Solusi Menekan Interferensi Co-Channel dan Adjacent Channel pada Sistem Seluler WCDMA Multi Operator

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) Solusi Menekan Interferensi Co-Channel dan Adjacent Channel pada Sistem Seluler WCDMA Multi Operator Wahyu Pratama, Endroyono, dan Suwadi. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya wahyu.pratama1@mhs.ee.its.ac.id, endroyono@ee.its.ac.id, suwadi@ee.its.ac.id Abstrak Perkembangan sistem komunikasi seluler akan selalu diikuti dengan semakin meningkatnya jumlah pemakai, untuk itu dibutuhkan teknik supaya dapat meningkatkan kapasitas serta kualitas dari sebuah sistem komunikasi seluler. Secara nasional, frekuensi yang digunakan sistem seluler diatur oleh pemerintah melalui alokasi spektrum agar frekuensi yang terbatas itu dapat menghasilkan kinerja atau performansi yang bagus tanpa harus saling mengganggu. Pada kondisi di lapangan ternyata masih terdapat permasalahan. Selain faktor noise, redaman dan fading, permasalahan yang akan diangkat dari tugas akhir ini adalah interferensi yang terjadi akibat adanya sinyal lain yang mempunyai frekuensi sama (co-channel) dan juga akibat dari daya sinyal dari pengganggu yang cukup besar serta biasanya terjadi dengan alokasi kanal yang berdekatan (adjacent channel). Solusi yang ditawarkan dalam tugas akhir ini adalah dengan memanfaatkan filter yang dipasangkan pada perangkat operator agar menekan interferensi yang terjadi sehingga performansi dari sinyal kembali bagus. Melalui simulasi MatLab akan dilakukan analisis pengaruh filter terhadap kinerja sistem yang mengalami interferensi dan dikorelasikan hasilnya dengan hasil pengukuran di lapangan. Pemanfaatan filter tambahan terbukti memperbaiki kinerja sistem seluler dengan perbaikan gain mencapai 4 db. P Kata Kunci Interferensi, Filter, WCDMA I. PENDAHULUAN ermasalahan pada sistem komunikasi sangatlah komplek, noise, interferensi, redaman, dan fading merupakan contoh dari gangguan yang dapat menurunkan kinerja dari sistem komunikasi. Pada aplikasi sistem seluler multi-operator gangguan interferensi menjadi faktor utama penurunan kinerja jaringan. Saat kinerja turun akan membuat pertukaran informasi menjadi terganggu. Gangguan tersebut terjadi akibat adanya sinyal dari BTS lain yang mempunyai frekuensi sama (cochannel) dan juga akibat dari daya sinyal dari pengganggu yang cukup besar serta biasanya terjadi dengan alokasi kanal yang berdekatan (adjacent channel) adapula intersystem interferensi yang terjadi akibat sistem komunikasi radio lain yang menggunakan frekuensi sama dalam satu area yang sama[1]. Hal itu masih terjadi meskipun telah dilakukan channeling plan oleh operator, maupun pemerintah yang sebenarnya sudah mengeluarkan berbagai regulasi yang mengatur tentang hal tersebut. Karena interferensi sifatnya merugikan, maka biasanya dilakukan penanganan oleh operator dengan mengukur terlebih dahulu pada pengguna frekuensi multi operator. Dari pembagian kanal sampai alokasi frekuensi dicek kembali sesuai penggunaan yang sudah ditetapkan masing-masing operator. Hasilnya adalah solusi sesaat di lapangan dan solusi hukum apabila benar-benar tidak dapat diselesaikan secara teknis. Maka dari itu diperlukan penelitian dan pencarian solusi secara teknis, yang secara ilmiah dapat dipertanggungjawabkan, sebagaimana yang akan dilakukan pada Tugas Akhir ini. II. INTERFERENSI SISTEM KOMUNIKASI SELULER Pada sistem komunikasi, umumnya interferensi diartikan sebagai sinyal lain yang tidak diinginkan yang mempengaruhi atau menggangu sinyal informasi yang ditransmisikan kepada rangkaian penerima (receiver). Gangguan tersebut dapat berupa sinyal lain yang memancarkan daya atau energi pada pita frekuensi yang sama dengan suatu sinyal informasi yang sebenarnya [2]. Interferensi merupakan noise yang timbul karena operasional dari sistem komunikasi yang lain [3]. Interferensi akan mempengaruhi besar daya sinyal yang diterima pada suatu receiver. Besarnya suatu tingkat interferensi akan bergantung pada jarak antara sistem penerima dan sistem pengirim (transmitter) dibandingkan dengan faktor lainnya. Kasus yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini adalah masalah interferensi kanal bersebelahan (adjacent channel interference). Interferensi ini bisa timbul karena ketidak sempurnaan power amplifier pada pemancar [4] ataupun pada proses filtering di sisi penerima. ACI dapat disebabkan oleh adanya beberapa operator jaringan komunikasi yang berada pada area geografis yang sama. Interferensi antara beberapa operator tersebut dapat timbul ketika pita frekuensi operator operator tersebut cukup berdekatan satu sama lain [5]. Gambar 1. Adjacent Channel Interference

