Perancangan Jaringan Seluler 4G LTE Frekuensi MHz di Provinsi Papua Barat

Transkripsi

1 Perancangan Jaringan Seluler 4G LTE Frekuensi MHz di Provinsi Papua Barat Nurul Hidayah Mt.R 1), Fitriana Istiqomah 2), Muhammad Dickri Primayuda 3) dan Nur Indah 4) Prodi S1 Teknik Telekomunikasi Universitas Telkom Bandung Jl. Telekomunikasi No.1 Dayeuhkolot, Bandung Selatan, Bandung Indonesia ), 1), 1), dan 1) Abstrak - Setiap jaringan komunikasi bergerak seluler membutuhkan perencanaan sel dengan tujuan untuk dapat memenuhi kebutuhan pencakupan sel yang ditunjukan oleh jumlah base station, dimana diusahakan seminimal mungkin tetapi dapat memenuhi kapasitas trafik dan coverage area yang dibutuhkan. Optimasi penempatan BTS ini mecakup dua aspek yaitu ditinjau dari segi coverage dan dari segi trafik. Penanganan beban trafik meliputi prediksi jumlah pelanggan pada setiap sel, dimana dengan pertimbangan beban trafik yang diperlukan oleh pelanggan dan beban trafik yang diperlukan untuk mengatasi beban trafik yang diperlukan oleh pelanggan. Pada tugas besar ini akan dibuat perancangan jaringan 4G LTE di Provinsi Papua Barat. Dipilihnya Provinsi Papua Barat dikarenakan di wilayah tersebut belum terdapat jaringan akses 4G LTE. Teknologi LTE merupakan teknologi 4G evolusi dari GSM dengan datarate mencapai 100 Mbps. Hal ini juga dipengaruhi karena tingkat kebutuhan masyarakat akan akses data semakin meningkat Perancangan sel yang dilakukan di Provinsi Papua Barat dibagi menjadi 5 coverage area menurut kabupaten dan kota yang ada. Kelima daerah tersebut terbagi menjadi 1 daerah sub urban dan 4 daerah rural. Daerah sub urban 1 Kota Sorong mempunyai 42 Sel. Daerah rural I yang merupakan gabungan dari kabupaten Fak-fak, kabupaten Kaimana, kabupaten Teluk Wondama, dan kabupaten Teluk Bintuni mempunyai 196 Sel. Daerah rural II merupakan gabungan dari kabupaten Manokwari, kabupaten Manokwari Selatan, dan pegunungan arfak mempunyai 95 Sel. Daerah rural III merupakan gabungan dari kabupaten Sorong Selatan dan Sorong mempunyai 59 Sel. Daerah rural IV merupakan gabungan dari kabupaten Raja Ampat, kabupaten tambraw, dan kabupaten Maybrat mempunyai 52 Sel. Dari semua perhitungan yang dilakukan dalam perancangan jaringan di Papua Barat memenuhi syarat Path Loss karena nilai seluruh Path Loss Uplink dan Downlink lebih kecil dari MAPL. Kata kunci : 4G LTE, coverage, path loss I. PENDAHULUAN Telekomunikasi dapat diibaratkan jalan. Bila ada terbuka maka akses orang berkomunikasi menjadi terbuka. Jaringan 4G secara spesifik diarahkan untuk menyediakan layanan berkualitas tinggi dan kecepatan transfer data yang tinggi pula. 4G mampu memberikan kecepatan transfer data minimal 100 Mbps saat pengguna bergerak pada kecepatan tinggi (seperti ketika sedang berada di kereta api), serta sebesar satu Gbps dalam posisi diam. Long Term Evolution, atau LTE, merupakan standar baru untuk meningkatkan kapasitas dan kecepatan jaringan saat ini. LTE menggunakan radio yang berbeda, namun tetap menggunakan dasar jaringan GSM / EDGE dan UMTS / HSPA. Jaringan ini ditujukan untuk memberikan kualitas penerimaan yang lebih baik, aliran transfer data lebih stabil, serta pertukaran informasi lebih cepat. Pada teknologi LTE digunakan Orthogonal Frequency Multiple Acces (OFDMA) sebagai teknologi akses jamaknya. Penggunaan OFDMA dapat mengurangi efek Intersymbol Interference (ISI), akan tetapi dengan diterapkannya teknologi OFMA yang memakai frekuensi tunggal menyebabkan peningkatan efek Intercell Interference (ICI). Pada perancangan ini, dipilih provinsi Papua Barat, karena Papua Barat adalah salah satu provinsi di Indonesia yang belum memiliki jaringan akses 4G/LTE. LTE dapat menjawab kebutuhan akses data berkecepatan tinggi. II. DASAR TEORI 1. 4G LTE LTE adalah suatu set perangkat tambahan Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) yang diperkenalkan oleh 3rd Generation Partnership Project (3GPP) merupakan teknologi radio yang dirancang untuk meningkatkan kapasitas dan kecepatan akses data hingga mencapai 100 Mbps pada sisi downlink dan 50 Mbps pada sisi uplink. Selain itu, LTE mampu mendukung aplikasi yang secara umum terdiri dari layanan voice, data, video, termasuk juga IPTV. 2. Traffic Forecasting Salah satu aspek perancangan penyeleggaraan jaringan seluler adalah Traffic Forecasting. Perhitungan Traffic Forecasting untuk menentukan kapasitas jaringan tahun ke- 1, 2 dst. Traffic Forecasting didapat dengan adanya unsur berikut: 1

