BAB 2 2.2 Konsep Selular Konsep seluler hingga saat ini dapat

BAB 2
2.2 Konsep Selular
Konsep seluler hingga saat ini dapat dikatakan sebagai penyelesaian yang terbaik untuk
mengatasi masalah terbatasnya spektrum frekuensi dan kapasitas pelanggan. Pada konsep ini
ditawarkan kapasitas yang sangat tinggi dalam alokasi spektrum yang terbatas tanpa perubahan
teknologi yang amat besar. Konsep dasarnya adalah mengganti pengirim tunggal berdaya tinggi
dengan beberapa pengirim berdaya lebih rendah yang masing-masing melayani daerah cakupan
yang lebih kecil. Daerah pelayanan yang lebih kecil ini disebut sel. Pada tiap-tiap sel ini
dialokasikan sejumlah kecil kanal dari keseluruhan kanal yang ada, sehingga keseluruhan kanal
yang dimiliki sistem tersebut terbagi-bagi dalam selsel yang ada. Interferensi antar stasiun basis
dapat diminimalkan jika stasiun basis yang berdekatan menggunakan grup kanal yang berbeda.
Dengan memisahkan stasiun-stasiun basis dan grup-grup kanal denngan cara yang sistematis,
kanalkanal didistribusikan dan digunakan berulang kali. Dalam hal ini interferensi antar stasiun
ko-kanal harus tetap rendah. Stasiun ko-kanal adalah stasiun-stasiun yang menggunakan
frekuensi yang sama. Jika permintaan pelayanan terus meningkat, yang berarti jumlah kanal
yang dibutuhkan juga meningkat, maka jumlah stasiun basis dapat diperbanyak. Dengan cara ini
kapasitas sistem menjadi lebih besar tanpa harus menambah lebar spektrum frekuensi yang
digunakan. Untuk menghindari tambahan interferensi maka daya pengirim yang digunakan harus
dikurangi. Prinsip ini merupakan dasar semua sistem komunikasi tanpa kabel modern, karena
dengan sejumlah kanal yang tertentu (tetap) konsep seluler dapat melayani sejumlah besar
pelanggan melalui penggunaan ulang frekuensi (kanal). Sistem seluler terdiri atas tiga bagian
dasar, yaitu unit bergerak, tapak sel (cell site) dan MTSO (Mobile Telephone Switching Office),
dengan hubungan-hubungan yang mengaitkan ketiga subsistem tersebut.
1
\
Gambar 1: Bagian-bagian dasar system seluler
MTSO atau MSC merupakan jantung sistem seluler. Prosesor yang terdapat didalamnya
menyediakan pengaturan pusat dan administrasi sistem tersebut. Saklar seluler, baik analog
maupun digital, menghubungkan pelanggan bergerak dengan pelanggan bergerak yang lain dan
dengan jaringan telepon nasional. Saklar seluler ini terdiri atas trunksuara dan juga jalur-jalur
data untuk mengawasi hubungan antara pemroses dengan saklar dan antara tapak sel dengan
prosesor. Jalur radio ini membawa sinyal antara unit bergerak dengan tapak sel.
2.3 Parameter Dasar Sistem Seluler
- Frekuensi Re-use
- Handoff
2.3.1 Frekuensi Re-use
Sistem radio seluler mengandalkan pengalokasian kanal yang cerdas dan penggunaan
ulang frekuensi pada keseluruhan daerah cakupan. Setiap stasiun basis seluler dialokasikan untuk
satu grup kanal yang akan digunakan dalam satu wilayah geografis kecil yang disebut
sel.Stasiun-stasiun basis yang berdekatan harus dialokasikan untuk grup kanal yang berbeda.
Antena stasiun basis dirancang untuk melayani daerah tertentu saja. Dengan membatasi daerah
cakupan antena sebatas satu sel saja, maka grup-grup kanal yang sama dapat digunakan kembali
pada sel-sel yang letaknya berjauhan. Proses perancangan pemilihan dan pengalokasian grupgrup kanal untuk semua stasiun basis seluler dalam suatu sistem disebut penggunaan ulang
frekuensi (frequency reuse) atau perencanaan frekuensi.