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) Ketika filter yang digunakan pada sisi penerima tidak sesuai maka akan terjadi interferensi. Penangana interferensi ini bisa dilakukan dengan pemasangan filter tambahan pada BTS yang mengalami interferensi.. III.METODOLOGI Pada perencanaan pembuatan filter, terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan antara lain dengan mengetahui terlebih dahulu kondisi dari gangguan itu sendiri dalam hal ini interferensi. Setelah mengetahui jenis gangguan, selanjutnya menentukan spesifikasi dari filter yang tepat. Banyak jenis filter yang bisa digunakan tetapi hanya jenis filter tertentu yang akan menghasilkan sesuai yang diinginkan. Gambar 3. Bandpass filter two half section Parameter Tabel 2.Parameter Simulasi Komponen Pasif - Z in - Z out Frekuensi kerja Model filter yang digunakan Spesifikasi 5Ω 5Ω MHz BPF two half section 2. Penanganan Interferensi Saat terjadi gangguan pada kualitas sinyal disisi penerima, maka perlu dilakukan pengecekan ke lokasi yang dianggap bermasalah agar mengetahui permasalahan apa yang muncul. Berikut merupakan alur yang dilakukan dalam penanganan gangguan di lokasi site. Gambar 2. Diagram alir Pengujian dan Simulasi Untuk nilai dari parameter seluler yang akan dijadikan tolak ukur dalam mengetahui apakah ada suatu gangguan ataupun tidaknya dapat terlihat pada Tabel berikut : Tabel 1. Parameter Seluler Parameter Deskripsi RTWP > = -1 VSWR 1.3 DTF Simulasi dengan MatLab Simulasi filter menggunakan Bandpass Filter Respone dengan desain Bandpass Filter pada Gambar 3, serta parameter yang akan digunakan pada saat simulasi filter pada software MatLab yang ditunjukkan pada Tabel 2.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) Gambar 4. Diagram alir penanganan interferensi di lapangan Pada saat pengecekan di lapangan dilakukan pengukuran dengan alat Site Master dan juga bantuan software NodeB Huawei. Pengukuran menggunakan Site Master dilakukan dengan mengacu pada standart yang ada pada KPI. Sebagaimana penggunaan alat ukur maka harus dilakukan kalibrasi terlebih dahulu, setelah itu memasukkan parameter seperti frekuensi kerja yang akan dilakukan pengukuran dalam hal ini menggunakan frekuensi tengah 195 MHz. Pengukuran dilakukan di site Mastrip Jln, Mastrip Surabaya pada operator Axis. Gambar 6. Tampilan interferensi sinyal 3G pada LMT BTS 39 Adapun tampilan dapat terlihat dalam bentuk angka pada software LMT ini. Besarnya nilai yang bisa disebut normal yaitu saat nilainya berada pada range -1 dbm sampai dengan -14,5 dbm, namun pada gambar di bawah ini menampilkan kondisi RTWP yang buruk yaitu mempunyai nilai -92 dbm. Gambar 5. Pengukuran sinyal pada sektor 3G yang terkena interferensi ( 211 MHz- 217 MHz ) Pengukuran ini dilakukan pada posisi downlink ( 211 MHz- 217 MHz ) dengan besarnya interferensi -52dB. Dengan menggunakan software LMT BTS 39 dapat terlihat jelas sinyal yang ditampilkan. Gambar 7. Tampilan interferensi sinyal 3G pada LMT BTS 39 dalam bentuk angka Setelah mengetahui adanya gangguan interferensi terhadap kanal Axis yang bekerja pada frekuensi 1,92-1,98 GHz, maka perlu pemasangan filter pada perangkat Node B DTRU type BTS Penentuan spesifikasi perangkat Digunakan spesifikasi filter di bawah ini (Tabel 3) dikarenakan pada pengecekan di lapangan sebelumnya diadakan pengukuran menggunakan Site Master dengan jenis Anritsu MS2723B yang terlihat pada Gambar 3.8 Digunakan spesifikasi filter di bawah ini (Tabel 3.2) dikarenakan pada pengecekan di lapangan sebelumnya diadakan pengukuran menggunakan Site Master dengan jenis Anritsu MS2723B yang terlihat pada Gambar 8.

