BAB II TEORI DASAR 2.1 Umum Sistem komunikasi seluler merupakan salah satu jenis komunikasi bergerak, yaitu suatu komunikasi antara dua terminal dengan salah satu atau kedua terminal berpindah tempat. Dengan adanya perpindahan tempat ini, sistem komunikasi bergerak tidak menggunakan kabel sebagai media transmisi. Sistem komunikasi seluler dapat melayani banyak pengguna pada cakupan area geografis yang cukup luas dalam frekuensi yang terbatas. Sistem ini juga menawarkan kualitas yang cukup tinggi dan tidak kalah dibandingkan dengan telepon tetap Public Switched Telephone Network (PSTN). Untuk menambah kapasitas daerah jangkauannya dibatasi dengan adanya pembagian area menjadi cell. Dengan adanya cell ini, kanal radio dapat dipergunakan kembali (re-use) oleh base station pada jarak yang berjauhan. Proses handover terjadi kerika pengguna jasa seluler berpindah dari satu cell ke cell lain, handover berguna untuk menjaga agar panggilan yang dilakukan tidak terputus ketika pengguna jasa berada diluar jangkuan suatu cell [1]. 2.2 Global System for Mobile Communication (GSM) Global System for Mobile Communication (GSM) merupakan suatu teknologi yang digunakan dalam komunikasi bergerak dengan teknik digital. GSM telah memberikan alternatif berkomunikasi baru bagi dunia telekomunikasi 5
yang lebih powerfull. Dengan menggunakan sistem sinyal digital dalam transmisi datanya, membuat kualitas data maupun bit rate yang dihasilkan menjadi lebih baik dibandingkan sistem analog. Sebagai pengguna telepon seluler dari cell ke cell, percakapan dilakukan dengan teknik hand off antara cell ke cell untuk mempertahankan layanan komunikasi agar berjalan lancar (tidak terputus). Saluran frekuensi yang digunakan dalam satu cell dapat digunakan kembali di cell lain yang letaknya agak jauh. Cell dapat ditambahkan untuk mengakomodasi pertumbuhan pelanggan, menciptakan cell ke cell baru di daerah yang belum terlayani atau overlay cell di daerah yang telah terlayani. Teknologi GSM menggunakan sistem TDMA dengan alokasi kurang lebih sekitar delapan pengguna di dalam satu channel frekuensi sebesar 200 khz per satuan waktu. Awalnya, frekuensi yang digunakan adalah 900 MHz. Pada perkembangannya frekuensi yang digunakan adalah 1800 MHz dan 1900 MHz. Kelebihan dari GSM adalah interface yang lebih bagi para provider maupun para penggunanya. Selain itu, kemampuan roaming antar sesama provider membuat pengguna dapat bebas berkomunikasi. Arsitektur jaringan GSM seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1 [2]. Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan GSM 6
Pada Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan GSM terdiri dari perangkatperangkat yang saling mendukung, dari 4 subsistem yang terkoneksi dan berinteraksi antar sistem dan dengan user melalui network interface, 4 subsistem tersebut yaitu : MS (Mobile Station), BSS (Base Station Subsystem), NSS (Network Sub-System) dan OSS (Operation and Support System). 