Study Case: cdma2000 1x Network Planning

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 2 Study Case: cdma2000 1x Network Planning Oleh : Nachwan Mufti A, ST nmatrainer@yahoo.com Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 1 Organisasi Study Case : cdma2000 1X Network Planning A. Pendahuluan page 3 B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X page 11 page 9 D. Pengembangan Jaringan page 14 E. Konsep Optimasi page 20 F. Terimakasih

A. Pendahuluan Basic Network Objectives Coverage Building/Vehicle Penetration Traffic Schedule Performance Economics Go Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 3 A. Pendahuluan Basic Network Objective (1) COVERAGE: Jumlah sel yang cukup untuk memberikan cakupan service pada daerah implementasi Back Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 4

A. Pendahuluan Basic Network Objective (2) BUILDING/VEHICLE PENETRATION: memberikan level sinyal yang cukup untuk penetrasi gedung dan kendaraan Back Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 5 A. Pendahuluan Basic Network Objective (3) TRAFFIC: memastikan dimensioning yang tepat untuk grade of service yg diinginkan (misal: prosentase blocking) Back Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 6

A. Pendahuluan Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 8 Basic Network Objective (4) SCHEDULE: membangun jaringan dan mencapai implementasi komersial pada waktu yang tepat! untuk mencegah kerugian signifikan akibat potensial customer lari pada kompetitor Back Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 7 A. Pendahuluan Basic Network Objective (5) PERFORMANCE: mendesain, membangun, dan mengatur jaringan untuk memberikan service yang andal ( relatif bebas dari kesalahan pembangunan hubungan, drop call,kualitas sinyal yang jelek, dsb) Back

A. Pendahuluan Basic Network Objective (6) ECONOMICS: memberikan return on investment (ROI) yang cukup untuk mendukung operasional dan kembalinya modal. Pertimbangan ekonomi: Mendukung operasional jaringan Mendukung kemungkinan pertumbuhan (ekspansi) jaringan Menutupi biaya depresiasi perangkat jaringan Back Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 9 A. Pendahuluan Network desain mempengaruhi semua objective tadi Tiga hal yang pertama disebut, secara langsung menghasilkan desain network yang baik. Sedangkan tiga hal berikutnya konsekuensi logis dari suatu desain network yang baik. Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 10

B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X START Analisa kapasitas yang dibutuhkan Atot = (Erlang) Kapasitas sistem dari BW yang dialokasikan Asel = (Erlang / sel) Jumlah sel Atot /Asel = (sel) Luas Sel = Jari Jari Sel = Luas Area Pelayanan Jumlah Sel Luas Sel 2,6 Kapasitas Prediksi trafik yang dibutuhkan sampai dengan beberapa tahun ke depan (Analisis statistik demand) Kualitas OPTIMASI Threshold handover Daya Pancar Noise Figure, dll Analisa Pathloss Analisa Link Budget Perhitungan Daya Frequency Planning Coverage Diagram alir umum perencanaan sel jaringan selular (Sistem berbatas kapasitas) END KUALITAS OKE? Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 11 No Yes B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X START Analisa kapasitas yang dibutuhkan Atot = (Erlang/kbps) Kapasitas sistem dari BW yang dialokasikan Asel = (Erlang / sel) Jumlah sel Atot /Asel = (sel) Kapasitas Prediksi trafik yang dibutuhkan sampai dengan beberapa tahun ke depan (Analisis statistik demand) Kualitas OPTIMASI Kapasitas! fungsi dari kualitas transmisi dan penanganan interferensi Diagram alir perencanaan jaringan CDMA2000 1X No Yes END Kualitas & Kapasitas OK? Luas Sel = Jari Jari Sel = Luas Area Pelayanan Jumlah Sel Luas Sel 2,6 Analisa Pathloss Analisa Link Budget Link balancing Alokasi daya forward PN offset planning Coverage Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 12