2 Jenis jaringan. Jumlah penduduk. Trafik suara. Trafik data. Minimum income aktif kapita/tahun. Pertumbuhanhun penduduk/tahun. Penetrasi populasi tahun ke-1, 2, 3, dst. Traffic Capacity/BTS tahun ke-1, 2, 3, dst. BTS Capacity tahun ke-1, 2, 3, dst. 3. Radio Link Budget Link budget merupakan sebuah cara untuk menghitung mengenai semua parameter dalam transmisi sinyal, mulai dari gain dan losses dari Tx sampai Rx melalui media transmisi. Link merupakan parameter dalam merencanakan suatu jaringan yang menggunakan media transmisi berbagai macam. Link budget ini dihitung berdasarkan jarak antara transmitter (Tx) dan receiver (Rx). Link budget juga dihitung karena adanya penghalang antara Tx dan Rx misal gedung atau pepohonan. Link budget juga dihitung dengan melihat spesifikasi yang ada pada antenna. 4. Cell Dimensioning Perhitungan Cell Dimensioning menentukan jumlah sel yang diperlukan distribusi dan ukuran sel pada tiap sub-area. Seperti : Frekuensi Ketinggian antena MS Ketinggian antena BTS Faktor lingkungan Constant COST231-Hatta Terms Luas cakupan tipe III. PEMBAHASAN Tabel 3.1 Penggunaan Spektrum 4G LTE Penggunaan Spektrum 4G LTE Parameters LTE Duplex Frequency Frequency Uplink Frequency Downlink Bandwidth Modulasi Value FDD 1800 MHz MHz MHz 10 MHz AMC (QPSK,16 QAM, 64 QAM) Tabel 3.2 Konfigurasi LTE enodeb Konfigurasi LTE enodeb Parameters PTx (dbm) Gain Antena Tx Jumper Cable Feeder Cable Rx Sensitivity (dbm) Gain Antena Rx TMA/MHA Value 46 dbm 18 dbi 0.2 db/km 0.4 db/km -100 dbm 18 dbi 13 db Sector Data Wilayah dan Penduduk Di bawah ini adalah data wilayah dan kependudukan dari Provinsi Papua Barat tahun 2013 sebagai pertimbangan untuk merencanakan pembangunan jaringan bergerak seluler: Luas Wilayah : , 17 km 2 Jumlah Penduduk : jiwa Kepadatan penduduk/km 2 : 8,54 jiwa/km 2 Jumlah Area :13 (12 Kabupaten dan 1 Kota) Jumlah coverage : 5 area (1 daerah sub urban dan 4 daerah rural) Tabel 3.3 Data Sebaran Penduduk Berdasarkan Kelompok usia Usia Jumlah Penduduk 0-14 tahun tahun tahun ke atas Data Daerah Perencanaan Pembagian Daerah Daerah I (Sub Urban) : Kota Sorong Kepadatan : 187,12 user/km 2 Jml penduduk : jiwa Luas total wilayah : 656, 64 km 2 Daerah II (Rural I) : Kabupaten Fak-fak, Kaimana, Teluk Wondama, dan Teluk Bintuni Kepadatan : 11,31 user/km 2 Jml penduduk : jiwa Luas total wilayah : ,68 km 2 Daerah III (Rural II) : Kabupaten Manokwari, Manokwari Selatan, dan Pegunungan Arfak Kepadatan : 19,96 user/km 2 Jml penduduk : jiwa Luas total wilayah : ,94 km 2 Daerah IV (Rural III) : Kabupaten Sorong Selatan dan Sorong Kepadatan : 12,03 user/km 2 Jml penduduk : jiwa Luas total wilayah : km 2 Daerah V (Rural IV) : Kabupaten Raja Ampat, Tambraw, dan Maybrat Kepadatan : 8,52 user/km 2 Jml penduduk : jiwa Luas total wilayah : ,58 km Traffic Forecasting Perencanaan dilakukan dengan beebrapa asumsi seperti di bawah ini : 1. Hanya usia tahun (Usia Angkatan KErja) yang memiliki handset LTE. Selain itu dianggap tidak memberikan trafik. 2. Distribusi market pada daerah perencanaan adalah sebagai berikut : Sub-Urban : 25,22% Rural I : 17,24% Rural II : 22,38% Rural III : 21,52% Rural IV : 13,64% 2