2.3 Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) Sistem Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) didesain untuk komunikasi multimedia berupa komunikasi person-to-person dapat disajikan dengan tingkat kualitas gambar dan video yang baik, dan akses terhadap informasi serta layanan-layanan pada public dan private network akan disajikan dengan data rate dan kemampuan sistem komunikasi pada generasi ketiga ini lebih fleksibel. Sistem ini merupakan evolusi dari sistem Code Division Multiple Access (CDMA). Infrastrukturnya mampu mendukung user dengan data rate tinggi, mendukung operasi yang bersifat asinkron, lebar pitanya secara keseluruhan 5 MHz dan didesain untuk dapat berdampingan dengan sistem GSM. Teknologi telekomunikasi wireless generasi ketiga yaitu Universal Mobile Telecommunication System (UMTS). UMTS merupakan suatu evolusi dari GSM, dimana interface radionya adalah WCDMA, serta mampu melayani transmisi data dengan kecepatan yang lebih tinggi, kecepatan data yang berbeda untuk aplikasiaplikasi dengan Quality of Service (QoS) yang berbeda. Arsitektur jaringan WCDMA terlihat pada Gambar 2.2 [3]. 7
Gambar 2.2 Arsitektur Jaringan WCDMA Dari gambar diatas terlihat bahwa arsitektur jaringan WCDMA terdiri dari perangkat-perangkat yang saling mendukung, yaitu User Equipment (UE), UMTS Terresterial Radio Access Network (UTRAN) dan Core Network (CN). 2.4 Long Term Evolution (LTE) Layanan mobile broadband terus berkembang seiring dengan meningkatnya mobilitas masyarakat dalam beraktivitas serta kebutuhan layanan internet. Berbagai teknologi seluler terus dikembangkan mulai dari GSM, WCDMA, dan LTE. LTE adalah standar terbaru dalam teknologi jaringan seluler dibandingkan GSM dan WCDMA. LTE adalah sebuah nama baru dari layanan yang mempunyai kemampuan tinggi dalam sistem komunikasi bergerak yang merupakan langkah menuju generasi keempat dari teknologi radio yang dirancang untuk meningkatkan kapasitas dan kecepatan jaringan telepon mobile. LTE adalah suatu proyek dalam Third Generation Partnership Project (3GPP). Arsitektur jaringan LTE dirancang untuk tujuan mendukung trafik packet switching dengan mobilitas tinggi, Quality of Service (QoS), dan latency yang 8
kecil. Pendekatan packet switching ini memperbolehkan semua layanan termasuk layanan voice menggunakan koneksi paket. Oleh karena itu pada arsitektur jaringan LTE dirancang sesederhana mungkin, yaitu hanya terdiri dari dua node yaitu enodeb dan Mobility Management Entity/Gateway (MME/GW). Hal ini sangat berbeda dengan arsitektur teknologi GSM dan UMTS yang memiliki struktur lebih kompleks dengan adanya Radio Network Controller (RNC). Beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dengan hanya adanya single node pada jaringan akses adalah pengurangan latency dan distribusi beban proses RNC untuk beberapa enodeb. Pengeliminasian RNC pada jaringan akses memungkinkan karena LTE tidak mendukung soft handover. Arsitektur dasar jaringan LTE dapat dilihat pada Gambar 2.3 [4]. Gambar 2.3 Arsitektur Jaringan LTE 9
Semua interface jaringan pada LTE adalah berbasis Internet Protocol (IP). enodeb saling terkoneksi dengan interface X2 dan terhubung dengan MME/SGW melalui interface S1 seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.3. Pada LTE terdapat 2 logical gateway, yaitu Serving Gateway (S-GW) dan Packet Data Network Gateway (P-GW). S-GW bertugas untuk melanjutkan dan menerima paket ke dan dari enodeb yang melayani User Equipment (UE). P-GW menyediakan interface dengan jaringan Packet Data Network (PDN), seperti internet. Selain itu P-GW juga melakukan beberapa fungsi lainnya, seperti alokasi alamat, packet filtering, dan routing. 