang kecil yang disebut sel. Base station
di sel yang berdekatan ditugaskan pada kelompok saluran yang memiliki saluran yang
sepenuhnya berbeda dari sel tetangga. Base station antena dirancang untuk mampu mencapai
cakupan tertentu yang diinginkan dalam sebuah sel. Dengan membatasi cakupan area dalam
batas-batas sel, kelompok saluran yang sama dapat digunakan untuk mencakup sel yang
berbeda yang terpisah dari satu sama lain dengan jarak yangcukup besar untuk menjaga
tingkat interferensi dalam batas toleransi. Proses desain untuk memilih dan mengalokasikan
kelompok saluran untuk semua seluler base station dalam sistem ini disebut penggunaan
kembali frekuensi (frequency reuse) atau perencanaan frekuensi (frequency planning).
Gambar 1 Ilustrasi konsep frequency reuse pada sistem seluler. Sel dengan huruf yang sama
menggunakan seting frekuensi yang sama. Sekelompok sel diuraikan dalam huruf tebal dan
direplikasi atas sebuah wilayah cakupan. Dalam contoh ini ukuran sebuah cluster (N) sama
dengan tujuh sel, dan faktor frequency reuse adalah 1/7 karena setiap sel mengandung
sepertujuh dari jumlah saluran yang tersedia.
Gambar 1 mengilustrasikan konsep dari frequency reuse pada seluler, di mana sel-sel
diberi label dengan huruf yang sama menggunakan kelompok saluran yang sama. Frequency
reuse plan adalah overlay pada peta untuk menunjukkan di mana kanal frekuensi yang
berbeda digunakan. Bentuk sel heksagonal seperti ditunjukkan dalam Gambar 1 adalah
konseptual dan merupakan model sederhana dari liputan radio untuk setiap base station,
tetapi telah diadopsi secara universal karena bentuk segi enam memungkinkan analisis yang
mudah dan terkelola dari sistem selular. Cakupan radio sebenarnya (actual radio coverage)
1
dari sel dikenal sebagai footprint dan ditentukan dari pengukuran lapangan atau model
prediksi propagasi. Meskipun footprint amorf yang nyata ada di alam, bentuk sel biasa tetap
dibutuhkan untuk desain sistem yang sistematis dan adaptasi bagi pertumbuhan masa depan.
Sementara itu mungkin tampak alami untuk memilih lingkaran untuk mewakili wilayah
cakupan base station, padahal di lingkaran yang berdekatan tidak dapat dilakukan overlay
pada peta tanpa meninggalkan celah atau menciptakan daerah yang tumpang tindih. Jadi,
ketika mempertimbangkan bentuk geometris yang mencakup seluruh wilayah tanpa tumpang
tindih dan dengan luasan yang sama maka ada tiga pilihan bentuk yang masuk akal, yaitu:
persegi, segitiga sama sisi, dan segi enam. Sebuah sel harus dirancang untuk melayani ponsel
terlemah dalam footprint, dan ini biasanya terletakdi tepi sel. Untuk jarak tertentu antara
pusat dari polygon dan yang terjauh poin perimeter, segi enam memiliki luas terbesar dari
tiga bentuk yang ada. Jadi, dengan menggunakan bentuk segi enam, secara geometris jumlah
sel yang lebih sedikit dapat menutupi suatu wilayah geografis tertentu dibanding bentuk
lainnya. Selain itu, segi enam secara erat mendekati bentuk radiasi pola melingkar yang akan
terjadi pada base station secara omni-directional dan bebas ruang propagasi. Tentu saja,
footprint selular sebenarnya ditentukan oleh kontur di mana pemancar dibangun untuk
melayani ponsel.
Bila menggunakan segi enam ke daerah cakupan, pemancar base station digambarkan
berada tepat ditengah sel (center-excited cells) atau tiga dari enam simpul sel (edge-excited
cells). Biasanya, antena omni-directional digunakan dalam center-excited cells dan antena
directional sektoral digunakan dalam edge-excited cells. Pertimbangan praktis biasanya tidak
memungkinkan base station untuk ditempatkan persis seperti yang muncul dalam tata letak
heksagonal. Kebanyakan desain sistem memungkinkan base station untuk diposisikan hingga
seperempat sel radius jauh dari lokasi yang ideal.
