frequency reuse 1. frequency reuse

1.4 Parameter Dasar komunikasi selular

2.4.1 frequency reuse 1. frequency reuse

frequency reuse adalah Frequency Reuse adalah penggunaan ulang sebuah frekuensi pada suatu sel, dimana frekuensi tersebut sebelumnya sudah digunakan pada satu atau beberapa sel lainnya. Terbatasnya spektrum frekuensi yang dapat digunakan pada sistem komunikasi bergerak menyebabkan penggunaan spektrum frekuensi tersebut harus seefisien mungkin. Jarak antara 2 sel yang menggunakan frekuensi yang sama ini harus diatur sedemikian rupa sehingga tidak akan mengakibatkan interferensi.

Latar belakang penerapan frequency reuse ini adalah karena adanya keterbatasan resource frekuensi yang dapat digunakan, sedangkan kebutuhan akan ketersedian coverage area yang lebih luas terus meningkat. Maka agar coverage area baru dapat diwujudkan, dibuatlah sel-sel baru dengan menggunakan frekuensi yang sudah pernah digunakan sebelumnya oleh sel lain. Gambar di bawah ini menunjukan pemetaan geographis penggunaan freukensi pada beberapa sel, dimana digunakan mekanisme frequency reuse.

24 Gambar 2.5 frekuensi reuse menggunakan 7 cell

Konsep selular adalah konsep frekuensi reuse. walaupun ada ratusan kanal yang tersedia, bila setiap frekuensi hanya digunakan oleh satu sel, maka total kapasitas sistem akan sama dengan total jumlah kanal. Dalam penggunaan kembali kanal frekuensi diusahakan agar daya pemancar masing masing BS tidak terlalu besar, hal ini untuk menghindari adanya interferensi akibat pemakaian kanal yang sama Interferensi Co-Channel). Jarak minumum frekuensi reuse yang diperbolehkan ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu jumlah sel yang melakukan frekuensi reuse, bentuk geografis suatu wilayah, tinggi antena, dan besarnya daya pemancar pada masing masing base station.

25 Gambar 2.7 frekuensi reuse

Dalam hal ini jarak minimum frequency reuse dapat dicari dengan rumus pendekatan teori sel hexsagonal, yaitu :

𝐷

𝑅= √3𝐾 (9)

dimana :

D = Jarak minimum sel yang menggunakan kanal frekuensi yang sama. R = Radius sel, dihitung dari pusat sel ke titik terjauh dalam sel. K = Banyaknya sel per kelompok / pola sel / pola frequency reuse. Pola frequency reuse pada sistem selular diperlihatkan gambar. Pengaturan pola tersebut harus sebaik mungkin, hal ini untuk menghindari interferensi akibat adanya penggunaan kanal yang berdekatan (Interferensi Adjacent Channel) dan interferensi co-channel.

2. Konsep kluster

 Kluster adalah sekelompok sel yang masing-masing selnya memiliki 1 set frekuensi yang berbeda dengan sel yang lain .

 Ukuran kluster ( dilambangkan = K, sering juga dilambangkan = N ) adalah jumlah sel yang terdapat dalam 1 kluster.

Contoh : K=3 artinya terdapat 3 sel dalam 1 kluster K=4 artinya terdapat 4 sel dalam 1 kluster

26 Gambar 2.8 contoh kluster 3 cell dan 4 cell

Lalui sejauh i sel dari sel referensi sepanjang rantai heksagonalnya ( garis lurus yang menghubungkan dua pusat sel), lalu berputar 60 berlawanan dengan arah jarum jam,kemudian lalui sepanjang j sel pada arah tersebut. Pada posisiakhir disitulah letak freq. reuse nya.

Gambar 2.9 frekuensi reuse 𝑍2= 𝑖2+ 𝑗2− 2𝑖𝑗. 𝑐𝑜𝑠1200

𝑍2= 𝑖2+ 𝑗2− 2𝑖𝑗. (0,5)

𝑍2 = 𝑖2+ 𝑗2− 𝑖𝑗 (10) 𝑍2 ≅ 𝐾 (𝐾 = 𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑐𝑙𝑢𝑠𝑡𝑒𝑟)

27 Gambar 2.10 contoh kaidah penentuan nomor K=7

2.4.2 HandOff

Pada komunikasi seluler, istilah handoff merupakan proses transfer suatu ongoing call atau data session dari suatu kanal yang terhubung dalam satu inti jaringan ke kanal lain. Pada komunikasi satelit, istilah tersebut diartikan pengalihan tanggung jawab kontrol satelit dari satu stasiun bumi k stasiun yg lain tanpa kesalahan (loss) atau interupsi layanan. Istilah British English untuk panggilan seluler adalah handover, yang terminologinya berstandar 3GPP yang berasal dari teknologi Eropa seperti GSM dan UMTS.

