BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Perkembangan Sistem Komunikasi Bergerak Perkembangan sistem komunikasi bergerak khusus wireless terdiri dari beberapa generasi. Dengan maksud untuk mengakomodasi kebutuhan user akan jenis layanan (suara,multimedia, dan data). Perbedaan antara masing-masing generasi secara umum terletak pada penggunaan teknologi utamanya (analog atau digital) dan jenis layanan yang disediakan. Gambar 2.1 Migrasi teknologi sistem komunikasi bergerak Generasi Pertama (1st Generation) Pada generasi ini sistem komunikasi bergerak generasi pertama adalah sistem analog murni, yang ditransmisikan secara langsung dari sistem telepon berbasis kabel (wired) ke sistem mobile. Contoh-contoh aplikasi dari generasi pertama diantaranya adalah NTT (Nippon Telephone and Telegraph Corporation), TACS (Total Access Communication System), dan AMPS (Advanced Mobile Phone System). 5

2 6 Gambar 2.2 Teknologi generasi pertama Generasi Kedua (2nd Generation) Berbeda dari generasi pertama, sistem komunikasi bergerak pada generasi kedua (2G) adalah sistem yang digital. Tujuan dari 2G adalah untuk menyediakan kualitas komunikasi yang handal. Beberapa contoh 2G antara lain, GSM (Global System for Mobile telecommunication), dan IS-95 CDMA (Code Division Multiple Access). Pada perkembangannya, diaplikasikan pula hasil evolusi dari generasi kedua ini yang dikenal sebagai GPRS (General Packet Radio System). Kemudian menyusul dengan EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution). Kedua pengembangan sistem tersebut pada dasarnya hanya berorientasi pada pengiriman data. Gambar 2.3 teknologi generasi Kedua TDMA

3 7 Gambar 2.4 teknologi generasi Kedua CDMA Generasi Ketiga (3rd Generation) Sebutan yang biasa diberikan pada sistem ini adalah 3G/UMTS (3 RD generation/universal Mobile Telecommunications System). Sistem ini adalah sistem digital, sama seperti pada sistem generasi kedua, hanya saja sistem ini dirancang untuk kebutuhan layanan digital secara umum. Dimana komunikasi suara hanyalah salah satu dari layanan tersebut. Layanan lain yang mampu diberikan antara lain data, video, dan multimedia. Teknologi 3G ini telah didefinisikan dalam spesifikasi ITU sebagai International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000). IMT-2000 merupakan spesifikasi akses radio dan akses jaringan yang mendefinisikan beberapa metoda atau platform teknologi yang mempertemukan semua fungsi spesifikasi tersebut. Spesifikasi IMT-2000 yang dimaksud adalah spesifikasi terpadu yang memungkinkan pengguna serta beberapa layanan data berkecepatan tinggi tetap dapat menggunakan satu atau beberapa kanal radio dengan platform jaringan tetap untuk mengirimkan layanan yang diinginkan. Layanan-layanan yang terdapat dalam IMT-2000 tersebut memiliki sifat sebagai berikut : Memiliki standar global

4 8 Mendukung kompatibilitas terhadap layanan IMT-2000 dan jaringan lainnya Memiliki kualitas yang tinggi Mendukung spektrum frekuensi bersama secara global Menggunakan terminal kecil untuk pemakaian secara global Memiliki kemampuan roaming secara global Mendukung layanan dan terminal aplikasi multimedia Memiliki efisiensi spektrum yang lebih baik Mendukung fleksibilitas terhadap evolusi ke generasi berikutnya Mendukung laju data paket kecepatan tinggi, yaitu : o 2 Mbps untuk user diam o 384 kbps untuk pejalan kaki o 144 kbps untuk saat di kendaraan 2.2 WCDMA untuk UMTS Dalam memenuhi standar yang telah ditetapkan oleh UMTS/IMT-2000, sistem komunikasi bergerak selular WCDMA dikembangkan dari sistem terdahulu sehingga mempunyai beberapa fungsi pelayanan dan keunggulan. Adapun fungsi pelayanan dan keunggulannya tersebut antara lain: Fleksibelitas layanan WCDMA menerapkan setiap 5 MHz carrier untuk menangani layanan yang beragam dari 8 kbps hingga 2 Mbps. Layanan berbasis circuit dan packet switched dapat dikombinasikan kedalam kanal yang sama, sehingga pada sate terminal dapat menerapkan layanan multimedia dengan multiple packet ataupun circuit connection Efisiensi spektrum Penggunaan spektrum radio pada WCDMA sangat efisien. Perencanaan frekuensi reuse tidak diperlukan karena penerapan reuse "1" pada sistem WCDMA. Kapasitas jaringan dapat ditingkatkan dengan beberapa teknik seperti