2
Gambar 2 Metode penetapan sel co-channel dalam sistem selular. [Diadaptasi dari [OetS3I
©IEEE).
kanal suara dan kontrol, menghitung jumlah saluran yang tersedia per sel jika sistem
menggunakan (a) reuse 4-sel, (b) reuse 7sel (c) reuse 12-cell. Jika 1 MHz dari spektrum yang
dialokasikan didedikasikan untuk mengontrol saluran, menentukan sebuah distribusiyang
sama bagi saluran kontrol dan saluran suara dalam setiap sel untuk masing-masing dari ketiga
sistem.
Handoff
Dalam sistem seluler yang praktis, beberapa masalah muncul ketika mencoba untuk
desain untuk berbagai kecepatan mobil. Kendaraan kecepatan tinggi melewati wilayah
cakupan dari sel dalam hitungan detik, sedangkan pejalan kaki pengguna mungkin tidak
pernah membutuhkan handoff selama panggilan berlangsung. Handoff memungkinkan
seorang pengguna pindah dari suatu sel ke sel yang lain tanpa adanya pemutusan hubungan.
Terjadi pemindahan frekuensi atau kanal secara otomatis yang dilakukan oleh sistem.
Ketika pengguna ponsel berjalan dari satu area jangkauan atau sel ke sel lain dalam
durasi panggilan, panggilan tersebut harus ditransfer ke base station sel baru. Jika tidak,
panggilan akan turun karena link dengan base station saat ini menjadi terlalu lemah.
Kemampuan ini untuk transferensi adalah hal dalam desain sistem selular dan handoff
panggilan. Pada Gambar 2.3 disajikan dua tipe dasar handoff yaitu hard-handoff dan softhandoff.
Gambar 3 Dua tipe dasar handoff yaitu. hard handoff dan soft handoff.
Sumber: http://pradinipus.wordpress.com/2009/08/13/
Dengan hard handoff, link ke base station terlebih dahulu diberhentikan sebelumnya atau
sebagai pengguna akan dipindahkan ke sel base station baru. Hal ini menunjukkan bahwa
selular ini terkait dengan tidak lebih dari satu base station pada waktu tertentu. Permulaan
handoff dapat dimulai ketika kekuatan sinyal pada selular yang diterima dari base station 2
adalah lebih besar dari base station 1. Kekuatan sinyal berada pada rata-rata tingkat sinyal di
3
atas jumlah waktu yang dipilih. Rata-rata ini diperlukan karena Rayleigh fading sifat dasar
lingkungan di mana jaringan selular berada. Masalah utama dengan keputusan pendekatan
handoff ini adalah sinyal yang diterima dari kedua base station sering berfluktuasi. Ketika
selular berada antar base station, efeknya menyebabkan selular beralih link dengan salah satu
base station. Fenomena ini disebut ping-ponging. Selain ping-ponging, pendekatan sederhana
ini memungkinkan terlalu banyak handoff.
Interferensi co-channel dan adjacent-channel
Dalam komunikasi bergerak haruslah diperhatikan penyebab terjadinya interferensi.
Terdapat dua interferensi yaitu Interferensi co-channel dan interferensi adjacent channel.
1. Interferensi co-channel
Interferensi saluran bersama atau dalam bahasa Inggrisnya, co-channel interference, adalah
satu kejadian dalam sistem terestrial dimana terdapat dua kanal atau lebih yang bekerja
dengan frekuensi sama, yang masing-masing saling terganggu dan mengganggu. Akibat
keadaan itu, 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 itu berada dari receiver bersangkutan. Akibat
dari interferensi tersebut akan sepenuhnya mengganggu komuni-kasi bila level sinyal utama
yang diterima ( = C ) lebih kecil dari batas tertentu, sehingga ratio C/N atau C/I tidak lebih
kecil dari 18 dB (= C/I ≥ 18 dB) , dimana N adalah level noise total pada penerimaan,
dan I adalah level sinyal interferensi total dari beberapa pemancar.