gambar 2.11 proses terjadinya handoff penyebebab HO sel :

28 - RF kriteria ( RF level dan kualitas Hubungan)

- Network Kriteria (masalah trafik load) Jenis HO :

a. Internal HO ( dikendalikan oleh BSC)

 Intra-cell Ho : pemindahan hubungan ke kanal yang berbeda pada satu BTS yang sama  Inter-cell HO : pemindahan hubungan antar BTS yang berbeda dalam satu BSC b. External HO ( dikendalikan oleh MSC)

 MSC intra HO : pemindahan hubungan yang terjadi antar BSc dalam satu MSC  _{MSC inter HO : perpindahan hubungan antar 2 MSC yang berbeda}

Untuk menjelaskan klasifikasi di atas mengenai inter-cell dan intra-cell handoff, dapat pula dibagi menjadi hard dan soft handoff:

• Hard handoff adalah suatu metode dimana kanal pada sel sumber dilepaskan dan setelah itu baru menyambung dengan sel tujuan. Sehingga koneksi dengan sel sumber terputus sebelum menyambung dengan sel target – untuk alasan tersebut hard handoff juga dikenal dengan sebutan “break-before-make”. Hard handoff dimaksudkan untuk meminimalkan gangguan panggilan secara instan. Suatu hard handoff dilakukan oleh jaringan selama panggilan berlangsung.

• Soft handoff adalah suatu metode dimana kanal pada sel sumber tetap tersambung dengan user sementara secara paralel juga menghubungi kanal pada sel target. Pada kasus ini, sambungan ke target harus berhasil dahulu sebelum memutus sambungan dengan sel sumber, karena itulah soft handoff juga disebut “make-before-break”. Interval selama terjadinya dua sambungan dilakukan secara paralel bisa saja singkat maupun substansial (tergantung kondisi yang memungkinkan). Karena alasan inilah soft handoff dapat dilakukan dengan koneksi lebih dari satu sel, misalnya koneksi dengan tiga sel, empat atau lebih, semua dapat dilakukan oleh telepon dalam satu waktu. Ketika panggilan dalam keadaan soft handoff, sinyal yang terbaik dari semua penggunaan kanal dapat dimanfaatkan untuk panggilan pada saat itu atau semua sinyal dikombinasikan agar dapat menghasilkan duplikat sinyal yang lebih baik. Kemudian yang lebih menguntungkan adalah, ketika kedua performa dikombinasikan pada downlink (forward link) dan uplink (reverse link) maka handoff tersebut menjadi lebih halus (softer). Softer handoff dapat dilakukan apabila sel yang mengalami handoff berada dalam satu situs sel.

29 Kegunaan dari hard handoff adalah apabila terjadi suatu keadaan dimana suatu panggilan hanya menggunakan satu kanal. Hard handoff dilakukan secara singkat dan seringkali tidak dirasakan oleh pengguna. Pada sistem analog bisa saja terdengar seperti bunyi “klik” atau “beep” yang sangat singkat, sedangkan pada sistem digital hal ini hampir tidak terasa. Keuntungan lain dari hard handoff adalah perangkat telepon tidak memerlukan kemampuan untuk menerima dua atau lebih kanal secara paralel, sehingga lebih murah dan sederhana. Namun hal ini juga memiliki kekurangan, yaitu tingkat keberhasilan yang rendah dimana kerap kali terjadi panggilan putus atau terganggu. Teknologi yang mendukung hard handoff biasanya memiliki prosedur atau tata cara untuk menstabilkan koneksi dari sel sumber apabila koneksi ke sel target tidak dapat dilakukan (gagal). Namun sayangnya proses stabilisasi ulang ulang ini tak selalu berhasil (pada beberapa kasus panggilan akan terputus) dan bahkan memungkinkan pula prosedur tersebut justru mengakibatkan putusnya sambungan.