5 9 Hierarchical Cell Structures (HCS), Adaptive Antenna Array (AAA) dan coherent demodulation (bi-directional) Kapasitas Dan Cakupan Tranceiver frekuensi radio WCDMA dapat menangani delapan kali lipat user yang menggunakan voice dibandingkan dengan transceiver narrowban& Setiap RF carrier dapat menangani 100 panggilan voice secara simultan, atau 50 internet (data) secara simultan. Kapasitas dari WCDMA diperkirakan dua kali dari Narrowband CDMA dalam lingkungan urban maupun suburban. Adanya bandwidth yang lebih lebar, penggunaan coherent demodulation dan fast power control pada uplink maupun downlink memberikan threshold penerima yang lebih rendah Ragam Layanan Per koneksi Packet dan circiut switched dapat secara bebas digabungkan, dengan variable bandwidth dan kecepatan serta pengiriman yang simultan ke user yang sama dengan kualitas tertentu. Setiap terminal WCDMA dapat mengakses beberapa layanan yang berbeda pada saat yang bersamaan. Hal ini dapat berupa voice atau kombinasi layanan seperti internet, dan video. Kecepatan data yang bervariasi dapat dicapai dengan menggunakan variable orthogonal spreading codes dan penyesuaian dari daya keluaran yang ditransmisikan Efisiensi Jaringan Dengan penambahan akses wireless WCDMA kedalam jaringan digital selular yang telah ada seperti GSM dan inter-networking dua sistem tersebut, jaringan inti dan base station yang sama dapat digunakan. Hubungan antara jaringan akses WCDMA dengan jaringan GSM menggunakan ATM mini-cell transmission protocol, yang dikenal dengan ATM Adaptive Layer 2 (AAL2). Ini merupakan cara yang sangat efisien dalam menangani data paket dalam meningkatkan kapasitas Kapasitas Suara yang Baik Meskipun tujuan utama dari akses wireless generasi ketiga adalah untuk membawa trafik multimedia dengan bit rate yang tinggi, namun dapat pula mendukung mekanisme eifisiensi spektrum dari trafik suara. Sebagai contoh,

6 10 setiap operator dengan alokasi spektrum 2 x 15 MHz dapat menangani setidaknya 192 panggilan suara per sel sektor Kerterbukaan Akses Dengan sistem dual-mode pada terminal, mekanisme akses yang terbuka dapat dilakukan, seperti handover dan roaming antara jaringan GSM dan UMTS, dengan adanya terlebih dahulu pengaturan layanan antara dua sistem akses tersebut Indoor Coverage Penggunaan mode operasi TDD (Time Division Duplex) secara teknik cocok untuk penerapan unlicensed spectrum pada lingkungan tertutup (indoor) Akses Layanan yang Cepat Dalam mendukung pengaksesan yang cepat untuk layanan multimedia, prosedur akses acak (random access procedure) yangbarn telah dikembangkan dengan menggunakan fast synchronization untuk menangani layanan packet data sebesar 384 kbps. Prosedur ini memungkinkan terjadinya set-up hubungan antara mobile user dan base station hanya dalam waktu beberapa milisecond Migrasi dari GSM WCDMA menggunakan struktur protokol jaringan yang sama dengan GSM, sehingga dapat menerapkan jaringan GSM yang telah ada sebagai infrastruktur jaringan intinya. 2.3 Arsitektur Jaringan WCDMA Pada dasarnya arsitektur jaringan WCDMA tidak berbeda jauh dengan arsitektur jaringan sistem komunikasi bergerak selular pada umumnya.

7 11 Gambar 2.5 Arsitektur jaringan WCDMA Komponen utama yang menyusunnya adalah: User Equipment (UE) Node B/Base Station/Base Transceiver Station (BS/BTS) Radio Network Controller (RNC) Mobile Switching Center (MSC) Home Location Register (HLR) User Equipment ( UE ) User Equiptment yang digunakan dalam sistem WCDMA bersifat portable dan memenuhi persyaratan akan pelayanan multimedia yang ditawarkan oleh operator jaringan WCDMA. Selain itu mobile terminal harus pula mendukung layanan yang ditawarkan oleh GSM (dual mode) dalam kaitannya pengintergasian dengan jaringan global yang ada sekarang ini. Untuk mengaktifkan mobile station, termasuk inisialisasi dan registrasi, dapat digunakan smartcard yang disebut dengan USIM card (UMTS Subscriber Identification Module) Base Station / Base Transceiver Station ( BS/BTS ) Fungsi utama dari base station adalah untuk memberikan lingkupan radio dan juga menyediakan interface udara ke user. Fungsi lain yang ada dalam base