2.5 Operator Telekomunikasi Operator adalah perusahaan atau pihak penyelenggara, penyedia atau pemberi jasa tertentu. Operator telepon seluler adalah pihak penyelenggara jaringan dan layanan telepon seluler. Saat ini, di Indonesia operator telepon seluler GSM adalah Telkomsel (dengan produk SIM card Simpati, As, Halo), Indosat (dengan produk SIM card Mentari, IM3, Matrix), Excelcomido (dengan produk SIM card XL Bebas, XL Jempol, Xplore), dan Hutchison (dengan produk SIM card Three 3 ) [1]. 2.6 Pemetaan Pemetaan merupakan suatu proses pengukuran, perhitungan, dan penggambaran dengan menggunakan cara atau metode tertentu sehingga didapatkan hasil berupa softcopy maupun hardcopy peta yang berbentuk data spasial vektor. Pemetaan juga dapat diartikan sebagai proses pembuatan peta. 10
Tujuan utama pemetaan adalah untuk menyediakan deskripsi dari suatu fenomena geografis, informasi spasial dan non-spasial, informasi tentang jenis fitur (titik, garis dan polygon) [5]. 2.7 Global Positioning System (GPS) GPS adalah sistem satelit navigasi dan penentuan posisi yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. Sistem ini didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga-dimensi (3D) serta informasi mengenai waktu, secara kontinyu diseluruh dunia tanpa bergantung waktu dan cuaca, bagi banyak orang secara simultan. GPS dapat memberikan informasi posisi dengan ketelitian bervariasi dari beberapa milimeter sampai dengan puluhan meter [5]. 2.8 Test Mobile System (TEMS) Investigation Dalam pengukuran parameter-parameter, TEMS dapat bekerja dalam dua mode, yaitu : 1. Drive Test Drive Test ialah proses pengukuran sistem komunikasi bergerak pada sisi gelombang radio di udara yaitu dari arah BTS ke MS atau sebaliknya, dengan menggunakan telepon seluler yang didesain secara khusus untuk pengukuran. Drive Test bertujuan untuk mengukur kualitas sinyal dan memperbaiki segala masalah yang berhubungan dengan signal. 11
2. Replay Informasi yang ditampilkan pada mode ini dibaca dari logfile. Dalam mode ini ketika bisa replay logfile untuk inspeksi dan analisa. Kondisi peralatan tidak ter-connect. TEMS Investigation digunakan untuk drive test di luar ruangan (outdoor) dan didalam ruangan (indoor) menggunakan GPS sebagai alat navigasi dan plotting parameter pada rute drive test yang dilalui. Berikut Gambar 2.4 merupakan tampilan TEMS Investigation [6]. Gambar 2.4 Tampilan TEMS Investigation 2.9 Parameter Pada Teknologi Telekomunikasi Parameter pada teknologi telekomunikasi berbeda-beda. Pada jaringan GSM parameternya adalah Receive Level Signal (RxLevel), Receive Quality Signal (RxQual), dan Speech Quality Indicator (SQI). Sedangkan pada jaringan 12
WCDMA parameternya adalah Received Signal Code Power (RSCP), Energy Chip/Noise (Ec/No), Speech Quality Indicator (SQI), dan Throughput. Serta pada jaringan LTE parameternya yang adalah Reference Signal Received Power (RSRP), Reference Signal Received Quality (RSRQ), Signal to Noise Ratio (SINR), dan Throughput. 2.9.1 Parameter GSM Parameter yang harus diketahui pada jaringan GSM (generasi kedua) adalah sebagai berikut : 1. Receive Level Signal (RxLevel) RxLevel adalah kuat sinyal penerimaan yang menyatakan besarnya sinyal yang diterima pada sisi penerima Mobile Station (MS). Nilai RxLevel merupakan suatu nilai yang menunjukkan level kekuatan sinyal yang ditunjukkan dalam rentang minus dbm. Standar nilai RxLevel pada masing- masing provider berbeda. Pada Tugas Akhir ini, digunakan standar nilai RxLevel seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1 [7]. Tabel 2.1 Rentang Nilai RxLevel Biru Tua -50 s/d -70 dbm Sangat Baik Biru Muda -70 s/d -80 dbm Baik Hijau -80 s/d -90 dbm Cukup Baik Kuning -90 s/d -100 dbm Buruk Merah -100 s/d -120 dbm Sangat Buruk 13