Sementara itu, keunggulan dari soft handoff adalah, sambungan pada sel sumber hanya akan terputus ketika sudah tersambung dengan sel target sehingga kemungkinan putusnya panggilan lebih rendah. Namun, keunggulan yang lebih besar adalah pemeliharaan kanal yang secara simultan pada banyak sel dan panggilan hanya bisa gagal apabila kanal terinterferensi atau mengalami pemudaran (fade) pada waktu yang bersamaan. Fading dan interferensi pada kanal yang berbeda tidak saling berhubungan, sehingga kemungkinan terjadi dalam waktu yang bersamaan dalam kanal sangatlah kecil. Sehingga kehandalan koneksi meningkat apabila panggilan menggunakan soft handoff. Karena pada suatu jaringan seluler, mayoritas handoff terjadi pada tempat-tempat yang tidak terlingkupi dengan baik, dimana panggilan (secara frekuentif) menjadi tidak dapat diandalkan ketika kanal mengalami interferensi atau fading, soft handoff membawa peningkatan yang signifikan untuk peningkatan kehandalan dari sel dengan tidak menggabungkan interferensi dan fading dalam satu kanal. Namun keunggulan ini berdampak pada makin kompleksnya perangkat keras dalam telepon, yang harus dapat digunakan untuk memproses beberapa kanal secara paralel. Harga lain yang harus dibayar adalah beberapa kanal dalam jaringan harus disediakan untuk satu panggilan. Hal ini mengurangi jumlah kanal yang bebas sehingga mengurangi kapasitas jaringan. Dengan menyesuaikan durasi selama handoff dan ukuran dari area yang ditangani, teknisi jaringan dapat menyeimbangkan manfaat dari kehandalan panggilan ekstra untuk melawan harga (konsekuensi) dari pengurangan kapasitas.

IMPLEMENTASI HANDOFF

Realisasi praktis dari soft handoff pada jaringan seluler adalah menambahkan daftar sel target yang potensial, yang dapat digunakan untuk pengalihan panggilan dari sel target. Sel target yang potensial disebut tetangga (neighbour) dan daftarnya disebut neighbour list. Pembuatan list untuk sel yang diberikan tidak dilakukan secara dengan mudah dan menggunakan perangkat komputer khusus. Mereka mengimplementasikan algoritma yang berbeda dan bisa digunakan untuk input data dari

30 daerah pengukuran atau dari prediksi komputer dari propagasi gelombang radio pada area yang dilingkupi sel.

Selama terjadinya panggilan, satu atau lebih parameter sinyal pada kanal sumber dimonitor dan dinilai untuk diputuskan kapan handoff dibutuhkan. Arah downlink (forward link) dan/atau uplink (reverse link) juga dimonitor. Handoff bisa saja diminta oleh telepon atau oleh BTS dari sel sumber tersebut dan pada beberapa sistem oleh BTS terhadap neighbouring cell. Telepon dan BTS dari neighbouring cell saling memonitor sinyal satu sama lain dan calon target terbaik dipilih di antara sel dalam neighbouring cell. Pada beberapa sistem, terutama yang berbasis CDMA, calon target juga bisa dipilih dari sel yang tidak berada di dalam neighbouring list. Setelah proses tersebut selesai maka selesai pula usaha untuk mengurangi interferensi selama efek “near-far”.

Co-channel interference

Interferensi co-channel merupakan fungsi dari parameter q yang didefinisikan sebagai:

q = ^𝐷_𝑅 (11)

dimana:

D = jarak antara sel-sel yang menggunakan frekuensi yang sama

R = radius selNilai q disebut faktor pengurangan interferensi co-channel (co-channel reductionfactor) dapat ditentukan untuk setiap level dari perbandingan sinyal terhadapinterferensi yang diinginkan.

Co-channel interface atau CCI disebabkan oleh sel yg menggunakan frekuensi Yg sama, Dimana sel ini disebut sbg sel co-channel. CCI ini tidak dapat dihilangkan dgn memperbesar daya pembawa di pemancar. Ini karena, bila daya dinaikkan maka akan menaikkan daya Interferensi yg berasal dari sel co-channel. Untuk menghilangkan pengaruh interferensi, maka Jarak sel co-channel harus dipisahkan sedemikian sehingga secara fisik tidak terpengaruh oleh propogasi gelombang.

31 CCI tidak dipengaruhi oleh daya pemancar tetapi merupakan fungsi jari-jari sel, R dan jarak Sel co-channel, D. Parameter co-channel reuse, Q di definisikan sebagai perbandingan D/R

Yang dinyatakan sebagai :

Q = D / R = √3𝑁 (12)

Semakin besar Q, maka semakin besar jarak sel co-channel yg akan mengurangi pengaruh Interferensi. Nilai Q yg besar juga akan meningkatkan kualitas transmisi disebabkan dgn Mengecilnya level co-channel interference. Nilai Q yg kecil menyebabkan kapasitas sistem Meningkat karena ukuran cluster menjadi kecil.