8 12 station termasuk radio transceiver, pengkodean kanal, pengendalian panggilan, pendeteksian akses dan penyediaan kanal radio Radio Network controller ( RNC ) RNC menyediakan semua hal yang diperlukan untuk pengendalian radio lokal seperti handover intra RNC, pengontrolan sate atau lebih base station, pengendalian days, dan alokasi kanal. RNC juga bertindak sebagai suatu consentrator site untuk trafik dan signalling. RNC dibangun dengan ATM switch, karena hubungan RNC dengan jaringan inti menggunakan interface ATM. Dengan menggunakan ATM/AAL2, pengkodean kecepatan yang bervariasi dari suara maupun data packet dapat dilakukan dengan kapasitas transport yang terjaga dalam jaringan Mobile Switching Center ( MSC ) MSC merupakan sentral dari jaringan yang menyediakan fasilitas routing dan pengendalian sambungan, pelayanan interworking, billing, interkoneksi ke jaringan lain dan PSTN. Pada MSC juga terdapat komponen yang disebut VLR (Visitor Location Register) yang berfungsi sebagai register penyedia pembaruan (updating) lokasi, informasi lokasi dan database lokal Home Location Register (HLR) HLR merupakan database utama jaringan dan mengandung seluruh informasi user termasuk pelayanan apa yang diinginkan oleh user. Data bisa berupa data statis seperti: otorisasi akses, informasi tentang pelangan dan pelayanan pelayanan tambahan yang digunakan, dimana HLR berisi tentang : IMSI ( Internasional Mobile Subscriber Identity ) MSISDN ( Internasional Mobile Station ISDN Number ) Vektor Autentifikasi ( RAND, SRES dan kc: AUC dan SIM ) Data langanan MSRN ( Mobile Station Roaming Number )

9 Key Technology for 3G Dalam membahas teknologi 3G tidak lepas dari beberapa hal yang menjadi teknologi kunci dalam 3G, yaitu : 1. CDMA, code division multiple Akses 2. Power control 3. Soft handoff CDMA (Code Division Multiple Access) CDMA adalah suatu teknologi yang memungkinkan beberapa user dapat saling berkomunikasi menggunakan channel yang sama pada waktu yang bersamaan, masing-masing user menggunakan code yang berbeda. Gambar 2.6 Metode Multiple Akses CDMA Adapun ciri-ciri CDMA berdasarkan definisi CDMA diatas : 1. Satu resource dengan sejumlah user 2. Udara sebagai media 3. Bahasa adalah coding sistem 4. Bahasa lain dianggap sebagai noise 5. User lain dapat bergabung bersama sampai noise tertentu Prinsip dasar CDMA Prinsip dasar CDMA yaitu menggunakan prinsip spread spectrum (direct sequence) dan menggunakan kode penebar (spreading code). Kode penebar ini didesain khusus untuk membedakan antar user, membedakan antar BTS, membedakan antar kanal trafik (trafik, pilot, sync, paging dan access) dan setiap

10 14 kode harus memberikan kontribusi yang minimal terhadap interferensi. Secara definitif, sistem komunikasi spektrum tersebar merupakan suatu teknik modulasi dimana pengirim sinyal menduduki lebar pita frekeunsi yang jauh lebih besar dari pada spektrum minimal yang dibutuhkan untuk menyalurkan suatu informasi. Yang membedakan WCDMA dengan CDMA terletak pada penggunaan bandwithnya. Gambar 2.7 Proses spreading pada WCDMA Power Control Power control adalah sebuah fitur CDMA yang memungkinkan mobile dapat menyesuaikan daya pada saat transmisi. Ini memastikan bahwa BTS menerima sebuah sinyal pada level yang sama. Jaringan CDMA secara independen mengontrol daya pada saat tiap mobile transmisi. Baik forward maupun reverse menggunakan teknik power control. Tujuan dari Power Control adalah untuk menghilangkan efek near far, mengurangi interferens dengan pengguna lain, dan meningkatkan kapasitas sistem.