3 3. Presentase pengguna layanan suara, video, streaming, data dan multimedia. Layanan Suara : 30% Layanan Video : 10% Layanan Data : 40% Layanan Streaming : 10 % Layanan Multimedia : 10% ***) User tahun III (2015) Jumlah user = (jumlah usia produktif tahun ke-2 x factor pertumbuhan daerah) + jumlah usia produktif tahun ke-2 Tabel 4.1 Jumlah User pada tahun ke I, II dan III 4. Faktor pertumbuhan pelanggan dan sebaran populasi setiap daerah: Tabel 3.4 Laju Pertumbuhan dan Sebaran Populasi tiap Daerah LAJU PERSENTASI KABUPATEN/ NO. KOTA PERTUMBUHAN DAERAH (%) POPULASI (%) 1 FAK FAK KAIMANA TELUK WONDAMA TELUK BINTUNI MANOKWARI MANOKWARI SELATAN SORONG SELATAN SORONG KOTA SORONG RAJA AMPAT TAMBRAW MAYBRAT PEGUNUNGAN ARFAK Pembagian coverage area adalah sebagai berikut. Tabel 4.2 Jumlah User pada tahun ke I, II dan III berdasarkan coverage area IV. PERHITUNGAN dan ANALISA Diasumsikan seluruh usia produktif merupakan pelanggan potensial (memiliki handset dual mode). Diasumsikan perancangan untuk 3 tahun kedepan berdasarkan usia produktif. Diasumsikan 13 kabupaten/kota di atas, dibagi menjadi 5 coverage area, seperti yang telah disebutkan pada bagian III. Total User Berpotensi berdasarkan sensus penduduk badan Pusat Statistik tahun 2013 terdapat penduduk Papua Barat berusia tahun. Diasumsikan semua penduduk pada usia tersebut merupakan pelanggan GSM. Sehingga dari data tersebut, diperoleh jumlah user produktif sebesar user. Maka prediksi jumlah user produktif pada tahun 2013 hingga tahun 2015 adalah sebagai berikut. *) User tahun I (2013) Jumlah user = jumlah usia produktif x Presentasi populasi **) User tahun II (2014) Jumlah user = (jumlah usia produktif tahun ke-1 x factor pertumbuhan daerah) + jumlah usia produktif tahun ke-1 Tabel 4.3 Klasifikasi LTE 4.1 Perhitungan Offered bit Quantity (OBQ) tiap daerah: Untuk menentukan total kebutuhan trafik yang dibutuhkan tiap daerah, maka haruslah di tentukan parameter-parameter yang dapat menentukan jumlah bit di antara trafik yang akan muncul pada tiap daerah. OBQ = σ x p x d x BHCA x BW Dimana : σ : kepadatan pelanggan potensial dalam suatu daerah [user/km2] 3

