BAB II TEORI DASAR ANTENA DAN KOMUNIKASI SELULAR 2.1 Pengertian Antena Dalam sejarah komunikasi, perkembangan teknik informasi tanpa menggunakan kabel ditetapkan dengan nama antena. Antena berasal dari bahasa latin antena yang berarti tiang kapal layar. Dalam pengertian sederhana kata latin ini berarti juga penyentuh atau peraba sehingga kalau dihubungkan dengan teknik komunikasi berarti bahwa antena mempunyai tugas menyelusuri jejak gelombang elektromagnetik, hal ini jika antena berfungsi sebagai penerima. Sedangkan jika sebagai pemancar maka tugas antena tersebut adalah menghasilkan sinyal gelombang elektromagnetik. Antena dapat juga didefinisikan sebagai sebuah atau sekelompok konduktor yang digunakan untuk memancarkan atau meneruskan gelombang elektromagnetik menuju ruang bebas atau menangkap gelombang elektromegnetik dari ruang bebas. Energi listrik dari pemancar dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas. Pada penerima akhir gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena. Gambar 2.1 menunjukkan antena sebagai pengirim dan penerima.[1]
Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima 2.2 Gelombang Elektromagnet Gelombang elektromagnet adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spectrum frekuensi radio. Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 :[1] (2.1) Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara (free space), maka : v = c = 3 x 10 8 m/s (2.2) 2.3 Parameter Parameter Antena Parameter-parameter antenna digunakan untuk menguji atau mengukur performa antenna yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter
antenna yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi antena, polarisasi antena, beamwidth antena dan bandwidth antenna. 2.3.1 Direktivitas Antena Directivity dari sebuah antena atau deretan antena diukur pada kemampuan yang dimiliki antena untuk memusatkan energi dalam satu atau lebih ke arah khusus. Antena dapat juga ditentukan pengarahanya tergantung dari pola radiasinya. Dalam sebuah array propagasi akan diberikan jumlah energi, gelombang radiasi akan dibawa ketempat dalam suatu arah. Elemen dalam array dapat diatur sehingga akan mengakibatkan perubahan pola atau distribusi energi lebih yang memungkinkan ke semua arah (omnidirectional). Suatu hal yang tidak sesuai juga memungkinkan. Elemen dapat diatur sehingga radiasi energi dapat dipusatkan dalam satu arah (unidirectional). Direktivitas antena merupakan perbandingan kerapatan daya maksimum dengan kerapatan daya rata-rata. Maka dapat dituliskan pada persamaan :[1] (2.3) 2.3.2 Gain Antena Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah desibel.[2]
Gain dari sebuah antenna adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan :[2] Gain = G = k. D (2.4) Dimana : k = efisiensi antenna, 0 k 1 Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada main lobe dan membandingkan powernya dengan power pada antena referensi. Gain antena diukur dalam desibel, bisa dalam dbi ataupun dbd. Jika antena referensi adalah sebuah dipole, antena diukur dalam dbd. d di sini mewakili dipole, jadi gain antena diukur relative terhadap sebuah antena dipole. Jika antena referensi adalah sebuah isotropic, jadi gain antena diukur relatif terhadap sebuah antena isotropic.[3] Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada Persamaan ;[3] (2.5) Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh Persamaan 2.6. Gt (db) = (Pt(dBm) Ps(dBm)) + Gs(dB) (2.6) Dimana : Gt = Gain total antena. Pt = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dbm). Ps = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dbm). Gs = Gain antena referensi.
Decibel (db) merupakan satuan gain antena. Decibel adalah perbandingan dua hal. Decibel ditetapkan dengan dua cara, yaitu :[4] a. Ketika mengacu pada pengukuran daya. (2.7) b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan. (2.8) 2.3.3 Pola Radiasi Antena Pola radiasi antena atau pola antena didefinisikan sebagai fungsi matematik atau representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat. Di sebagian besar kasus, pola radiasi ditentukan di luasan wilayah dan direpresentasikan sebagai fungsi dari koordinat directional.[5] Pola radiasi antena adalah plot 3-dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena, atau plot 3-dimensi tingkat penerimaan sinyal yang diterima oleh sebuah antena.[2] Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi. a. Pola Radiasi Antena Unidirectional Antena unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat menjangkau jarak yang relative jauh. Gambar 2.2 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena unidirectional.