Hasil RxLevel merupakan dari persamaan rumus BER. Dalam hal ini, Key Performance Indicator (KPI) menyatakan standar hasil yang bagus atau dapat juga diartikan kebalikan dari rumus BER yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 berikut : BER =...(2.1) Sehingga dapat dijabarkan pada Persamaan 2.2 berikut : RxLevel = x 100%...(2.2) Namun untuk mencapai standard KPI dinyatakan pada Persamaan 2.3 berikut : Rxlevel = x 100%...(2.3) Standarisasi RxLevel yang bagus berdasarkan Key Performance Indicator (KPI) yaitu : 0 s/d -95 dbm dan Jumlah RxLevel KPI seluruhnya adalah 0 s/d - 120 dbm [7]. 2. Receive Quality Signal (RxQual) RxQual yang merupakan tingkat kualitas sinyal penerimaan di Mobile Station (MS) adalah kualitas sinyal suara ( voice ) yang diukur dalam BER, persamaan BER (Bit Error Rate) tersebut dapat dihitung dengan Persamaan 2.4 berikut : BER =...(2.4) 14
Nilai RxQual ini berfungsi sebagai penanda kualitas sinyal, apakah sudah bagus atau belum. Rentang nilai RxQual adalah antara 0 hingga 7, dimana nilai tersebut dipengaruhi oleh jumlah BER yang terjadi. Semakin besar nilai RxQual, maka semakin buruk kualitas sinyalnya. Setiap nilai penetapan RxQual berdasarkan oleh jumlah BER yang terjadi yang telah disesuaikan, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2 [7]. Tabel 2.2 Penetapan RxQual Berdasarkan BER RxQual BER (Bit Error Rate) 0 < 0,2 % 1 0,2 % hingga 0,4 % 2 0,4 % hingga 0,8 % 3 0,8 % hingga 1,6 % 4 1,6 % hingga 3,2 % 5 3,2 % hingga 6,4 % 6 6,4 % hingga 12,8 % 7 > 12,8 % Pengukuran RxQual dapat digunakan untuk memverifikasi cakupan sitesite BS (Base Station) yang dipilih. Selain itu, dengan adanya nilai RxQual juga dapat diperlihatkan sebuah gambaran bagaimana cakupan yang bagus yang disediakan dari site site BS dan seberapa besar interferensi yang dihasilkan. Tidak ada standar yang ditetapkan untuk nilai RxQual dan setiap operator memiliki ambang yang berbeda-beda. Walaupun demikian, karena RxQual 15
digunakan sebagai ukuran perfomansi hubungan antara Mobile Station (MS) dan Base Station (BS), maka perlu ditentukan RxQual minimum untuk mendapatkan perfomansi sistem yang memadai. Pada Tugas Akhir ini, digunakan standar nilai RxQual seperti ditunjukkan pada Tabel 2.3 [7]. Tabel 2.3 Rentang Nilai RxQual Biru 0 s/d 2 db Sangat Baik Hijau 2 s/d 4 db Baik Kuning 4 s/d 6 db Buruk Merah 6 s/d 7 db Sangat Buruk 3. Speech Qualit Indicator (SQI) SQI dapat diartikan sebagai indikator kualitas suara dalam keadaan menelepon (dedicated mode). Nilai SQI ini berkisar antara -20 hingga 30. Semakin besar nilai SQI, semakin baik pula kualitas suara. Nilai SQI dihitung oleh TEMS secara otomatis yang di-update setiap 0.5 detik. SQI dihitung berdasarkan FER dan BER. Pada persamaan BER merupakan persamaan yang sama dengan RxQual diatas, kinerja pendekatan simulasi di atas adalah diselidiki oleh perbandingan dengan analisis batas pada FER. FER (Frame Error Rate) merupakan rata-rata kesalahan frame dalam satu detik. Nilai FER maksimum yang disyaratkan adalah 1%, jika suatu coverage memiliki FER lebih dari 1% akan mengakibatkan adanya drop call. Persamaan FER (Frame Error Rate) tersebut dapat dihitung dengan Persamaan 2.5 berikut : 16