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) Key features: Impedance Stop Band Stop Band Rejection Tabel 3. Spesifikasi filter 1.Outdoor module 2.45 db rejection ( MHz) 3.DC Bypass function 5 ohms MHz >45 db( mhz) Pass Band MHz(RX) MHz(TX) Insertion Loss < 1.2 db( mhz) < 1.7 db( mhz) <.5 db( mhz) Return Loss >15 db( mhz) >18 db( mhz) RF Power Handling >5 dbm (average power, MHz) >57 dbm (peak power, MHz) Passive Intermodulation < -16dBc (Intermodulation products in RX band, with 2*4W CW signals) DC-bypass Yes Application Outdoor IP grade IP67 Operating Temperature -1~+65 Relative Humidity 5%~95% MTBF 5 hours Lightning Protection 8kA,8/2us Weight 1Kg(estimate) Dimensions(W*H*L) 163.4mm*156mm*353.8mm(estimate) RF connectors ANT: 7/16 DIN female BTS: 7/16 DIN female Installation Wall and pole mounting Number of unit Dual Filter yang digunakan terdiri 3 buah untuk 3 sektor, yang bekerja pada frekuensi ( Mhz). Pemasangan filter tersebut dipasang pada sektor 3G DTRU BTS 39 sebelum masuk ke combiner. Filter yang digunakan harus tepat saat pemasangan dan juga rapi. Apabila tidak teliti maka akan menyebabkan kebocoran sinyal yang kondisi tersebut sama saja tidak ada perubahan saat sebelum dipasang filter. Pada pemasangan di outdoor membutuhkan ketelitian yang sangat tinggi, dikarenakan tempat terbuka yang rentan terhadap hujan yang mengakibatkan sinyal bertambah buruk. Berikut pemasangan filter di indoor dan outdoor. IV. Evaluasi Simulasi dan Pengukuran Lapangan Pada tahapan ini menunjukkan respon filter dalam mengatasi permasalahan Adjacent Channel interference yang terjadi pada sistem seluler. Bagian ini menunjukkan hasil simulasi pemanfaatan BPF (Band Pass Filter) untuk meredam interferensi pada jaringan seluler menggunakan MatLab. Sinyal input dibangkitkan dengan frekuensi center 1,95 Ghz dengan panjang sampling 496. Frekuensi center didapatkan dengan perhitungan : Fc=(Fh-Fl)/2+Fl dimana : Fc=frekuensi center Fh=Frekuensi cut-off atas Fl=Frekuensi cut-off bawah Fc = (1,98 Ghz-1,92 Ghz) / 2+1,92 Ghz Fc = 1,95 Ghz Demikian juga untuk membangkitkan noise sebagai inteferensi menggunakan parameter frekuensi blocker sebesar 1,9Ghz dengan panjang sampling sebesar 496 yang sudah di inject ke sinyal asli. Sehingga pada simulasi akan muncul seperti gambar dibawah ini : Gambar 8. Tampilan Site Master MS2723B Adapun standart yang harus dicapai dengan menggunakan filter yang terpasang diperangkat. KPI disini merupakan tetapan yang harus dipenuhi agar kualitas dari sinyal bagus. Tabel 4. Standart sinyal yang harus dicapai dengan menggunakan filter Item KPI RTWP > = -1 VSWR 1.3 Rejection 45dBm DTF 1.3 A. Hasil Simulasi Gambar 9. Sinyal input dengan interferensi Pada simulasi menggunakan band pass filter untuk meredam frekuensi diluar frekuensi yang diperbolehkan. Konfigurasi filter menggunakan kombinasi antara high pass filter dan low pass filter.high pass filter digunakan untuk melewatkan frekuensi diatas 1,92 Ghz dan low pass filter digunakan untuk melewatkan frekuensi dibawah 1,98 Ghz. Sehingga penggabungan dari kedua filter diatas akan tampak seperti pada gambar dibawah ini (hasil simulasi menggunakan MatLab).