Gambar 2.2 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional b. Pola Radiasi Antena Omnidirectional Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi yang digambarkan seperti bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena Omnidirectional pada umumnya mempunyai pola radiasi 360 0 jika dilihat pada bidang medan magnetnya. Gambar 2.3 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh antena omnidirectional. Gambar 2.3 Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional 2.3.4 Polarisasi Antena Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena dimana arah elemen antena
terhadap permukaan bumi sebagai referensi lain. Energi yang berasal dari antena yang dipancarkan dalam bentuk sphere, dimana bagian kecil dari sphere disebut dengan wave front. Pada umumnya semua titik pada gelombang depan sama dengan jarak antara antena. Selanjutnya dari antena tersebut, gelombang akan membentuk kurva yang kecil atau mendekati. Dengan mempertimbangkan jarak, right angle ke arah dimana gelombang tersebut dipancarkan, maka polarisasi dapat digambarkan sebagaimana Gambar 2.4.[6] Gambar 2.4 Polarisasi Antena Ada empat macam polarisasi antena yaitu polarisasi vertikal, polarisasi horizontal, polarisasi circular, dan polarisasi cross.[3] a. Polarisasi Vertikal Radiasi gelombang elektromagnetik dibangkitkan oleh medan magnetik dan gaya listrik yang selalu berada di sudut kanan. Kebanyakan gelombang elektromagnetik dalam ruang bebas dapat dikatakan berpolarisasi linier. Arah dari polarisasi searah dengan vektor listrik. Bahwa polarisasi tersebut adalah vertikal jika garis medan listrik yang disebut dengan garis E berupa garis vertikal maka gelombang dapat dikatakan sebagai polarisasi vertikal. Gambar 2.5 menunjukkan polarisasi vertikal.
Gambar 2.5 Polarisasi Vertikal b. Polarisasi Horizontal Antena dikatakan berpolarisasi horizontal jika elemen antena horizontal terhadap permukaan tanah. Polarisasi horizontal digunakan pada beberapa jaringan wireless. Gambar 2.6 menunjukkan polarisasi horizontal. Gambar 2.6 Polarisasi Horizontal c. Polarisasi Circular Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan wireless. Dengan antena berpolarisasi circular, medan electromagnet berputar secara konstan terhadap antena. Gambar 2.7 menunjukkan polarisasi circular.
e Gambar 2.7 Polarisasi Circular Ada dua jenis turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara membuatnya yaitu left hand circular dan right hand circular. Medan elektromagnetik pada right hand circular berputar searah jarum jam ketika meninggalkan antena. Medan elektromagnetik pada left hand circular berputar berlawanan arah jarum jam ketika meninggalkan antena. d. Polarisasi Cross Polarisasi cross terjadi ketika antena pemancar mempunyai polarisasi horizontal, sedangkan antena penerima mempunyai polarisasi vertikal atau sebalikanya. Gambar 2.8 menunjukkan polarisasi cross. Gambar 2.8 Polarisasi Cross
2.3.5 Beamwidth Antena Beamwidth Adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 db menurun dari puncak lobe utama. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut :[6] 21,1 B = derajat (2.9) f. d Dimana : B = 3 db beamwidth (derajat) = frekuensi (GHz) d = diameter antena (m) Apabila beamwidth mengacu kepada perolehan pola radiasi, maka beamwidth dapat dirumuskan sebagai : β = θ 2 θ 1 (2.10) Gambar 2.9 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama (main lobe,nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor dua), dan lobe sisi belakang (back lobe, nomor 3). Half Power Beamwidth ( HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titiktitik ½ daya atau -3 db atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe utama. First Null Beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol. Gambar 2.9 Beamwidth Antena
2.3.6 Bandwidth Antena Pemakaian sebuah antena dalam sistem pemancar atau penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena dituntut harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10. Gambar 2.10 Bandwidth Antena Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik dinamakan bandwidth antena. Misalnya sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar f C, namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f 1 (di bawah f C ) sampai dengan f 2 (di atas f C ), maka bandwidth antena tersebut adalah :[7] f 2 f 1 BW % = x100% (2.11) fc Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow band).
Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah. [7] 2.4. Antena Sektoral Antenna Sektoral kadang kala di sebut dengan Antenna Patch Panel pada dasarnya tidak berbeda jauh dengan antenna omni. Biasanya digunakan untuk Access Point bagi sambungan Point-to-Multi-Point (P2MP). Umumnya antenna sektoral mempunyai polarisasi vertikal, beberapa diantaranya juga mempunyai polarisasi horizontal. Antenna sektoral umumnya mempunyai penguatan lebih tinggi dari antenna omni sekitar 10-19 dbi. Sangat baik untuk memberikan servis di daerah dalam jarak 6-8 km. Tingginya penguatan pada antenna sektoral biasanya di kompensasi dengan lebar pola radiasi yang sempit 45-180 derajat. Jelas daerah yang dapat di servis menjadi lebih sempit, dan ini sangat menguntungkan. Secara umum radiasi antenna lebih banyak ke muka antenna, tidak banyak radiasi di belakang antenna sektoral. Radiasi potongan vertikal tidak berbeda jauh dengan antenna omni. Antenna sektoral biasanya di letakan di atas tower yang tinggi, oleh karena itu biasanya di tilt sedikit agar memberikan layanan ke daerah di bawahnya.[8] Antena Sektoral terlihat pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11 Antena Sektoral Antena sektoral seperti halnya Antena Omnidirectional mempunyai polarisasi vertikal & dirancang untuk digunakan pada base stasion (BTS) tempat Akses Point berada. Berbeda dengan antena omnidirectional yang dapat memberikan servis dalam jangkauan 360 derajat. Antena sektoral hanya memberikan servis pada wilayah / sektor yang terbatas. Biasanya 45-180 derajat saja. Pengaturan pancaran antena BTS menjadi sektoral (bukan omnidirectional) dilakukan dengan beberapa alasan teknis, diantaranya adalah meningkatkan kapasitas jaringan. Sudut sektor yang umum biasanya di operasionalkan biasanya 120 derajat, sementara sudut sektor 90 derajat juga di terapkan di beberapa BTS. Keuntungan yang diperoleh dengan membatasi wilayah servis tersebut, antena sektoral mempunyai gain yang lebih besar daripada antenna omnidirectional. Biasanya antena sektoral mempunyai gain antara 10-19 dbi. Tampak pada Gambar 2.12 potongan medan horizontal antena sektoral yang hanya melebar pada satu sisi saja. Sedang pada potongan medan vertikalnya sangat pipih seperti antena omnidirectional.
0 0 270 0-3 -6-10 -15-20 -30 db 90 270 0-3 -6-10 -15-20 -30 db 90 180 180 Gambar 2.12 Pola Radiasi Antena Omnisektoral 2.5. Sistem komunikasi selular Sistem komunikasi seluler merupakan salah satu jenis komunikasi bergerak, yaitu suatu komunikasi antara dua buah terminal dengan salah satu atau kedua terminal berpindah tempat. Dengan adanya perpindahan tempat ini, sistem komunikasi bergerak tidak menggunakan kabel sebagai medium transmisi.[9] 2.5.1. Defenisi komunikasi selular Sebuah sistem komunikasi bergerak selular menggunakan sejumlah besar pemancar berdaya rendah untuk menciptakan sel (daerah geografis) layanan dasar dari sistem komunikasi nirkabel (tanpa kabel). Variabel tingkat daya antena pemancar, memungkinkan sel-sel diubah ukurannya menyesuaikan kepadatan pelanggan dan permintaan dalam suatu wilayah tertentu.[10] Pada Gambar 2.13 pada setiap sel-sel dipegang oleh 1 BTS pada suatu daerah tertentu, sel-sel ini dapat diubah ukuran nya sesuai tingkat daya antena pemancar untuk mengcoverage daerah-daerah yang padat.
Gambar 2.13 Konsep Sel Sebagai pengguna ponsel yang bergerak dari sel ke sel, percakapan dilakukan dengan teknik hand off antara sel-sel untuk mempertahankan layanan komunikasi agar berjalan lancar (tidak terputus). Saluran frekuensi yang digunakan dalam satu sel dapat digunakan kembali di sel lain yang letaknya agak jauh. Sel dapat ditambahkan untuk mengakomodasi pertumbuhan pelanggan, menciptakan sel-sel baru di daerah yang belum terlayani atau overlay sel di daerah yang telah terlayani. Komunikasi selular juga dibedakan antara system komunikasi konvensional dan system komunikasi modern Sistem konvensional memiliki karakteristik sebagai berikut : 1. Daerah jangkauan luas 2. Daya yang digunakan besar 3. Kapasitas sistem masih rendah 4. Modulasi analog berupa frequency modulation (FM) sehingga memerlukan bandwidth yang besar 5. Belum menggunakan handoff 6. Belum terhubung ke jaringan public service telephone network (PSTN)
7. Untuk suara Pada Gambar 2.14 menunjukkan sistem komunikasi selular konvensional yang memiliki jangkauan yang sangat luas, dimana BS memiliki daya pancar yang cukup besar. Daerah yang di cakup oleh BTS sangatlah luas sehingga tidak ada pembagian sel-sel pada daerah yang di cakup. High power station Lines to switching center 20-50 miles First mobile Second mobile Gambar 2.14 Komunikasi Sistem Selular Konvensional Sistem konvensional walaupun secara ekonomi dan teknologi belum menguntungkan, tetapi telah membangkitkan penelitian untuk mengembangkan sistem komunikasi seluler yang lebih baik (sistem modern). Komunikasi seluler modern memiliki karakteristik sebagai berikut : 1. Alokasi bandwith kecil 2. Efisiensi pemakaian frekuensi tinggi, karena penggunaan frequency refuse. 3. Modulasi digital.