Tabel co-chanel reuse ratio untuk value dari N Cluster Size (N) Co-channel Reuse ratio (Q)

I=1,j=1 3 3

I=1,j=2 7 4.58

I=2,j=2 12 6

I=1,j=3 13 6.24

Perbandingan sinyal terhadap interfernce atau signal to interference ratio (SIR) dinyatakan ;

𝑆

𝐼 = ^𝑆

∑𝑖0 𝐼𝑖 𝑖=1

(12)

Seperti telah diketahui bahwa daya yg diterima oleh suatu receiver akan semakin turun dgn makin jauh jarak receiver dari transmitter. Dapat di katakan untuk daya yg disebabkan oleh Suatu sumber penginterferensi pada komunikasi seluler sebanding dgn jarak sebagai D-n,

Dimana n adalah faktor rugirugi propogasi (2<n<5). Untuk jumlah kanal penyebab interferensi I=6, didapat nilai SIR sebagai :

𝑆 𝐼 = ∑ (^𝐷𝑘 𝑅)^−𝑛 1 𝑖 𝑘=1 (13) Adjacent-channel interference

Adjacent-channel interference (ACI) merupakan gangguan yang disebabkan oleh asing kekuatan dari sinyal dalam saluran yang berdekatan . ACI dapat disebabkan oleh penyaringan tidak memadai (seperti penyaringan yang tidak lengkap tidak diinginkan modulasi produk dalam FM sistem), tidak benar tala atau kontrol frekuensi miskin (dalam saluran referensi, saluran mengganggu atau keduanya). ACI dibedakan dari crosstalk .

32 1.5 Propagasi radio

Pemodelan kanal propagasi tergantung kepada benda-benda diantara pengirim dan penerima, frekuensi gelombang dan bandwidth informasi yang dikirimkan, gerakan pengirim dan atau penerima. Pada sistem komunikasi umumnya lingkungan mempunyai profile irregular terrain dengan jumlah obstacle yang tidak tertentu, berupa pohon, gedung dll. Sehingga pantulan, difraksi, dan hamburan sangat berpengaruh terhadap propagasi gelombang radio, pengaruhnya bervariasi tergantung pada kondisi lingkungan system tersebut. Pemodelan kanal propagasi dibedakan menjadi tiga bagian yaitu : a. Propagasi Free Space

Diasumsikan propagasi hanya terjadi pada satu lintasan dan tidak terjadi refleksi serta zona ke-1 Fresnell harus bebas halangan. Free Space Loss terjadi akibat adanya penyebaran daya yang diradiasikan oleh antena transmitter. Faktor yang mempengaruhi adalah frekuensi dan jarak lintasan gelombang.

Model propagasi free space digunakan untuk memprediksi Free Space Loss, dengan asumsi bahwa lingkungan antara pemancar dan penerima adalah clear, tanpa obstacle yang berarti sistem tersebut LOS. Model ini hanya valid untuk daerah yang merupakan medan jauh (far field) terhadap pemancar, dimana daerah medan jauh didefinisikan oleh Fraunhofer daerah minimal memenuhi :

(14)

Free Space Loss didefinisikan sebagai rugi-rugi propagasi di ruang bebas antara dua antena isotropis, dimana pengaruh permukaan tanah dan atmosfer diabaikan.

Persamaan Loss Free Space

LFS = 32,5 + 20 log FMHZ + 20 log dKM (15)

LFS = 92,5+20 log FGHZ + 20 log dKM (16)

33 Teori Fresnel sebenarnya cukup kompleks tetapi cukup mudah dipahami berawal dari prinsip Huygens bahwa setiap titik dari barisan gelombang adalah tempat berawalnya gelombang sirkular, dan kita juga mengetahui bahwa pancaran gelombang mikro akan melebar saat meninggalkan antenna dan jika gelombang pada satu frekuensi akan saling berinteferen sisatu denganl ainya.

Dari prinsip diatas Teori Fresnel zone melihat garis lurus antara A dan B, dan ruang di sekitar garis lurus tersebut untuk melihat apa yang akan terjadi pada saat sinyal sampai di B. Beberapa gelombang akan merambat langsung dari A ke B, beberapa lainnya akan merambat keluar garis lurus. Akibatnya jalur yang di tempuh menjadi lebih panjang, hal ini menimbulkan perbedaan fasa antara sinyal yang langsung dengan yang tidak langsung. Pada saat perbedaan fasa adalah satu panjang gelombang, kita akan melihat interferensi konstruktif sinyal pada dasarnya bertambah. Melihat kondisi ini dan menghitung, kita akan melihat adanya daerah lingkaran sekitar garis lurus antara A dan B yang akan berkontribusi terhadap sinyal yang tiba di titik B.