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) V SW R J TS S O 41 M A S TR IP 1A B F R 1.5 M 1 : M H z 1.4 V S W R Li m i t : 1.3 Phase (degrees) Magnitude (db) Magnitude -5 Bandpass Filter freq * Frequency (Hz) Filter 1-1 input+noise output Frequency (Hz) Magnitude (Volts) Gambar 1. Simulasi Band Pass Filter Simulasi karateristik peredaman pada frekuensi yang tidak dingiinkan dapat dilihat pada gambar dibawah ini dengan rejection 45 db. 3dB 45dB Gambar 11. Simulasi Peredaman BPF pada -45db Redaman 45dB merupakan rejection yang dibutuhkan agar pada saat batas tersebut frekuensinya akan diredam/dihilangkan. Spektrum Karakteristik Filter & Noise Input. x Frequency (Hz) x 1 9 Gambar 12. karakteristik hasil simulasi filter B. Evaluasi performansi Node-B setelah penggunaan filter Kualitas sinyal yang mengalami gangguan dalam hal ini interferensi sangatlah berpengaruh pada sisi penerima / user. Interferensi yang terjadi yaitu pada kanal 3G operator Axis yang bersebelahan dengan kanal operator Smartfren. Pada pembahasan sebelumnya sudah dibicarakan bagaimana penanganan yang dilakukan pada kasus interferensi. Pengukuran nilai VSWR, DTF, dan RL dilakukan menggunakan alat ukur Site Master. Berikut merupakan hasil capture di lapangan : M Frequency ( MHz) R es olution: 259 C A L:O N (C O A X ) C W : O N Std: UMTS /W C DMA /3G C hannel: N /A D ate: F eb/11/214 Tim e: 16:1:15 Model: S331D Serial #: 5489 V S W R Li m i t : 1. 5 D istance-to-fault J TS S O 41 M A S TR IP 1A B F R M1 : Meter M2 : 4.7 Meter M3 : Meter M4 : 4.97 Meter M1 M2 M3 M Distance ( Meter) R es olution: 259 C A L:O N (C O A X ) C W : O N Std: UM TS /W C DM A /3G C hannel: N /A Date: 2/11/214 Time: 16:1:4 Ins.Loss:.dB /m Model: S331D Serial #: 5489 Prop.Vel:.8 d B Gambar 13. Tampilan VSWR menggunakan Site Master sektor 1 pada board DTRU Terlihat pada gambar nilai VSWR yang diukur pada posisi Transceiver di sektor 1 mencapai lebih dari 1,2 pada frekuensi 2-27 MHz. Pengukuran di sisi RX mempunyai nilai VSWR sama tingginya dengan pengukuran di sisi TX yaitu sebesar 1,2. Gambar 14. Tampilan DTF menggunakan Site Master sektor 1 pada board DTRU. Pada pengukuran setelah penggunaan filter nilai DTF menjadi 1,2 pada jarak 35 m, jarak 4 43 m memiliki nilai DTF sebesar 1, M 1 : d M H z Limit : -27. M1 Return Loss J TS S O 41 M A S TR IP 1A B F R Frequency ( MHz) R es olution: 259 C A L:O N (C O A X ) C W : O N Std: UMTS /W C DMA /3G C hannel: N /A D ate: F eb/11/214 Tim e: 16:1:26 Model: S331D Serial #: 5489 Gambar 15. Tampilan RL menggunakan Site Master sektor 1 pada board DTRU.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (214) C. Perbandingan evaluasi sebelum dan sesudah pemasangan filter Dari hasil simulasi juga menunjukkan bahwa pada kasus interferensi yang terjadi dapat digunakan jenis Butterworth bandpass filter two half-sections. Jenis filter ini merupakan double BPF yang akan menghasilkan respon filter yang meruncing.. Untuk pemasangan filter tersebut diperoleh hasil yang sangat signifikan dari kondisi sebelumnya. Dari mulai VSWR, DTF dan Return Loss menghasilkan keluaran yang bagus. Adapun hasil perbandingan sebelum dan sesudah penggunaan filter sebagai berikut Hasil Pengukuran Parameter Tabel 5. Perbandingan hasil pada