4. Daerah pelayanan dibagi atas daerah - daerah kecil yang disebut sel, sering disebut sebagai sistem seluler. 5. Kapasitas besar 6. Daya yang dipergunakan kecil 7. Memiliki handoff 8. Efisiensi kanal tinggi karena menggunakan mode akses jamak (multiply access) seperti frequency division multiple access (FDMA), time divisin multiple access (TDMA), dan code division multiple access (CDMA). pada Gambar 2.15 bahwa setiap sel dengan base station (BS) terhubung ke mobile switching center (MSC). MSC ini yang akan menghubungkan sistem seluler dengan sistem wireline PSTN atau sebaliknya. Dengan adanya kemampuan BS MSC Gambar. 2.15 Setiap Sel dengan BS terhubung ke MSC berhubungan dengan komunikasi wireline yang telah ada menjadikan sistem seluler mendukung perkembangan komunikasi global di masa mendatang. Perbandingan antara sistem konvensional dan seluler dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Perbandingan sistem konvensional dan selular Perbedaan Sistem Konvensional Sistem Selular Daerah cakupan Dilayani oleh satu base station dengan cakupan yang luas Handoff Handoff tidak diperlukan selama masih dalam satu daerah layanan Daya pancar Daerah yang luas, BS menggunakan daya pancar yang besar Efesiensi spektrum Rendah, karena tidak ada frequency reuse Daerah dibagi dalah dalam daerah yang lebih kecil yang disebut sel Hand off sangat penting dengan cara kerjasama antar base station Daerah yang kecil mengharuskan daya BS diperkecil untuk menghindari interferensi Lebih besar karena ada frequency reuse. 2.5.2 Sistem GSM GSM (Global System for Mobile communication) adalah suatu teknologi yang digunakan dalam komunikasi mobile dengan teknik digital. Sebagai teknologi yang dapat dikatakan cukup revolusioner karena berhasil menggeser teknologi sistem telekomunikasi bergerak analog yang populer pada dekade 80- an, GSM telah memberikan alernatif berkomunikasi baru bagi dunia telekomunikasi yang lebih powerful. Dengan menggunakan sistem sinyal digital dalam transmisi datanya, membuat kualitas data maupun bit rate yang dihasilkan menjadi lebih baik dibanding sistem analog. Teknologi GSM saat lebih banyak digunakan untuk komunikasi seluler dengan berbagai macam layanannya. Dalam kehidupan sehari-hari kita lebih mengenal Handphone (HP) sebagai aplikasi teknologi GSM yang paling populer. Sejak pertama pengimplementasiannya sampai sekarang GSM telah dikembangkan dalam tiga kelompok yaitu GSM 900, 1800 dan 1900. Perbedaan ketiga kelompok tersebut adalah pada lokasi band
frekuensi yang digunakan. GSM 900 menggunakan frekuensi 900 MHz sebagai kanal transmisinya. GSM 1800 dan 1900 masing-masing menggunakan frekuensi 1800 dan 1900 MHz.[12] 2.5.3 Arsitektur Jaringan GSM Sebuah jaringan GSM dibangun dari beberapa komponen fungsional yang memiliki fungsi dan interface masing-masing yang spesifik. Secara umum jaringan GSM dapat dibagi menjadi tiga bagian utama yaitu : - Mobile Station - Base Station Subsystem - Network Subsystem Pada masing-masing bagian utama jaringan GSM tersusun dari bagianbagian lain yang terpadu untuk mendukung fungsi utamanya. Sedangkan jaringan lain yang dapat berintegrasi dengan jaringan GSM yaitu jaringan selular lain (PLMN), telepon rumah (PSTN), ISDN, dan jaringan yang berbasis internet seperti terlihat pada Gambar 2.16. Gambar 2.16 Integrasi Jaringan GSM dan Jaringan Lain
a. Mobile Stasion (MS) MS merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk melakukan komunikasi. MS terdiri dari dari Mobile Equipment (ME) dan Subcriber Identity Module (SIM). ME merupakan terminal transmisi radio yang dilengkapi dengan International Mobile Equipment Identity (IMEI), sedangkan SIM berisi nomor identitas pelanggan untuk masuk ke jaringan operator GSM. b. Base Stasion System (BSS) BSS terdiri dari tiga perangkat yaitu : 1. Base Transceiver Station ( BTS ) BTS merupakan perangkat pemancar dan penerima yang menangani akses radio dan berinteraksi langsung dengan mobile station (MS) melalui air interface. BTS juga mengatur proses handover yang terjadi didalam BTS itu sendiri dan dimonitor oleh BSC. 2. Base Station controller ( BSC ) BSC adalah interface antara BTS dengan MSC dan OMC. BSC juga mengendalikan beberapa BTS serta mengatur trafik yang datang dan pergi dari BSC menuju MSC atau BTS. BSC memanajemen sumber radio dalam pemberian frekuensi untuk setiap BTS dan mengatur handover ketika mobile station melewati batas antar sel.