Gambar 2.6 Fresnel Zone

Pada gambar diatas Fresnel Zone akan di blok pada hubungan ini walaupun jika dilihat secara kasat mata gambar tersebut tampak LOS atau tidak ada hambatan.

Daerah Fresnel atau Fresnel zone adalah tempat kedudukan titik sinyal tidak langsung yang berbentuk ellips dalam lintasan propagasi gelombang radio dimana daerah tersebut dibatasi oleh gelombang tak langsung (indirect signal) dan mempunyai beda panjang lintasan dengan sinyal langsung sebesar kelipatan ½λ atau 2 kali ½λ. Jika sinyal langsung dan tak langsung berbeda panjang lintasan sebesar ½λ, maka kedua sinyal tersebut akan berbeda fasa 180º, artiny akedua sinyal tersebut akan saling melemahkan. Fresnel pertama merupakan daerah yang mempunyai fading multipath terbesar, sehingga diusahakan untuk daerah Fresnel pertama dijaga agar tidak dihalangi oleh obstacle. Secara matematis daerah Fresnel didekati dengan rumus sebagai berikut:

34

𝐹𝑛 = 17.3√^{𝑛×𝑑1×𝑑2}_𝑓×𝐷 (17)

Dimana :

Fn = jarak lintasan tertentu terhadap lintasan LOS(m) n = daerah frekuensi ke n

d1 = jarak ujung linatasan (pemancar/penerima) kepenghalang (km) d2 =jarak ujung lintasan lain (pemancar/penerima )kepenghalang (km) f = frekuensi (GHz)

D = d1+d2

Path Loss suatu sistem bisa didekati nilainya dengan persamaan Loss Free Space, jika daerah jari – jari Freshnel I sistem tersebut bebas dari obstacle.

Untuk perhitungan pathloss berdasarkan link budget calculation dapat digunakan diagram level berikut :

Gambar 2.7 Diagram level

Persamaan Path Loss berdasarkan link budget

sehingga

P RX = P TX – L FTX G ⁺ TX – LP + G RX – L FRX

LP = P

35

b. Shadowing

Propagasi shadowing terjadi ketika suatu lintasan yang menghubungkan Tx dan Rx pada zona ke-1 fresnell terdapat obstacle yang bercelah seperti pepohonan, sehingga akan terjadi refleksi.

c. Blocking

Propagasi blocking terjadi ketika suatu lintasan yang menghubungkan Tx dan Rx pada zona ke-1 fresnell terdapat obstacle yang kokoh seperti gedung,bukit,dll, sehingga akan terjadi refleksi.

1.6 Fading

Fading merupakan karakterisktik utama dalam propagasi radio bergerak. Fading didefinisikan sebagai fluktuasi daya di penerima. Fading terjadi karena interferensi atau superposisi gelombang multipath yang memiliki amplitudo dan fasa yang berbeda-beda. Pada umumnya, sinyal yang diterima pada titik penerima adalah jumlah dari sinyal langsung dan sejumlah sinyal terpantul dari berbagai obyek. Pada komunikasi mobile, refleksi akan disebabkan oleh :

•

Permukaan tanah

•

Bangunan-bangunan

•

Obyek bergerak berupa kendaraan

Gelombang pantul akan berubah magnitude dan fasanya, tergantung dari koefisien refleksi, lintasannya, dan juga tergantung pada sudut datangnya. Jadi, antara sinyal langsung dan sinyal pantulan akan berbeda dalam hal :

•

Amplitudo, tergantung dari magnitude koefisien refleksi

•

Phasa, yang tergantung pada perubahan fasa refleksi serta pada perbedaan jarak tempuh antara gelombang langsung dan gelombang pantul

Kondisi terburuk terjadi saat gelombang langsung dan gelombang pantul memiliki magnituda yang sama serta berbeda fasa 180o. Pada kondisi yang demikian, terjadi saling menghilangkan antara gelombang langsung dan pantulnya (complete cancellation). Sedangkan kondisi terbaik dicapai jika gelombang langsung dan gelombang pantul memiliki fasa yang sama atau kelipatan dari 360o (In

Phase Combination).

2.6.1 Jenis Fading