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 14 B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X cdma2000 1X Design Model Components Geographical Info: Coverage Areas Clutter Types Subscriber Density Max Bearer rates 2 Dense Urban Urban Suburban Rural 3 User Mix CDMA 2000-1X Specifications Technology Assumptions Technology Assumptions Traffic Analysis AN Dimensioning CN Dimensioning Network Costing Market Data Market Data Service Analysis Traffic Mix Per Area Bit Rate Service Type Activity Factor UL/DL Load QoS Service Usage 1 {Total Population, New Subscribers, Average Subscribers} per Segment Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 13 B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X 1 Data Market Jaringan yang akan dibangun harus mampu menangani demand trafik data dan suara. Jaringan umumnya direncanakan untuk menangani trafik sampai beberapa tahun ke depan Pertumbuhan user U = U 1+ ( ) n n 0 f p U n Uo f p jumlah user total setelah tahun ke-n jumlah user saat perencanaan faktor pertumbuhan

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 16 B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X 2 Distribusi Market Pada Wilayah Perencanaan 2.1. Masing-masing wilayah direncanakan dgn perhitungan terpisah rural area urban area suburban area Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 15 B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X 2.2. Analisis demand Dihitung demand trafik untuk masing-masing kriteria daerah layanan dan dilakukan perhitungan kebutuhan sel/sektor untuk masing-masing kriteria daerah tersebut

B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 18 3 Spesifikasi cdma2000 1X 3.1. Reverse Pole Capacity Reverse Pole Capacity = N = W/R Eb No + Io adjust 1. 1+ f 1.. G ρ s Asumsi : W = bandwidth 1 kanal RF CDMA 1228800 Hz R = Data rate (vocoder rate set 1) 9600 bps (voice) f = Rasio interferensi luar thd dalam sel 0,7 ρ = Faktor aktivitas suara atau data 0,4 (voice) G s = Gain sektorisasi 2,4 Eb ( Io+ No) adjust = Perbandingan energi per-bit per total noise dan interferensi (sbg syarat kualitas di bawah kondisi power control tak sempurna)! 7,2 db Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 17 B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X Persamaan reverse pole capacity diatas dapat diaplikasikan utk IS-95 atau IS-2000 Nilai syarat parameter performansi Eb/(No+Io), bergantung pada kecepatan, FER, diversitas, kesempurnaan dekorelasi, dsb Untuk Fixed System, Eb/(No+Io) requirement lebih rendah 3 4 db tergantung situasi, shg kapasitas akan lebih besar Dalam desain, diasumsikan reverse pole capacity tidak akan dicapai. Umumnya perencanaan mengasumsikan kapasitas reverse link adalah 75% dari reverse pole capacity (75% = loading factor), Untuk asumsi-asumsi yang diberikan, kapasitas pole reverse 19 (Utk GoS 2%! 12,3 Erlang per-sektor)

B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 20 3.2. Forward Capacity Kapasitas forward ditentukan dari ketersediaan daya yang dialokasikan untuk traffic channel. Ketersediaan daya ini didapat setelah dilakukan Link Balancing untuk arah reverse dan arah forward. Referensi : P pilot P sync P paging = 15 20% P cell site = 10% P pilot = 1,5 2%P cell site = (30% - 40%) P pilot = 7%P cell site P traffic = (71% 76,5%) P cell site P = traffic mobile M total P traffic ( M total.α ) = M ( 1+ξ ) M = jumlah mobil yg aktif tiap sektor ξ = faktor overhead channel utk kanal ekstra (soft handoff) α = faktor aktivity channel Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 19 B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X 3.3. Link Balancing Daya yg berlebih pada arah forward akan memberi kontribusi interferensi ekstra pd sel lain. Sedangkan daya berlebih pada arah reverse akan mengurangi kapasitas. Link balancing diperlukan untuk meminimalkan interferensi dan mencegah permasalahan handoff akibat perbedaan cakupan forward dan reverse. Didefinisikan balancing factor (B f )! diinginkan B f = 0 B f = [( SIR) ( E / I ) ] + [ N F N F ]. Bw + [ p p ] min φ + 10log c pilot t min 10 0 ( E c / I t ) min /10 ( ξ )/10.1 ( + 10 ) 1 ρ cell 0 mobile b m (SIR) min = perbandingan daya sinyal dan interferensi minimum N 0 = rapat noise receiver (E c /I t ) min = Nilai E c /I t min yang diharapkan F cell = noise figure base station = noise figure MS F mobile Bw = bandwidth p b p m φ m ρ = daya pancar BTS = daya pancar MS = prosentase daya kanal pilot = cell loading factor ζ = I 0c / I 0