3. Transcoder (XCDR) XCDR berfungsi untuk mengkompres data atau suara keluaran dari MSC (64 Kbps) menjadi 16 Kbps ke arah BSC dan sebaliknya untuk effisiensi kanal transmisi. c. Network Switching System (NSS) NSS berfungsi sebagai switching pada jaringan GSM, memanajemen jaringan, sebagai interface antara jaringan GSM dengan jaringan lainnya. Komponen NSS pada jaringan GSM terdiri dari : 1. Mobile Switching Center ( MSC ) MSC bertugas mengatur komunikasi antar pelanggan dan user jaringan telekomunikasi lainnya. 2. Home Location Register ( HLR ) HLR merupakan database yang berisi data pelanggan yang tetap suatu wilayah cakupan. Data-data tersebut antara lain, layanan pelanggan, service tambahan dan informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir 3. Visitor Location Register ( VLR ) VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai pelanggan yang melakukan mobile (roaming) dari area cakupan lain. 4. Authentication Center ( AuC ) AuC berisi data base yang bersifat rahasia yang disimpan dalam bentuk format kode untuk pengamanan dan pengontrolan penggunaansistem seluler yang sah dan mencegah pelanggan yang melakukan kecurangan.. 5. Equipment Identity Register (EIR)
Merupakan data base terpusat yang berfungsi untuk validasi Internasional Mobile 6. Equipment Identity (IMEI). 7. Inter Working Function (IWF) IWF berfungsi sebagai interface antara jaringan GSM dengan jaringan lain. 8. Echo Canceller (EC) EC digunakan untuk sambungan dengan PSTN untuk mengurangi echo (gaung/gema) dan delay. d. Network Management System - Operation and Maintenance Center ( OMC ) OMC sebagai pusat pengontrolan operasi dan pemeliharaan jaringan. Fungsi utamanya mengawasi alarm perangkat dan perbaikan terhadap kesalahan operasi. - Network Management Centre (NMC) NMC berfungsi untuk pengontrolan operasi dan pemeliharaan jaringan yang lebih besar dari OMC. 2.5.4 Konsep Dasar Jaringan WCDMA-UMTS WCDMA merupakan teknologi generasi ketiga (3G) yang berbasis packet service dengan menggunakan standar Direct Sequence Spread Spectrum dan modulasi RF yang digunakan adalah QPSK saat uplink maupun downlink. Standar bandwidth yang dipakai sebesar 5 Mhz yang dapat ditingkatkan sampai dengan 10 Mhz, 15 Mhz, dan 20 Mhz. Sedangkan dukungan mobilitas yang dapat dilayani
sampai dengan 120 km/jam. Beberapa hal yang dimiliki oleh teknologi WCDMA ini adalah : 1. Mendukung pengiriman data dengan kecepatan tinggi (> 384 kbps pada lingkup area yang lebar dan dapat mencapai 2 Mbps pada daerah indoor/local outdoor coverage) 2. Sistem layanan yang fleksibel yang mendukung multiple parallel variable rate services pada tiap-tiap koneksi 3. Dukungan terhadap handover antar frekuensi untuk pengoperasian dengan struktur sel yang bertingkat 4. Implementasi yang mudah pada terminal dual mode UMTS/GSM baik itu handover diantara UMTS dan GSM, 5. Kerahasiaan yang tinggi, 6. Dapat diaplikasikan pada lingkungan interferensi yang tinggi, 7. Menyediakan kapasitas yang lebih besar daripada sistem FDMA, TDMA, maupun NarrowBand CDMA. Kelebihan lainnya secara teknis adalah teknologi WCDMA memiliki laju data yang tinggi yang mampu mencapai 5,6 Mbps dan mampu melayani 196 user tiap kanalnya, jauh lebih besar dari teknologi GSM yang hanya mampu menangani 8 user tiap kanalnya UMTS adalah salah satu teknologi seluler pada generasi ketiga yang menggunakan teknologi WCDMA sebagai interfacenya. UMTS dikembangkan oleh IMT-2000 framework yang merupakan salah satu bagian dari program ITU.