11 15 Ada 3 macam power control, yaitu : Open loop power control Gambar 2.8 Power Control Power control yang dilakukan saat keadaan idle, dari RNC ke Node B dan UE. Closed loop power control Power control yang terjadi saat adanya koneksi/panggilan. Outer loop power control Power control yang dilakukan untuk mengatur SIR dari koneksi Handoff Handover adalah proses perpindahan bearer dari suatu sektor ke sektor yang lain. Macamnya adalah sebagai berikut : 1. Inter System Handover Handover dari CDMA system ke analog atau TDMA system Traffic dan Control Channel diputus dan harus di sambung ulang 2. Hard Handover UE mengubah frekuensi carriernya Traffic dan Control Channel diputus dan harus di sambung ulang

12 16 3. Soft Handover Unique to CDMA Selama Handover, UE memiliki dua koneksi secara bersamaan dengan dua Node B Prosesnya smooth 4. Softer Handover Serupa dengan Soft Handover, namun berada pada dua sektor dalam satu sel Prosesnya lebih simple karena pada satu sel timingnya sama. 2.5 Hubungan antara Power, Kapasitas dan Coverage Pada WCDMA berlaku hubungan sebagai berikut : 1. Semakin banyak sambungan atau pengguna dengan akses fast data connection, maka akan menyebabkan semakin besar power pada sisi uplink maka perlu adanya power control. 2. Semakin besar power pada uplink maka akan menyebabkan terisinya kapasitas jaringan sehingga diperlukan load control. 3. Semakin banyak user lagi yang mengakses jaringan, maka sistem akan mempersempit coverage jaringan, maka diperlu adanya cell breathing. Gambar 2.9 Cell Breathing WCDMA

13 17 4. Hal lain yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan Handover UE pada daerah batas. 2.6 Parameter- parameter Performansi jaringan Untuk mengetahui kondisi jaringan secara menyeluruh, diperlukan beberapa indikator jaringan yang disebut parameter trafik. Ada lima parameter yang digunakan sebagai indikator jaringan yang biasa disebut KPI yaitu : 1. Coverage, mencakup RSCP, Ec/ No, dan UE Tx Power Gambar 2.10 Cakupan layanan seluler 2. Accessbility, mencakup Call Setup Success Rate (CSSR) untuk CS Service dan PDP Context Activation Success Rate untuk PS service dan Call Setup time 3. Retainability, mencakup Call Drop Rate (CDR) 4. Integrity, mencakup BLER dan troughput 5. Mobility, mencakup soft/ Softer Handover Success Rate dan IRAT Handover Success Rate.

14 Receive Signal Code Power (RSCP) Dalam sistem komunikasi seluler UMTS, Received Signal Code Power (RSCP) didefinisikan sebagai power yang diukur oleh Receiver atau UE pada komunikasi physical channel. RSCP Digunakan untuk mengindikasikan kekuatan sinyal, kriteria dalam handover, arah downlink power control dan untuk menghitung path loss. Gambar 2.11 RSCP diukur pada arah downlink Semakin kuat signal strength dari power BTS yang didapatkan maka nilai RSCP yang diterima UE akan semakin baik. Hal ini juga akan mempengaruhi kesuksesan handover UE. UE akan menentukan handover ke cell atau BTS mana tergantung dari criteria. Received Power with Soft Handover UE responds to power control commands from both BS1 and BS2 UE responding to BS1 power control commands BS1 Receive Power Target BS1 BS2 Action 0 0 Reduce power 0 1 Reduce power 1 0 Reduce power 1 1 Increase power UE responding to BS2 power control commands time BS2 Receive Power Target time Gambar 2.12 Soft Handover bergantung pada nilai RSCP

15 KPI (Key Performance Indiacator) Drive Test 3G Pengukuran dengan melakukan drive test 3G dilakukan untuk mengetahui kondisi real kualitas atau performansi jaringan 3G pada saat itu. Hasil pengukuran akan dibandingkan dengan target atau standar KPI 3G Indosat. Tabel 2.1 KPI Drive Test 3G No Indikator Internal KPI Color 1 Tx Power x < x < x RSCP x < x < x Ec/No x < x < x 0.0 Penentuan KPI target pada jaringan 3G Indosat dibedakan berdasarkan regional office dan nasional. Tugas akhir ini menggunakan KPI target JBRO, karena studi kasus diambil di salah satu BTS 3G di jabotabek. Adapun parameter parameter untuk mengetahui kualitas sinyal adalah sebagai berikut : Ec/No Ec/No merupakan rasio rata-rata daya sinyal pilot dengan total interference. Ec/No menunjukkan level daya minimum (threshold) dimana UE masih bisa melakukan suatu panggilan. Sistem WCDMA memiliki standar untuk nilai Ec/No minimum sebesar -13 db agar UE masih bisa melakukan panggilan. Namun Ec/No rata-rata terbaik untuk Indosat adalah - 6 db. RSCP (Received Signal Code Power) RSCP merupakan besarnya daya yang diterima oleh user dari Node B. Biasanya dikatakan dengan Rx Power. Nilai RSCP yang terbaik adalah -85 dbm sampai -65 dbm.