FER =...(2.5) Untuk Komunikasi suara FER yang masih diijinkan adalah dalam kisaran 1% interference. Standar nilai SQI pada masing - masing provider berbeda - beda. Pada Tugas Akhir ini, digunakan standar nilai SQI seperti ditunjukkan pada Tabel 2.4 [7]. Tabel 2.4 Rentang Nilai SQI Biru Tua 20 s/d 30 Sangat Baik Biru Muda 4 s/d 20 Baik Hijau 3 s/d 4 Cukup Baik Kuning 1 s/d 2 Buruk Merah -20 s/d 0 Sangat Buruk 2.9.2 Parameter WCDMA Parameter yang harus diketahui pada jaringan WCDMA (generasi ketiga) adalah sebagai berikut : 1. Received Signal Code Power (RSCP) RSCP adalah kuat sinyal penerima yang menyatakan besarnya daya pada satu kode yang diterima oleh User Equipment (UE) yang merupakan salah satu parameter yang menentukan nilai Ec/No. Nilai RSCP merupakan suatu nilai yang menunjukkan level kekuatan sinyal. 17
Tidak ada standar yang ditetapkan untuk nilai RSCP. Setiap operator memiliki ambang yang berbeda-beda. Nilai RSCP yang digunakan pada Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Tabel 2.5 [7]. Tabel 2.5 Rentang Nilai RSCP Biru Tua -50 s/d -70 dbm Sangat Baik Biru Muda -70 s/d -80 dbm Baik Hijau -80 s/d -90 dbm Cukup Baik Kuning -90 s/d -100 dbm Buruk Merah -100 s/d -120 dbm Sangat Buruk 2. Energy Chip/Noise (Ec/No) Ec/No adalah rasio perbandingan antara energi yang dihasilkan dari sinyal pilot dengan total energi yang diterima. Ec/No juga menunjukkan level daya minimum (threshold) dimana MS masih bisa melakukan suatu panggilan. Rasio perbandingan antara energi yang dihasilkan dari setiap pilot dengan total energi yang diterima diberikan oleh Persamaan 2.6 berikut : RSCP = RSSI + Ec/No...(2.6) Dimana : Ec/No = Rasio perbandingan antara energi yang dihasilkan dari sinyal pilot dengan total energi yang diterima (db) 18
RSCP = Received Signal Code Power (dbm) RSSI = Receive Signal Strength Interference (dbm) Tidak ada standar yang ditetapkan untuk nilai Ec/No. Setiap operator memiliki ambang yang berbeda-beda. Nilai Ec/No yang digunakan pada Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Tabel 2.6 [7]. Tabel 2.6 Rentang Nilai Ec/No Biru Tua 0 s/d -6 db Sangat Baik Biru Muda -6 s/d -9 db Baik Hijau -9 s/d -12 db Cukup Baik Kuning -12 s/d -15 db Buruk Merah -15 s/d -25 db Sangat Buruk 3. Speech Quality Indicator (SQI) SQI dapat diartikan sebagai indikator kualitas suara dalam keadaan menelepon (dedicated mode). Nilai SQI ini berkisar antara -20 hingga 30. Semakin besar nilai SQI, semakin baik pula kualitas suara. Nilai SQI dihitung oleh TEMS secara otomatis yang di-update setiap 0.5 detik. SQI dihitung berdasarkan FER dan BER. Standar nilai SQI pada masing - masing provider berbeda - beda. Pada Tugas Akhir ini, digunakan standar nilai SQI seperti ditunjukkan pada Tabel 2.7 [7]. 19
Tabel 2.7 Rentang Nilai SQI Biru Tua 20 s/d 30 Sangat Baik Biru Muda 4 s/d 20 Baik Hijau 3 s/d 4 Cukup Baik Kuning 1 s/d 2 Buruk Merah -20 s/d 0 Sangat Buruk 4. Throughput Throughput adalah jumlah bit yang diterima dengan sukses perdetik melalui sebuah sistem atau media komunikasi (kemampuan sebenarnya suatu jaringan dalam melakukan pengiriman data). Throughput merupakan kecepatan (rate) transfer data efektif, yang diukur dalam bps. Troughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses yang diamati pada daerah tujuan (destination) selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Tugas Akhir ini, digunakan standar nilai Throughput ditunjukkan pada Tabel 2.8 [7]. Tabel 2.8 Rentang Nilai Throughput Biru Tua 3000 s/d 10000 Sangat Baik Biru Muda 1000 s/d 3000 Baik Hijau 500 s/d 1000 Cukup Baik Kuning 100 s/d 500 Buruk Merah 0 s/d 100 Sangat Buruk 20