Gambar 2.17 Arsitektur Jaringan 3G WCDMA-UMTS Dari gambar 2.17 diatas terlihat bahwa arsitektur jaringan UMTS terdiri dari perangkat-perangkat yang saling mendukung, yaitu User Equipment (UE), UMTS Terresterial Radio Access Network (UTRAN) dan Core Network (CN). 2.5.4.1 UE (User Equipment) User Equipment merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. UE dilengkapi dengan smart card yang dikenal dengan nama USIM (UMTS Subscriber Identity Module) yang berisi nomor identitas pelanggan dan juga algoritma security untuk keamanan seperti authentication algorithm dan algoritma enkripsi. Selain terdapat USIM, UE juga dilengkapi dengan ME (Mobile Equipment) yang berfungsi sebagai terminal radio yang digunakan untuk komunikasi lewat radio.
2.5.4.2 UTRAN (UMTS Terresterial Radio Access Network) Jaringan akses radio menyediakan koneksi antara terminal mobile dan Core Network. Dalam UMTS jaringan akses dinamakan UTRAN (Access Universal Radio electric Terrestrial). UTRA mode UTRAN terdiri dari satu atau lebih Jaringan Sub-Sistem Radio (RNS). Sebuah RNS merupakan suatu subjaringan dalam UTRAN dan terdiri dari Radio Network Controller (RNC) dan satu atau lebih Node B. RNS dihubungkan antar RNC melalui suatu Iur Interface dan Node B dihubungkan dengan satu Iub Interface. Di dalam UTRAN terdapat beberapa elemen jaringan yang baru dibandingkan dengan teknologi 2G yang ada saat ini, di antaranya adalah Node-B dan RNC (Radio Network Controller). 1. RNC (Radio Network Controller) RNC bertanggung jawab mengontrol radio resources pada UTRAN yang membawahi beberapa Node-B, menghubungkan CN (Core Network) dengan user, dan merupakan tempat berakhirnya protokol RRC (Radio Resource Control) yang mendefinisikan pesan dan prosedur antara mobile user dengan UTRAN. 2. Node-B Node-B sama dengan Base Station di dalam jaringan GSM. Node-B merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio kepada UE. Fungsi utama Node-B adalah melakukan proses pada layer 1 antara lain : channel coding, interleaving, spreading, de-spreading, modulasi,
demodulasi dan lain-lain. Node-B juga melakukan beberapa operasi RRM (Radio Resouce Management), seperti handover dan power control. 2.5.4.3 CN (Core Network) Jaringan Lokal (Core Network) menggabungkan fungsi kecerdasan dan transport. Core Network ini mendukung pensinyalan dan transport informasi dari trafik, termasuk peringanan beban trafik. Fungsi-fungsi kecerdasan yang terdapat langsung seperti logika dan dengan adanya keuntungan fasilitas kendali dari layanan melalui antarmuka yang terdefinisi jelas; yang juga pengaturan mobilitas. Dengan melewati inti jaringan, UMTS juga dihubungkan dengan jaringan telekomunikasi lain, jadi sangat memungkinkan tidak hanya antara pengguna UMTS mobile, tetapi juga dengan jaringan yang lain. 1. MSC (Mobile Switching Center) MSC didesain sebagai switching untuk layanan berbasis circuit switch seperti video, video call. 2. VLR (Visitor Location Register) VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai pelanggan terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada cakupan area jaringan. 3. HLR (Home Location Register) HLR merupakan database yang berisi data-data pelanggan yang tetap. Data-data tersebut antara lain berisi layanan pelanggan, service tambahan serta informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir (Update Location).