16 20 Tx Power Tx Power merupakan besarnya daya yang dikirim oleh UE ke Node B. Kenaikan daya pancar pada UE akan menyebabkan interferensi terhadap user lain. Standar minimum nilai Tx power yang dimiliki oleh system WCDMA adalah 23 dbm (200 mw). 2.9 Perhitungan EIRP, RSCP, Link Budget Perhitungan EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) atau Equivalent Isotropic Radiated Power adalah nilai daya yang dipancarkan antenna directional untuk menghasilkan puncak daya yang diamati pada arah radiasi maksimum penguatan antena. Rumus EIRP dapat dituliskan: EIRP = Tx power (dbm) cable loss (db) + Antena Gain (dbi) Dimana: EIRP = Effective Isotropic Radiated Power (dbm) Tx Power (dbm) = transmitted power (dbm) Perhitungan RSCP (Received Signal Code Power) dan Pout Dalam perhitungan link budget, setelah menghitung EIRP dapat juga diketahui nilai dari kuat sinyal (signal strength) yang diterima oleh UE. Pada WCDMA dan HSDPA, kuat sinyal atau Received Signal Code Power (RSCP) yang diterima oleh pengguna UE berbanding terbalik dengan jarak dari antena pemancar. RSCP (dbm) = EIRP Lurban + GRx - LRx Dimana: RSCP : Received Signal Code Power (dbm) EIRP : Effective Isotropic Radiated Power (dbm)

17 21 Perhitungan link budget perangkat BTS (Base Tranceiver station) dan UE (User Equiptment) akan menghasillkan suatu nilai MAPL (Maximum Allowable Path Loss) yang merupakan persyaratan maksimal redaman lintasan dan menentukan kelayakan suatu link propagasi. Data teknis perangkat sistem link arah Uplink dan Downlink diperlukan untuk menentukan kelayakan rugi lintasan dan radius sel maksimum (jarak antara BTS dengan UE) yang diperbolehkan oleh perangkat. 1. Maksimum Allowable Path Loss (MAPL) Link arah Uplink MAPL Link arah uplink diperlukan untuk menentukan nilai redaman propagasi maksimum yang diizinkan agar komunikasi dari mobile station ke base station pada sel yang bersangkutan dapat terjadi dengan baik. Penentuan MAPL Link arah uplink : MAPL= Pp Lfp + Gp + Gb - Lfb S Im Tm Hm Vm - BmFm Maximum Allowable Path Loss (MAPL) Link Arah Downlink MAPL link arah downlink (forward) diperlukan untuk menentukan nilai redaman maksimum propagasi yang diijinkan agar Base Station masih dapat melayani keperluan komunikasi seluruh Terminal Station pada daerah cakupannya. Jumlah Terminal Station yang dapat dilayani akan tergantung pada besarnya pengaruh interferensi terhadap penurunan Eb/No. Penentuan MAPL link arah downlink: MAPL = PTxBTS + Gant Lfeeder + GRx LRxtotal - SRx Margin..2.4 Perhitungan power link budget dilakukan untuk mengetahui berapa pathloss yang terjadi serta berapa daya yang harus dipancarkan BTS agar tetap berada di atas tresholdnya.

18 Aspek Teknologi WCDMA Alokasi Spektrum Frekuensi Kerja Frekuensi kerja yang dimaksud adalah merupakan frekuensi yang digunakan dalam transmisi sinyal antara mobile station dengan base station. Alokasi bandwidth untuk UTMT'S/IMT-2000 berada pada pita frekuensi 2 GHz dengan pita frekuensi berkisar antara MHz dan Pada UMTS/WCDMA beroperasi pada frekuensi MHz dan tersedia pita frekuensi 5 MHz, 10 MHz, atau 15 MHz bagi pemegang lisensi. Secara garis besar spesifikasi dari sistem WCDMA adalah sebagai berikut : Kanal downlink = MHz Kanal Uplink = MHz Spasi kanal = 5,10, atau 15 MHz