B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X 3.4. Maximum Allowable Pathloss ( Lp maks ) Maksimum allowable pathloss digunakan untuk mengetahui cakupan maksimum dari sistem yang direncanakan. Dihitung dari link budget arah reverse. Gain antena Tx (db) Tx EIRP per traffic channel (dbm) max Tx power per traffic channel, Pt (dbm) Loss Propagasi (db) Loss kabel, konektor, dan combiner (db) Gain antena Rx (db) Loss kabel, konektor, dan filter (db) Fading Margin - Gain SHO (db) Receiced Signal Power (dbm) Margin interferensi Sensitivitas Receiver (dbm) Daya input ke receiver (dbm) C/No Spectral Noise Figure Noise power spectral density, No (dbm/hz) Efective noise power spectral density Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 21 Reverse Link Budget Maximum allowable pathloss dipakai sebagai ukuran, sistem berbatas cakupan atau sistem berbatas kapasitas. Maksimum allowable pathloss Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 22

B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X 3.4. Komponen-Komponen Link Budget Margin Interferensi db Noise Rise Versus Percent System Loading 20 18 16 14 75% Loading 12 10 50% Loading 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 99 % System Loading Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 23 B. Aspek 2 Perencanaan Jaringan cdma2000 1X Fading Margin dan Gain Soft Handoff 100.0% 90.0% 80.0% 70.0% 60.0% 50.0% 40.0% 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 Fade Margin (db) Konsep soft handoff yang berarti koneksi ditangani oleh beberapa kanal menyebabkan fading margin dikoreksi sebesar Gain SHO. Motorola mengasumsikan Gain SHO = 3,5 db Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 24

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 26 Permasalahan Desain Bayangkan! Anda diminta untuk mendesain suatu sistem wireless untuk suatu daerah. Misalkan cdma2000 1X adalah platform teknologi yang dipilih Jaringan yang didesain harus memenuhi kriteria cakupan, penetrasi dan trafik yang ditetapkan Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 25 Data Awal dan Asumsi Teknologi yg digunakan dalam desain, mis: CDMA Area cakupan, misal: Kota Bandung Pertumbuhan sistem direncanakan untuk jangka waktu tertentu, misal: 5 tahun Skenario implementasi jaringan, mis: dilakukan dalam beberapa fasa dimulai dari core market, diikuti ekspansi pd tahun-tahun berikutnya sehingga coverage meluas Obyektif GOS 2% Erlang B Cell edge reliability 75%, penetrasi outdoor dan indoor

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 28 Perhitungan Estimasi Jumlah Pelanggan U = U 1+ ( ) n n 0 f p Asumsi : U0 = Jumlah user saat perencanaan 7500 pelanggan fp = Faktor pertumbuhan pelanggan 0,3 n = Jumlah tahun prediksi 5 tahun Berdasarkan nilai asumsi diatas didapatkan estimasi jumlah pelanggan untuk lima tahun kedepan adalah 27847 pelanggan Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 27 Distribusi Market pada Wilayah Perencanaan Untuk studi kasus Kota Bandung, dengan melihat penyebaran penduduknya maka didapat distribusi pelanggan pada masing masing wilayah urban dan suburban (sumber: Bappeda) Urban 87,32 % Sub Urban 12,68 % Prosentase penggunaan layanan suara dan data Layanan Suara : 100 % dr pelanggan adalah pemakai layanan suara Layanan Data : 30 % dr pelanggan memakai layanan data Dengan distribusi tersebut didapatkan estimasi pelanggan sbb : Net User (pelanggan) Jenis Layanan Urban Suburban Suara 24316 3531 Data 7295 1059 TOTAL PELANGGAN 31611 4590

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 30 Estimasi Intensitas Trafik Layanan Layanan Suara A voice BHCA h α S Pv = 3600 Asumsi : A VOICE = Offerred traffic layanan suara (erlang) BHCA = Rata-rata usaha yang dilakukan pelanggan 1,25 call/bh/subs untuk melakukan panggilan selama jam sibuk h = Rata-rata lamanya sebuah panggilan 72 second α S = Rata-rata waktu efektif yang digunakan untuk melakukan suatu panggilan 0,4 P V = Jumlah pelanggan layanan suara 24316 (urban) 3531 (sub urban) Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 29 Kemudian dengan menggunakan tabel Erlang B dapat diketahui jumlah kanal yang dapat menampung intensitas trafik tersebut sehingga dapat diketahui offered trafic untuk layanan suara : Offered Trafic suara = N x Rv bps Asumsi: Rv = Rate Layanan Suara 9600 bps Layanan Data Offered traffic data = P d Throughput 3600 x 8 bit / byte Asumsi Troughput = Rata-rata jumlah byte yang dibutuhkan oleh setiap pelanggan selama jam sibuk 129,77 byte/bh/subs Pd = Jumlah pelanggan layanan data 7295 (urban) 1059 (sub urban)