Gambar 4 Ilustrasi tingkat pertama sel co-channel untuk ukuran cluster ofn=7. Bila ponsel
berada pada sel batas (titik A), itu pengalaman terburuk co-channel interferensi pada saluran
4
depan. Itu jarak ditandai antara sel-sel co-channel mobile dan berbeda didasarkan pada
perkiraan dibuat untuk analisis mudah.
Seperti telah diuraikan pada Modul-1, bahwa untuk mencakup satu kawasan layanan
yang luas, maka pada sistem GSM harus diterapkan metoda reuse-frequency, karena memang
pita frekuensi secara keseluruhan untuk masing-masing operator sangat terbatas. Misalnya
untuk satu operator besar di Indonesia, diberikan ijin untuk menempati pita frekuensi dari
(900–907,5 MHz) dari (890–915 MHz) yang ada untuk arah uplink, dan dari (945–952,5
MHz) dari (935-960 MHz) yang ada untuk arah downlink. Semen-tara selebihnya diberikan
kepada operator lain yang juga menempati pita hanya selebar 7,5 MHz, oleh administrator
(DitJen Postel-Depkominfo). Oleh karena jumlah pelang-gan masing-masing operator
umumnya mencapai bilangan 10.000 pelanggan, maka kemudian diterapkan metoda reusefrequency, yaitu menggunakan berulang masing-masing satu frekuensi kanal untuk mencakup
kawasan layanannya, mulai dari 4 sampai 15 kali, untuk satu kota besar seperti Jakarta.
2. Interferensi adjacent-channel
Interferensi adjacent-channel terjadi akibat dua buah sel yang bersebelahan menggunakan
dua spektrum frekuensi yang berdekatan. Dalam sistem selular, interferensi adjacent-channel
lebih mudah dikontrol jika dibandingkan dengan interferensi co-channel yaitu dengan
pemakaian filter yang curam.
Penyebab interferensi adjacent-channel karena tidak sempurnanya frekuensi operasi
dari filter pada receiver. Penggunaan filter ini mengakibatkan frekuensi yang berdekatan
dapat lolos dari filter.
Interferensi adjacent-channel akan menjadi masalah yang serius bila kanal yang
bersebelahanan dari pengguna tersebut mentransmisikan informasi pada frekuensi yang
sangat dekat dengan frekuensi pengguna.
Fenomena ini disebut sebagai efek near-far dimana daya dari pemancar yang terdekat
mengganggu kerja dari receiver ketika menerima sinyal dari transmitter yang jauh.
Efek dari interferensi adjacent-channel dapat diperkecil dengan proses filterisasi yang
baik dan pembagian kanal (channel assignment) yang baik. Channel assignment dilakukan
dengan memberikan jarak frekuensi pemisah yang cukup besar antara satu kanal dengan
kanal yang lainnya (Gambar ).
5
Gambar 5 Jarak Frekuensi Pemisah pada channel assignment
Power Control
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
propagansi, 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 base station. Jika ini terjadi, kapasitas sistem akan
turun dengan signifikan.
Untuk mencapai kapasitas yang optimum, semua sinyal tanpa tergantung pada jaraknya
ke base station, harus diterima base station dengan rerata 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. Maka dari itu, kinerja mekanisme power control
merupakan salah satu faktor yang penting dalam perencanaan sistem selular CDMA.
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. Berdasarkan
parameter yang akan diukur, teknik power control dapat diklasifikasikan menjadi tiga
metode:
6
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 do 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%.
Sistem CDMA2000 1x menerapkan power control arah reverse dan power control
arah forward.
Dalam sistem selular CDMA, setiap base station mengirim sinyal ke semua mobile
stationyang aktif dalam daerah layanannya dengan menggunakan minimal satu antena.
Karena itu setiap,mobile station menerima sinyal gabungan dari base station terdiri dari
sinyal yang diinginkan dan N-l sinyak interferer, dengan asumsi Afmobile station persel
7