Gambar 1.memperlihatkan penggunaan ulang frekuensi pada konsep seluler, dimana selsel yang berlabel sama menggunakan grup kanal yang sama pula. Sel-sel berbentuk segienam
2
merupakan pemodelan cakupan radio tiap-tiap stasiun basis yang telah disederhanakanuntuk
mempermudah analisis. Daerah cakupan sel yag sebenarnya disebut footprintdan dapat
ditentukan melalui pengukuran medan atau dari model-model perkiraan perambatan gelombang.
Pemilihan bentuk sel ini adalah karena segienam dapat mencakup dengan tepat keseluruhan
wilayah pelayanan tanpa tumpang tindih, dan paling mendekati pola radiasi lingkaran yang
dihasilkanoleh antena stasiun basis omni-direksionaldan perambatan ruang bebas.
Konsep Frequency Re-use memungkinkan penggunaan frekuensi yang sama pada sel
yang berbeda, diluar jangkauan interferensinya. Parameter yang menjadi ukuran adalah
perbandingan daya sinyal / carrier terhadap total daya interferensinya
2.3.2 Konsep Re-Use
Gambar 2. Ilustrasi konsep frekuensi reuse. Sel dengan huruf yang sama menggunakan set
frekuensi yang sama. Sekelompok sel diuraikan dalam huruf tebal dan direplikasi atas wilayah
cakupan. Dalam contoh: ukuran cluster, N, sama dengan tujuh, dan faktor reuse frekuensi 1/7
karena setiap sel mengandung sepertujuh dari jumlah saluran yang tersedia.
S=kN
C=MS=MkN
Dimana :
S : Jumlah kanal tersedia dalam kluster
N : Jumlah sel dalam Kluster
k : Jumlah kanal dialokasikan tiap sel, k < S
M : Jumlah replica kluster dalam system
C : Jumlah kanal tersedia dalam system
2.4 Handoff
3
Handoff Memungkinkan seorang pengguna pindah dari suatu sel ke sel yang lain tanpa
adanya pemutusan hubungan. Terjadi pemindahan frekuensi / kanal secara otomatis yang
dilakukan oleh System atau proses perubahan frekuensi operasi secara otomatis saat pemakai
terminal bergerak memasuki zone frekuensi operasi atau sel yang berbeda sehingga pembicara
dapat terus berlangsung dalam zona frekuensi operasi yang baru, tanpa proses pembangunan
hubungan ulang.
Pengolahan handoff merupakan tugas penting dalam system seluler, banyak strategi
handoff memprioritaskan permintaan handoff atas permintaan inisiasi panggilan ketika
mengalokasikan saluran yang tidak digunakan dalam sebuah sel.
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), 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.
2.4.1 Prioritas Handoff
Salah satu metode untuk memberikan prioritas kepada handoff disebut konsep guard
chanel, dimana sebagian kecil dari total saluran yang tersedia dalam sel disediakan secara khusus
untuk permintaan handoff dari panggilan yang sedang berlangsung yang dapat diserahkan ke sel.
Metode ini memiliki kekurangan antara lain lebih sedikit saluran yang dialokasikan untuk
panggilan. Guard channel menawarkan pemanfaatan saluran yang efisien yang meminimalkan
jumlah saluran penjaga yang dibutuhkan dengan menggunakan alokasi demand based yang
efisien.
2.4.2 Pertimbangan Handoff
4
Beberapa masalah muncul ketika mencoba mendesain untuk berbagai kecepatan mobile.