4 p : penetrasi pengguna tiap layanan d : lama panggilan efektif [s] Tabel 4.5 nilai OBQ Daerah Rural II BHCA : Busy Hour Call Attempt[call/s] BW : bandwidth tiap layanan [Kbps] 1. Daerah Rural I : Fak-fak, Kaimana, Teluk Wondama, dan Teluk Bintuni Pelanggan LTE Rural Tahun ke-1 : Tahun ke-2 : Tahun ke-3 : Kepadatan User/Km 2 Tahun ke-1 : 11 Tahun ke-2 : 12 Tahun ke-3 : 12 Luas daerah ,68 Km 2 Tabel 4.4 nilai OBQ Daerah Rural I 3. Daerah Rural III : Sorong Selatan, Sorong Pelanggan LTE Rural Tahun ke-1 : Tahun ke-2 : Tahun ke-3 : Kepadatan User/Km 2 Tahun ke-1 : 12 Tahun ke-2 : 12 Tahun ke-3 : 13 Luas daerah Km 2 Tabel 4.6 Nilai OBQ Daerah Rural III 2. Daerah Rural II : Manokwari, Manokwari Selatan, dan Pegunungan Arfak Pelanggan LTE Rural Tahun ke-1 : Tahun ke-2 : Tahun ke-3 : Kepadatan User/Km 2 Tahun ke-1 : 14 Tahun ke-2 : 15 Tahun ke-3 : 16 Luas daerah ,20 Km 2 4

5 4. Daerah Sub-Urban : Kota Sorong Pelanggan LTE Rural Tahun ke-1 : Tahun ke-2 : Tahun ke-3 : Kepadatan User/Km 2 Tahun ke-1 : 187 Tahun ke-2 : 193 Tahun ke-3 : 199 Luas daerah 656,64 Km 2 Tabel 4.7 Nilai OBQ Daerah Sub Urban 4.2 Cell Dimensioning Tabel 4.8 Kapasitas LTE e-nodeb 5. Daerah Rural IV : Raja Ampat, Tambraw, dan Maybarat Pelanggan LTE Rural Tahun ke-1 : Tahun ke-2 : Tahun ke-3 : Kepadatan User/Km 2 Tahun ke-1 : 14 Tahun ke-2 : 14 Tahun ke-3 : 15 Luas daerah Km 2 1. Daerah Rural I : Fak-fak, Kaimana, Teluk Wondama, dan Teluk Bintuni Kapasitas enodeb = 50,4 (asumsi menggunakan 64 QAM, BW = 10 MHz ) Tabel 4.8 Nilai OBQ Daerah Rural IV 5

6 2. Daerah Rural II : Fak-fak, Kaimana, Teluk Wondama, dan Teluk Bintuni Kapasitas enodeb = 50,4 (asumsi menggunakan 64 QAM, BW = 10 MHz ) 5. Daerah Rural IV : Raja Ampat, Tambraw, dan Maybarat Kapasitas enodeb = 50,4 (asumsi menggunakan 64 QAM, BW = 10 MHz ) 3. Daerah Rural III : Manokwari, manokwari Selatan, dan Pegunungan Arfak Kapasitas enodeb = 50,4 (asumsi menggunakan 64 QAM, BW = 10 MHz ) 4.3 Radio Link Budget Perhitungan path loss maksimum di 5 daerah di Provinsi untuk daerah Urban, daerah Sub-Urban dan Rural akan digunakan model propagasi Cost 231-Hatta. Frekuensi carrier LTE : 1800 MHz Digunakan model COST 231 Hata. Tabel 4.9 Spesifikasi Model COST Daerah Sub Urban : Kota Sorong Kapasitas enodeb = 50,4 (asumsi menggunakan 64 QAM, BW = 10 MHz ) 6