saat sebelum dan setelah pemasangan filter. Sebelum Pemasangan filter Setelah Pemasangan filter VSWR sektor 1 >1,5 1,2 VSWR sektor 2 >5 1,3 VSWR sektor 3 >1,5 1,23 DTF sektor 1 1,2 ( 15 m) 1, ( 15 m) DTF sektor 2 1,5 ( 1 m) 1,3 ( 15 m) DTF sektor 3 1,22 ( 15 m) 1.2 ( 15 m) RL sektor 1-5 db ( MHz) -5dB ( MHz) -5 db ( MHz) -5dB ( MHz) RL sektor 2-2 db ( MHz) -2dB ( MHz) -2 db ( MHz) -2dB ( MHz) RL sektor 3-2 db ( MHz) -25dB ( MHz) -35 db ( MHz) -48dB ( MHz) mempunyai hasil respon filter yang sesuai perencanaan yaitu dengan nilai VSWR 1,3 dan DTF 1,3. 2. Pengaplikasian Filter pada simulasi dan pemasangan pada perangkat dapat mengurangi interferensi adjacent channel yang terjadi pada dunia telekomunikasi dengan menggunakan desain BPF butterworth two half section. 3. Hasil dari simulasi dan penggunaan filter dilapangan mempunyai respon filter yang mirip sehingga hasil dari simulasi dapat diaplikasikan dalam perangkat. 4. Masalah interferensi dapat diminimalisasikan dengan mengaplikasikan filter yang dipasang pada perangkat. 5. Perbaikan Gain mencapai 4 db setelah pemasangan filter, sehingga dapat mengatasi masalah penurunan kualitas sinyal pada sistem seluler dalam hal ini operator axis. DAFTAR PUSTAKA [1] Rappaport, T.S., Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall Inc., New Jersey, USA, 22. [2] Brown, T.X., Notaros, O., Jadhav. N. Lab 7 Interference In Cellular Radio Systems, TLEN 532 Wireless Systems Lab Colorado,Boulder. [3] Corinex Link, Interference Issues, Corinex Global Corp., 21. [4] Povey, G., Gatzoulis, L., Stewarts L. Dan Band I., WCDMA inter operator interference and dead zones, Elektrobit (UK) Ltd dan University of Edinburgh. [5] Chaufray,J.M., Adjacent Channel Interference in WCDMA Networks equipped with Multiple Antennas Mobile Stations. [6] Heiska, K., Wacker A., WCDMA Radio Network Planning : case studies with npsw, NOKIA, 8 Maret 22. Sebelum terpasang filter, kondisi VSWR sangat tinggi yaitu mencapai >1,5. Setelah terpasang filter nilai VSWR bisa mencapai 1,2 yang berarti semakin nilai VSWR mendekati angka 1 maka kualitas sinyal yang dihasilkan semakin bagus. Bila hasil DTF dibandingkan dengan VSWR berarti pada jarak tertentu pada pembacaan alat ukur menunjukkan nilai VSWRnya. Sebagai contoh bila nilai DTF 1,5 pada jarak 15 m, maka pada jarak 15 m dihitung m dari titik alat ukur ke ujung kabel hingga ujung antena di dapat nilai VSWR sebesar 1,5. Disisi RX pada hasil VSWR menunjukkan hasil yang bagus setelah pemasangan filter di perangkat. Disisi TX pada hasil Return loss juga menunjukkan hasil yang bagus setelah pemasangan filter di perangkat. Untuk posisi RX pun juga menunjukkan hasil yang bagus sehingga kualitas yang dicapai telah memenuhi kriteria. Dari hasil simulasi menunjukkan hasil yang memuaskan, dengan respon filter sinyal dalam domain frekuensi. Kedua sinyal diblok pada 1,983 GHz dan banyak noise secara signifikan dilemahkan/diredam. Semua dikarenakan ada rejection sebesar 45dBm, sehingga membuat hasil yang sangat bagus. V. KESIMPULAN Dari hasil proses simulasi dan penggunaan filter yang telah dilakukan, ada beberapa hal yang dapat disimpulkan : 1. Hasil dari pencampuran LPF dan HPF dijadikan filter BPF yang dapat dimodifikasi menjadi double BPF yang