2.9.3 Parameter LTE Parameter yang harus diketahui pada jaringan LTE (generasi keempat) adalah sebagai berikut : 1. Reference Signal Received Power (RSRP) RSRP adalah power dari sinyal reference atau kuat sinyal yang diterima dalam satuan dbm. Parameter ini adalah parameter yang spesifik pada drive test LTE dan digunakan oleh perangkat untuk menentukan titik handover. Pada teknologi GSM parameter ini bisa dianalogikan seperti RxLevel, sedangkan pada teknologi WCDMA dianalogikan seperti RSCP. Di bawah ini ditunjukkan rentang nilai RSRP yang digunakan pada suatu operator pada Tabel 2.9 [7]. Tabel 2.9 Rentang Nilai RSRP Biru Tua -50 s/d -70 dbm Sangat Baik Biru Muda -70 s/d -80 dbm Baik Hijau -80 s/d -90 dbm Cukup Baik Kuning -90 s/d -100 dbm Buruk Merah -100 s/d -120 dbm Sangat Buruk 2. Reference Signal Received Quality (RSRQ) RSRQ merupakan parameter yang menunjukkan kualitas sinyal pada cell tertentu yang digunakan untuk membandingkan antar candidate set berdasarkan 21
kualitas sinyalnya. Adapun rumus RSRQ dapat ditunjukkan pada Persamaan 2.7 berikut : RSRQ =...(2.7) operator [7]. Tabel 2.10 menunjukkan rentang nilai RSRQ yang digunakan pada suatu Tabel 2.10 Rentang Nilai RSRQ Biru Tua 0 s/d -6 db Sangat Baik Biru Muda -6 s/d -9 db Baik Hijau -9 s/d -12 db Cukup Baik Kuning -12 s/d -15 db Buruk Merah -15 s/d -25 db Sangat Buruk Dimana N merupakan jumlah Resource Block (RB) yang merupakan blok yang membawa simbol-simbol OFDM pada LTE carrier. RSRQ memiliki rentang nilai dari 0 db hingga -25 db. Sedangkan untuk nilai threshold yang digunakan sebagai performance indicator RSRQ yang dapat ditoleransi dalam jaringan tidak boleh lebih kecil dari pada -15 db. 22
3. Signal to Noise Ratio (SINR) background. SINR = S/(I+N) adalah perbandingan kuat sinyal terhadap noise S : Mengindikasikan daya dari sinyal yang diinginkan. I : Mengindikasikan daya dari sinyal yang diukur atau sinyal interferensi dari cellcell yang lain dan dari cell inter-rat. N : Mengindikasikan noise background, yang berkaitan dengan perhitungan bandwidth dan koefisien noise yang diterima. Pada teknologi GSM parameter ini bisa dianalogikan seperti RxQual, sedangkan pada teknologi WCDMA dianalogikan seperti EcNo. Tabel 2.11 menunjukkan range SINR yang digunakan pada suatu operator [7]. Tabel 2.11 Rentang Nilai SINR Biru Tua 20 s/d 30 Sangat Baik Biru Muda 4 s/d 20 Baik Hijau 3 s/d 4 Cukup Baik Kuning 1 s/d 2 Buruk Merah -20 s/d 0 Sangat Buruk 23
4. Throughput Throughput adalah jumlah bit yang diterima dengan sukses perdetik melalui sebuah sistem atau media komunikasi (kemampuan sebenarnya suatu jaringan dalam melakukan pengiriman data). Throughput merupakan kecepatan (rate) transfer data efektif, yang diukur dalam bps. Troughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses yang diamati pada daerah tujuan (destination) selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Persamaan throughput dapat dilihat pada Persamaan 2.8 berikut : Throughput =...(2.8) Tabel 2.12 menunjukkan rentang nilai Throughput yang digunakan pada suatu operator [7]. Tabel 2.12 Rentang Nilai Throughput Biru Tua 20 s/d 100 Sangat Baik Biru Muda 10 s/d 20 Baik Hijau 5 s/d 10 Cukup Baik Kuning 1 s/d 5 Buruk Merah 0 s/d 1 Sangat Buruk 24