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 32 Berdasarkan nilai asumsi diatas didapatkan estimasi trafik tiap layanan adalah Offered Traffic (Kbps) Jenis Layanan Urban Suburban Suara 2467,2 422,4 Data 2103,72 305,39 TOTAL 4570,92 727,79 Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 31 Reverse Pole Capacity Reverse Pole Capacity = N = W/R Eb No + Io adjust 1. 1+ f 1.. G ρ s Asumsi : W = Bandwidth 1 kanal RF CDMA 1228800 Hz R = Data rate (vocoder rate set 1) 9600 bps (voice) f = Rasio interferensi luar thd dalam sel 0,7 ρ = Faktor aktivitas suara atau data 0,4 (voice) G s = Gain sektorisasi 2,4 Eb ( Io+ No) adjust = Perbandingan energi per-bit per total noise dan interferensi (sbg syarat kualitas di bawah kondisi power control tak sempurna)! 7,2 db Untuk asumsi-asumsi tersebut, kapasitas pole reverse 21 user/sektor Sehingga kapasitas sel adalah 201.600 bps / sektor

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 34 Perhitungan Jumlah Sektor Total _ Offered _ Trafic sektor = Total _ Offered _ Trafic sektor Dari perhitungan sebelumnya didapatkan jumlah sektor adalah Urban : 22 sektor Sub Urban : 4 sektor Rsel = LuasSel 2,59 Dengan luas daerah urban 118,11 km2 dan daerah suburban 49,18 km2 Didapatkan: Jari jari sel urban adalah 2,38 km Jari jari sel sub urban adalah 3,08 km Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 33 Reverse Link Budget Penentuan sistem berbatas cakupan atau sistem berbatas kapasitas didasarkan pada besarnya pathloss yang terjadi pada ujung sel. Perhitungan pathloss untuk daerah urban dan daerah suburban menggunakan persamaan Okumura-Hatta. Hasil perhitungan pathloss untuk daerah urban adalah 135,92 db dan untuk daerah sub urban adalah 129,21 db Dari hasil diatas didapatkan pathloss < maximum allowable pathloss, sehingga sistem berbatas kapasitas

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 36 Link Balancing /10 ( ) ( ) ( ξ ) E C I t min /10 φ [( ) ( ) ] [ ] [ ] P 10 1+ 10 Bf = SIR min EC It + NoNFb NoNFm Bw+ pb pm + 10log min 1 lf Asumsi Bf : Faktor balancing 0 (SIR) min : Perbandingan daya sinyal dan interferensi minimum -13,8 db (Ec/It) min : Nilai (Ec/It ) minimum -13 db No : Rapat Noise Receiver -173,98 db NF b : Noise figure BTS 6 db NF m : Noise figure MS 10 db Bw : Bandwidth 1228800 Hz p b : Daya pancar BTS 40 dbm p m : Daya pancar MS 23 dbm φ : Prosentase daya kanal pilot ζ : Ioc/Io 2,5 db lf : Cell loading factor 0,75 Dengan asumsi tersebut didapat prosentase daya kanal pilot 14,83 % Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 35 Forward Link Budget Prosentase Daya Kanal Forward : Kanal Pilot 14,83 % Pcell = 31,711 dbm Kanal Sync 1,483 % Pcell = 21,711 dbm Kanal Paging 7 % Pcell = 28,451 dbm Kanal Trafik 76,69 % Pcell = 38,847 dbm Kanal Trafik per User = 27,774 dbm