Kendaraan kecepatan tinggi melewati wilayah cakupan dari sel dalam hitungan detik, sedangkan
pengguna pejalan kaki mungkin tidak pernah membutuhkan handoff selama panggilan
berlangsung. Terutama dengan penambahan microcell untuk menyediakan kapasitas, MSC dapat
dengan cepat menjadi terbebani jika pengguna kecepatan tinggi yang terus-menerus lewat di
antara sel-sel yang sangat kecil. Beberapa skema telah dirancang untuk menangani lalu lintas
kecepatan tinggi dan pengguna kecepatan rendah secara serentak sambil meminimalkan
intervensi handoff dari MSC.
Meskipun konsep seluler memungkinkan penambahan kapasitas melalui penambahan selsel baru, tetapi pada prakteknya hal ini sulit dilakukan terutama di daerah perkotaan. Pada
penyedia layanan lebih tertarik untuk memasang kanalkanal dan stasiun basis baru pada
lokasiyang sama daripada mencari loasi yang baru. Dengan menggunakan ketinggian antena dan
tingkat daya yang berbeda, dimungkinkan untuk membuat sel besar dan sel kecil pada lokasi
yang sama (bertumpang tindih). Teknik ini disebut pendekatan sel payung. Sel payung
digunakan untuk menyediakan daerah cakupan yang luas bagi pemakai berkecepatan tinggi dan
menyediakan daerah cakupan yang sempit bagi pemakai yang bergerak dengan kecepatan
rendah. Gambar 2. memperlihatkan sel payung yang bertumpanng tindih dengan beberapa sel
mikro yang lebih kecil. Pendekatan payung akan meminimalkan jumlah lepas-tangan untuk
pemakai kerkecepatan tinggi dan menyediakan kanal-kanal tambahan melalui sel-sel mikro
untuk pemakai berkecepatan rendah atau pejalan kaki.
Gambar 3. Umbrella cell
2.4.3 Tipe Handoff
5
-
Handoff Berbasis Kuat Sinyal
Proses hand off akan terjadi bila tingkat sinyal terima pada terminal bergerak
berada di bawah tingkat ambang yang telah ditentukan.
-
Handoff 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.
2.5 Interferensi dan Kapasitas Sistem
Interferensi merupakan faktor keterbatan utama dalam unjuk kerja sistem radio seluler.
Sumber interferensi dapat berupa pemakai lain dalam sel yang sama, komunikasi yang sedang
berlangsung pada sel yang berdekatan, stasiun basis lain yang bekerja pada pita frekuensi yang
sama, atau sistem nonseluler yang membocorkan dayanya ke dalam pita frekuensi yang
digunakan oleh sistem seluler. Interferensi pada kanal suara akan menimbulkan cakap silang
dimana pemakai mendengar interferensi karena pengaruh transmisi yang tidak diinginkan.
Didalam kanal pengendali, interferensiakan menyebabkan kegagalan panggilan karena kesalahan
pensinyalan digital.
Interferensi di daerah perkotaan menjadi lebih besar karena pengaruh
permukaan derau RF (RF noise floor) yang lebih tinggi, banyaknya stasiun basis, dan juga
banyaknya jumlah pemakai. Interferensi menjadi suatu penghalang dalam usaha penambahan
jumlah kapasitas dan seringkali menjadi penyebab utama terputusnya suatu komunikasi. Ada dua
macam interferensi yang terjadi oleh pengaruh sistem seluler itu sendiri, yaitu interferensi kokanal dan interferensi kanal yang berdekatan. Meskipun timbul oleh sistem seluler itu sendiri,
kedua jenis interferensi ini sulit dikendalikan. Hal ini terutama karena pengaruh perambatan
yang acak. Selain kedua macam interferensi tersebut, juga terdapat interferensi yang disebabkan
oleh sumber luar seperti interferensi dari pemancar milik sistem seluler yang lain.