7 Asumsi: Tabel 4.10 Spesifikasi Uplink Link Budget LTE a(hr)= Daerah Rural I : Fak-fak, Kaimana, Teluk Wondama, dan Teluk Bintuni Uplink Frekuensi Uplink (f) = 1780 MHz Radius Sel (d) = 7, km L = log (1780) log (80) ( log 80)*log L= L= db Downlink Frekuensi Downlink (f) = 1875 MHz Radius Sel (d) = 7, km L = log (1875) log (80) ( log 80)*log L= L= db Tabel 4.11 Spesifikasi Downlink Link Budget LTE 2. Daerah Rural II : Manokwari, Manokwari Selatan,dan Pegunungan Arfak Uplink Frekuensi Uplink (f) = 1780 MHz Radius Sel (d) = km L = log (1780) log (80) ( log 80)*log L= L= db Downlink Frekuensi Uplink (f) = 1875 MHz Radius Sel (d) = km L = log (1875) log (80) ( log 80)*log L= L= db a (hr) Uplink a(hr)= (1.1*log fc-0.7)*hr-(1.56*log fc-0.8) db fm uplink : 1770 MHz a(hr)= (1.1*log )*1.65-(1.56*log ) db fm uplink : 1770 MHz a(hr)= a (hr) Downlink a(hr)= (1.1*log fc-0.7)*hr-(1.56*log fc-0.8) db fm downlink : 1875 MHz a(hr)= (1.1*log fc-0.7)*hr-(1.56*log fc-0.8) db fm downlink : 1875 MHz 3. Daerah Rural III : Sorong dan Sorong Selatan Uplink Frekuensi Uplink (f) = 1780 MHz Radius Sel (d) = 6, km L = log (1780) log (80) ( log 80)*log 6, L= ,22 L= 156,846 db Downlink Frekuensi Uplink (f) = 1875 MHz Radius Sel (d) = 6, km 7

8 L = log (1875) log (80) ( log 80)*log 6, L= ,22 L= 157,69 db 4. Daerah Sub-Urban : Kota Sorong Uplink Frekuensi Uplink (f) = 1780 MHz Radius Sel (d) = km L = log (1780) log (80) ( log 80)*log L= L= db Keterangan : Seluruh perancangan link jaringan 4G di provinsi Papua Barat memenuhi syarat perhitungan pathloss, karena nilai seluruh pathloss uplink dan pathloss downlink lebih kecil dari nilai MAPL uplink downlink. 4.4 HASIL PERENCANAAN Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Downlink Frekuensi Uplink (f) = 1875 MHz Radius Sel (d) = 6, km L = log (1875) log (80) ( log 80)*log L= L= db 4.5 PEMETAAN SEL 1. Daerah Rural I: 5. Daerah Rural IV : Raja Ampat, Tambraw, dan Maybarat Uplink Frekuensi Uplink (f) = 1780 MHz Radius Sel (d) = km L = log (1780) log (80) ( log 80)*log L= L= db Downlink Frekuensi Uplink (f) = 1875 MHz Radius Sel (d) = 6, km L = log (1875) log (80) ( log 80)*log L= L= db 2. Daerah Rural II: Sehingga hasil Perhitungan adalah sebagai berikut. Tabel 4.12 Hasil Perhitungan 8