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 38 Perhitungan Kualitas Kanal Forward : 0,1 No ( E I ) = P Rch + C t rec ch r ch 10 log 10 log 10,, f. Bw Asumsi P r,ch = Daya yang diterima user R ch = Rate kanal forward 1228800 bps (pilot) 9600 bps (trafik) N o = Rapat Noise Receiver -162,82 dbm/hz F = Rasio interferensi luar thd dalam sel 0,7 Bw = Bandwidth 1228800 Hz Dengan asumsi diatas didapatkan nilai (Ec/It) kanal pilot adalah 9,99 db untuk daerah urban dan 14,60 db untuk daerah suburban. Sedangkan (Eb/It) kanal trafik adalah 6,72 db untuk daerah urban dan 7,087 db untuk daerah suburban. 10 0,1 Pr, tot 10 0,1 Pr, ch Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 37 PN Offset Planning Adjacent Offset Alias Asumsi d > r [ 10 21 10 1] γ r = Jari jari sel 2,38 km (urban) 3,08 km (sub urban) γ = Pathloss exponent 4 (urban) 3,5 (sub urban) Dengan asumsi tersebut didapatkan jarak minimal BTS dengan offset yang berdekatan adalah 5,59 km untuk urban dan 9,18 km untuk sub urban. Kemudian dapat ditentukan jarak antar pilot yang berdekatan (PILOT_INC) PILOT _ INC = D + 0,5W 64 A

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 40 Asumsi D = d (m) / 244 = 5,59 km W A = 28 chip Sehingga didapatkan jarak antar pilot adalah 0,35. Namun, minimal PILOT_INC adalah 1 (64 chip) sehingga jarak minimal BTS dengan pilot berdekatan adalah 12,2 km. Co - offset Alias d 122 WA + 2R Asumsi d = Jarak BTS dengan pilot sama R = Jari jari sel 2,38 km (urban) 3,08 km (sub urban) W A = Search window 28 chips Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 39 Dengan asumsi tersebut maka didapatkan jarak minimum BTS dengan Kode PN pilot yg sama adalah 8,176 km untuk daerah urban dan 9,576 km untuk daerah sub urban.

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 42 Interface Prototype Perangkat Lunak Kemampuan prototype software: -Perhitungan jumlah sel -Link budget -Link balancing -Plot sel sederhana Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 41

Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 44 D. Pengembangan Jaringan General Strategy in Initial Planning Plan untuk load dan jumlah site yang cukup Pemilihan site yg optimal Cegah penambahan site baru terlalu cepat Utilisasi spektrum yang efisien Alternatif solusi : Initial phase Instalasi sebagian site dan menggunakan teknik-teknik perluasan coverage utk mengatasi blank spot! menggunakan solusi 2 antena atau repeater-repeater Extension phase Menambah site-site baru Menambah sektor/ carrier baru pada eksisting site Initial phase Akusisi keseluruhan site tetapi install hanya sebagian dari BSS equipment! install less sector menggunakan antena omni, dsb Extension phase Menambah lebih banyak hardware BS, sektor atau carrier baru Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 43 E. Konsep Optimasi Optimasi pada sistem CDMA berkaitan dengan keberhasilan penanganan interferensi pada sistem. Konsep optimasi ini dapat dimulai dari rumusan kapasitas sistem CDMA yang merupakan fungsi dari parameter-parameter yang bisa berubah tergantung dari kondisi implementasi Reverse Pole Capacity = N = W/R Eb No + Io adjust 1. 1+ f 1.. G ρ s W = bandwidth 1 kanal RF CDMA R = Data rate f = Rasio interferensi dari luar sel thd interferensi dari dalam sel ρ = Faktor aktivitas suara atau data G s = Gain sektorisasi

E. Konsep Optimasi Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 46 o Faktor interferensi ( f ) " Implementasi single cell (rural sel) menyebabkan f = 0, sehingga kapasitas naik " Antena yg memiliki karakteristik backlobe minimum akan berkontribusi terhadap pengurangan interferensi shg kapasitas akan naik " Kondisi daerah turut berkontribusi thd kapasitas, shg probabilitas blocking juga merupakan fungsi dari mean pathloss exponent " dsb o Gain sektorisasi ( G s ) " Implementasi sektor yg semakin banyak akan mampu menekan interferensi lebih baik, sehingga kapasitas semakin besar Studi Kasus Perencanaan Jaringan CDMA2000 1X 45 F. Terimakasih Copy standard dapat didownload di : www.3gpp2.org Pertanyaan mengenai cdma2000, dapat mengirim email ke : Qualcomm.help@Qualcomm.com Diskusi mengenai topik perencanaan dapat dialamatkan pada : nmatrainer@yahoo.com