2.5.1 Co-Channel Interference
Frekuensi Reuse berimplikasi bahwa pada wilayah cakupan tertentu beberapa sel
menggunakan sekumpulan 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 (CCI). Tidak seperti noise suhu dapat diatasi dengan meningkatkan SNR, CCI tidak
6
dapat diatasi dengan menaikkan daya pembawa pemancar.apabila kita menaikkan daya pemancar
maka kita juga akan meningkatkan interferensi co-channel sel disebelahnya. Untuk menurunkan
CCI, perlu secara fisik menjauhkan co-channel sel sampai jarak minimal sehingga mencukupi
isolasi propagasi
Dalam sistem seluler dengan ukuran sel yang seragam, interferensi kokanal tidak
terpengaruh oleh daya pancar tetapi akan merupakan fungsi radius sel (R), dan jarak ke pusat sel
ko-kanal yang terdekat (D). Dengan memperbesar perbandingan D/R, pemisahan antara sel-sel
ko-kanal relaif terhadap jarak jakupan sel dapat diperbesar. Interferensi dikurangi dengan cara
memperbaiki isolasi daya RF yang berasal dari sel ko-kanal. Jika D/R besar maka kualitas
transmisi dapat ditingkatkan karena hal ini akan mempunyai arti interferensi kokanal yang
rendah. Sebaliknya, untuk memperoleh kapasitas yang besar maka ukuran kelompok sel (N)
harus kecil yang berarti nilai D/R yang lebih kecil. Dalam perancangan sistem seluler yang
sebenarnya, besarnya perbandingan D/R harus dipertimbangkan dengan melihat kebutuhan
kapasitas dan kualitas pelayanan yang akan disediakan
Perbandingan 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. Pengukuran perambatan dalam
kanal radio bergerak menunjukkan bahwa rerata sinyal yang diterima meluruh sebanding dengan
pangkat n jarak antara pengirim dan penerima. Daya rerata yang diterima pada jarak d dari
antena pengirim adalah
P0 adalah daya yang diterima pada jarak d0dari antena pengirim, dan n adalah eksponen rugi-rugi
lintasan. Besarnya n untuk sistem seluler di daerah perkotaan berkisar antara 2 dan 4.
Dengan melihat kedua persamaan di atas, jika eksponen rugi-rugi lintasan dan daya
pancar masing-masing stasiun basis adalah sama besar, maka perbandingan daya dan interferensi
adalah sebagai berikut
7
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 I0adalah jumlah sel kokanal yang menyebabkan terjadinya
interferensi. Besarnya S/I dapat dinyatakan dalam satuan dB
2.5.2 Adjacent Channel Interference
Adjacent Channel Interference adalah interferensi sinyal dengan frekuensi didekatnya,
Adjacent Channel Interference terjadi karena ketidaktepatan filter penerima yang memungkinkan
frekuensi berdekatan bocor kedalam passband. Masalah ini serius bila kanal yang disebelahnya
sedang memancarkan dalam jarak yang dekat dengan penerima pengguna yang sedang menerima
dari BS maka akan menyebabkan terjadinya near far effect.
Interferensi kanal yang berdekatan dapat diminimalkan dengan pemfilteran dan
pembagian kanal yang tepat. Pembagian kanal pada tiap sel dapat diatur sedemikian rupa
sehingga kanal-kanal yang berdekatan frekuensinya tidak berada dalam satu sel. Jarak frekuensi
antara tiap kanal harus dijaga sebesar mungkin untuk mengurangi interferensi. Kanal-kanal dapat
dibagidengan menghindari kanal-kanal yang membentuk pita frekuensi kontinyu berada pada sel
yang sama
2.6 Pengendalian Daya
Pengendalian daya dilakukan untuk mengurangi terjadinya interferensi, dalam praktek
radio seluler daya pancar MS dikendalikan oleh BS untuk memastikan bahwa MS memancar
dengan daya minimal yang dibutuhkan.
Keuntungan pengendalian daya adalah memperpanjang usia baterai, dan mengurangi
SNR pada penerima untuk mengurangi gangguan atau noise dan meningkatkan kecepatan dalam
pengiriman data. Kerugiannya adalah penggunaan daya dalam pengiriman atau transmitting
semakin meningkat, sehingga dapat menyebabkan pemborosan pada baterai, dan interfrensi pada
pengguna lain dengan band frekuensi yang semakin meningkat.
8
9