9 3. Daerah Rural III: 4. Daerah Sub Urban: V. KESIMPULAN 1. Pada Perancangan Link Jaringan 4G LTE pada Provinsi Papua Barat, terdapat 13 area, yang terdiri dari 12 kabupaten dan 1 kota. 2. Struktur topografi terbagi 2 area yaitu Sub-Urban 35% dan Rural 65%. Daerah 1 (Sub-Urban) yaitu Kota Sorong 25,22%, daerah 2 (Rural 1) yaitu Kab. Fak-fak, Teluk Bintuni, Kaimana, dan Teluk Wondama 17,24%, daerah 3 (Rural 2) yaitu Manokwari, Manokwari Selatan dan Pegunungan Arfak 22,38%, daerah 4 (Rural 3) yaitu Kab. Sorong dan Sorong Selatan 21,52%, dan daerah 5 (Rural 4) yaitu Kab. Raja Ampat, Tambraw dan Maybarat 13,64% 3. Data kependudukan Provinsi Papua Barat luas wilayah , 17 km 2.. Jumlah penduduk sebanyak jiwa. Data tersebut diambil tahun Presentase penggunaan layanan suara, video, streaming, data, multimedia pada perancangan ini yaitu suara 30%, video 10%, data 40%, streaming 10%, dan multimedia 10%. 5. Frekuensi yang digunakan dalam Perancangan LTE adalah 1800 Mhz, dimana frekuensi uplink 1780 Mhz dan frekuensi downlink 1875 MHz, dengan bandwidth 10 MHz. 6. Perancangan ini mengacu pada tahun 1,2 dan 3 dan meliputi beberapa parameter perhitungan berupa konfigurasi jaringan, traffic forecasting, OBQ, cell dimensioning,dan radio link budget (Cost231-Hatta). 7. Seluruh Perancangan Link Jaringan 4G di Provinsi Papua Barat memenuhi syarat perhitungan path loss, karena nilai seluruh path loss uplink dan path loss downlink lebih kecil dari nilai MAPL uplink downlink. VI. DAFTAR PUSTAKA 5. Daerah Rural IV: [1] [2]Modul Perkuliahan Wireless Communications System Large Scale Fading. Bandung : Universitas Telkom [3] Pratama, Wisnu Hendra Analisa Perencanaan Jaringan Long Term Evolution (LTE) Menggunakan Metode Frekuency Reuse 1, Fractional Frekuency Reuse Studi Kasus Kota Bandung. Bandung : Universitas Telkom [4] Nurholis, Ahmad Perancangan Jringan LTE Berdasarkan Kapasitas Sel di Wilayah Kabupaten Jember. Universitas Jember 9

10 Nurul Hidayah Matsito Radiman ( ). Lahir di Maros, 25 Januari Telah menyelesaikan program Diploma pada tahun 2014 di Universitas Telkom dengan jurusan peminatan yaitu Teknik Telekomunikasi. Pada tahun 2015 hingga sekarang melanjutkan pendidikan di Universitas Telkomdengan jurusan yang sama, untuk program sarjana. Fitriana Istiqomah ( ). Lahir di Sukoharjo, 8 Maret Merupakan mahasiswi S1 Teknik Telekomunikasi Universitas Telkom 2015 yang sebelumnya telah memperoleh gelar Ahli Madya Teknik (A.Md.T) jurusan D3 Teknik Telekomunikasi. Dickri Prima Yudha ( ). Lahir di Sukabumi, 1 Februari Merupakan mahasiswa S1 Teknik Telekomunikasi Universitas Telkom 2015 yang sebelumnya telah memperoleh gelar Ahli Madya Teknik (A.Md.T) jurusan D3 Teknik Telekomunikasi. Nur Indah ( ), lahir di Jeneponto, 3 Mei Penulis merupakan anak pertama dari 3 bersaudara. Menempuh pendidikan di tanah kelahiran, di mulai pada tingkat TK hingga SMA. Saat ini sedang menempuh pendidikan tingkat akhir S1 Teknik Telekomunikasi, Telkom University. Penulis sangat tertarik di bidang transmisi dan seluler. Oleh karenanya, saat ini sedang menggarap Tugas Akhir yang berjudul Analisis Resource Allocation Menggunakan Algoritma Ant Colony Optimization (ACO) Pada Sistem SC-FDMA Long Term Evolution (LTE) Arah Uplink. Kedepannya, penulis berkeinginan untuk mendalami dan menekuni bidang wireless dan antenna propagation. 10

11 11