4. SGSN ( Serving GPRS Support Node) SGSN merupakan gerbang penghubung jaringan BSS/BTS ke jaringan GPRS. Fungsi SGSN adalah sebagai berikut : a. Mengantarkan paket data ke MS. b. Update pelanggan ke HLR. c. Registrasi pelanggan baru. 5 GGSN ( Gateway GPRS Support Node ) GGSN berfungsi sebagai gerbang penghubung dari jaringan GPRS ke jaringan paket data standard (PDN). GGSN berfungsi dalam menyediakan fasilitas internetworking dengan eksternal packet-switch network dan dihubungkan dengan SGSN via Internet Protokol (IP). GGSN akan berperan antarmuka logik bagi PDN, dimana GGSN akan memancarkan dan menerima paket data dari SGSN atau PDN. Selain itu juga terdapat beberapa interface baru, seperti : Uu, Iu, Iub, Iur. Antara UE dan UTRAN terdapat interface Uu. Di dalam UTRAN terdapat interface Iub yang menghubungkan Node-B dan RNC, Interface Iur yang menghubungkan antar RNC, sedangkan UTRAN dan CN dihubungkan oleh interface Iu. Protokol pada interface Uu dan Iu dibagi menjadi dua sesuai fungsinya, yaitu bagian control plane dan user plane. Bagian user plane merupakan protokol yang mengimplementasikan layanan Radio Access Bearer (RAB), misalnya membawa data user melalui Access Stratum (AS). Sedangkan control plane berfungsi mengontrol RAB dan koneksi antara mobile user dengan jaringan dari aspek : jenis layanan yang diminta, pengontrolan sumber daya transmisi, handover, mekanisme transfer Non Access Stratum (NAS) seperti Mobility
Management (MM), Connection Management (CM), Session Management (SM) dan lain-lain. 2.5.5 Konsep Seluler Sel (cell) merupakan unit geografi terkecil dalam jaringan seluler. Ukuran sel yang berbeda-beda dipengaruhi oleh keadaan geografis dan besar trafik yang akan di layani. Sel yang memiliki kepadatan trafik tinggi ukuran sel dibuat kecil dan sel yang memiliki kepadatan trafik rendah ukuran sel dibuat lebih besar. Selain istilah sel, pada sistem seluler dikenal pula istilah cluster yaitu kumpulan dari sel. Pada sistem seluler semua daerah dapat dicakup tanpa adanya gap sel satu dengan yang lain sehingga bentuk sel secara heksagonal lebih mewakili di banding bentuk lingkaran (Gambar 2.18). Bentuk lingkaran lebih mewakili perserbaran daya yang ditransmisikan oleh antena. Bentuk seperti itu adalah bentuk ideal, didalam prakteknya bentuk seperti itu tidak pernah di temukan, karena radiasi antena tidak bisa membentuk daerah cakupan seperti itu, disamping itu keadaan geografis (kontur) turut mempengaruhi bentuk sel, sehingga bentuk sel sebenarnya bisa di gambarkan seperti Gambar 2.19.
Gambar 2.18 Perbandingan Heksagonal dan Lingkaran Gambar 2.19 Bentuk Sel Sebenarnya. Dari gambar 2.19 diatas terlihat bahwa keadaan sel sebenarnya berbentuk seperti amoeba dikarena radiasi antena tergantung pada keadaan geografis, sebaran daya pada antena tersebut Berdasarkan jenis antena yang digunakan, sel dapat dibagi menjadi dua yaitu sel omnidireksional dan sel sektoral. Sel omnidireksional hanya mampu melayani dengan luasan yang sempit. Pada sel sektoral terdapat tiga arah pancaran, yang masing-masing melingkupi area sebesar 120 o. seperti yang terlihat pada gambar 2.20.
30 0 30 0 120 0 120 0 120 0 (a) Omnidireksional (b) Sektoral Gambar 2.20 Jenis Antena Pada gambar 2.20 diatas terlihat sel pada omnidireksional yang memancar kan ke segala arah terlihat sangat sempit di bandingkan sel pada sektor-sektor 120 o. Satu sel akan dilayani oleh site. Dalam satu site bisa memiliki lebih dari satu sel. Setiap site biasanya terdiri atas sebuah menara (tower) antena dan shelter. Ada juga yang hanya menjadi pengulang (repeater) untuk minilink saja. Penempatan site biasanya dilakukan di atas tanah, namun untuk daerah yang padat site ditempatkan di atas gedung-gedung yang tinggi. Konfigurasi site dapat dilihat pada Gambar 2.21. 1 2 Gambar 2.21 Konfigurasi Site Menara (1) Menara digunakan untuk meletakkan berbagai macam antena. seperti antena sektoral, antena dan radio transmisi (minilink). Tinggi menara disesuaikan dengan kebutuhan.
Shelter (2) Shelter terbuat dari bahan sejenis besi sebagai tempat untuk menyimpan berbagai komponen site, seperti BTS, perangkat transmisi, batere-bfu(battery Fuse Unit), fan unit, cooling unit/air condinditioner, heating unit. Dengan adanya pengulangan frekuensi, kelompok-kelompok sel yang menggunakan frekuensi yang sama membentuk sebauh cluster (N), Dimunculkan parameter i dan j untuk menentukan kluster-kluster yang berbeda dengan N=i 2 +ij+j 2. Nilai N misalkan N = 7, tergantung persyaratan C/I yang diperbolehkan oleh sistem. Dengan nilai N tersebut, maka perbandingan jarak antara dua sel berfrekuensi sama terhadap jari-jari sel R dapat diketahui : q = D/R = 3 N (2.12) dengan q = faktor co-channel reduction, apabila nilai q meningkat maka C/I juga naik. 2.5.6 Sektorisasi Antena Ada dua metode yang digunakan dalam sektorisasi yaitu menggunakan tiga sektor 120 0 atau 6 sektor 60 0. Kedua metode tersebut sama-sama mengurangi jumlah interferensi sumber. Sektorisasi 3 sektor biasa digunakan pada pola pengulangan 7 sel dan akan memberikan total 21 kanal. Sektorisasi 6 sektor biasa digunakan pada pola pengulangan 6 sel dan akan menghasilkan 24 kanal.
Kelemahan sektorisasi adalah banyaknya kanal yang terbentuk sehingga mengurangi efisiensi jaringan. Hal ini berarti bahwa total trafik yang dapat dibawa untuk memberikan Grade of Service (GoS) menurun. 2.6 Handover Handover merupakan proses pengalihan kanal traffic secara otomatis pada Mobile Station (MS) yang sedang digunakan untuk berkomunikasi tanpa terjadinya pemutusan hubungan. Hal ini menjelaskan bahwa handover pada dasarnya adalah sebuah call koneksi yang bergerak dari satu sel ke sel lainnya. Secara umum Handover dapat didefenisikan sebagai prosedur, dimana ada perubahan layanan pada MS dari satu Base Station (BS) ke BS yang lain. Proses ini memerlukan alat pendeteksi untuk mengubah status dedicated node (persiapan handover) dan alat untuk menswitch komunikasi yang sedang berlangsung dari suatu kanal pada sel tertentu ke kanal yang lain pada sel yang lain. Keputusan untuk sebuah handover dibuat oleh Base Station Centre (BSC), yaitu dengan mengevaluasi secara permanent pengukuran yang diambil oleh BTS dan MS. Pengukuran rata-rata (Px) oleh BSC dibandingkan dengan nilai-nilai ambang batas (threshold); jika Px melebihi nilai threshold maka dimulai proses handover dengan mencari sebuah sel target yang cocok. Handover terjadi karena kualitas atau daya ratio turun di bawah nilai yang dispesifikasikan dalam BSC. Penurunan level sinyal ini dideteksi dari pengukuran yang dilakukan MS maupun BTS. Konsekuensinya handover ditujukan ke sel dengan sinyal lebih besar. Selain itu, handover dapat terjadi apabila traffic dari sel yang dituju sudah penuh. Saat MS melewati sel, dialihkan ke neighbouring cell dengan beban traffic yang lebih
2.6.1 Jenis Handover Pada Sistem WCDMA Ada beberapa jenis handover dalam jaringan WCDMA. Untuk sector dari tipe-tipe handover dapat dijelaskan sebagai berikut[3]: 1. Intra system Handover Intra sytem handover terjadi dalam satu sector. Yang selanjutnya dapat dibagi menjadi intra frequency HO dan inter frequency HO. Intra frequency terjadi di antara sel sel yang memiliki carrier WCDMA yang sama, sementara inter frequency terjadi di antara sel-sel yang menggunakan carrier WCDMA yang berbeda. 2. Inter system Handover (ISHO) Inter system HO terjadi di antara sel sel yang memiliki dua teknologi akses radio, Radio Access Technology (RAT) yang berbeda atau mode akses radio Radio Access Mode (RAM) yang berbeda. Kasus yang paling sering untuk handover jenis ini diperkirakan terjadi antara sector WCDMA dan GSM / EDGE. 3. Hard Handover (HHO) Hard Handover adalah kelompok dari prosedur HO dimana semua hubungan yang lama dilepaskan sebelum hubungan radio yang baru dibentuk. Bagi pembawa (bearer) real time hal ini berarti pemutusan hubungan yang singkat dari bearer; bagi bearer non real time HHO berarti lossless. Hard handover dapat menjadi intra atau inter frequency handover. 4. Soft Handover (SHO) Selama proses soft handover, MS terus menerus berkomunikasi dengan dua sel atau lebih secara bersamaan yang memiliki BS yang berbeda dari RNC
yang sama (intra RNC) atau RNC yang berbeda (inter RNC). Semua hubungan yang lama tidak akan dilepaskan sebelum hubungan radio yang baru terbentuk (make before break). 5. Softer Handover Pada kejadian softer handover, MS dikendalikan oleh paling tidak dua sector pada satu BS, SHO dan softer HO hanya mungkin terjadi dalam satu frekuensi carrier dan oleh karena itu, termasuk proses handover intra frequency. Jenis-jenis dari handover tersebut juga dapat diilustrasikan pada Gambar 2.22 sebagai berikut : Gambar 2.22 Jenis Handover