BAB II
ASPEK TEKNIS JARINGAN GSM
2.1 STRUKTUR FRAME GSM
Sistem telekomunikasi GSM (Global System for Mobile communication) didasari oleh teknologi TDMA (Time Division Multiple Access), dimana sistem ini menggunakan dua buah kanal untuk traffic dan signaling yang terpisah satu sama lain berdasarkan atas waktu (time). Dasar pembagiannya adalah sebuah frekuensi carrier dibagi menjadi delapan time slot atau burst, dan tiap-tiap burst merupakan sebuah kanal tersendiri. Kedelapan kanal tersebut mempunyai masing-masing nomor time slot berdasarkan waktu untuk mentransmisikan atau menerima data. Struktur dari kedelapan burst disebut TDMA frame dan durasi dari TDMA Frame disebut periode burst.
Seperti diperlihatkan pada gambar 2.1, TDMA Frame akan berulang tiap waktu sehingga membentuk struktur frame yang dibutuhkan pada struktur kanal GSM. Terdapat dua buah Superframe yang berbeda dan akan berulang tiap waktu. 51 x 26 Superframe digunakan untuk time slot pada konfigurasi kanal traffic untuk mengirim dan menerima data seperti suara, data, atau fax, selanjutnya 26 x 51 Superframe digunakan untuk time slot pada konfigurasi kanal signaling atau Control Channel untuk komunikasi antara Mobile Station (MS) dan jaringan GSM dalam mengatur jaringan. Pada akhirnya Superframe-Superframe tersebut berulang membentuk sebuah Hyperframe yang merupakan struktur frame yang tertinggi di GSM.
Gambar 2.1 Struktur TDMA Frame
2.2 KANAL PHYSICAL
Kanal physical merupakan media yang digunakan untuk mengirimkan sejumlah informasi-informasi. Kanal-kanal logical pun dikirimkan melalui kanal physical tersebut, dimana kanal physical merupakan kanal dari frekuensi carrier yang mempunyai lebar spektrum sebesar 200 kHz, yang disebut juga ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number), dengan frekuensi range seperti pada tabel 2.1 sebagai berikut :
Tabel 2.1 Frekuensi GSM
Sebuah GSM RF carrier dapat menyediakan kanal untuk delapan MS secara bersamaan dengan menggunakan teknik TDMA. Kanal-kanal dari delapan kanal yang disediakan tersebut disebut time slot yang berupa kanal-kanal logical.
2.3 KANAL LOGICAL
Pada kanal logical terdapat dua buah grup utama, yaitu: Traffic Channel (TCH) dan Control Channel (CCH). Traffic Channel merupakan kanal yang akan mengirimkan atau menerima informasi yang berupa suara maupun data. Ada beberapa tipe TCH berdasarkan kecepatan data untuk mentransmisikan suara dan data, yaitu : Full Rate (TCH/FS), Full Rate EFR (TCH/EFR) dan Half Rate (TCH/HS). Kanal TCH menyediakan dua metode coding yang disebut Full Rate (FR) dan Enhance Full Rate (EFR). EFR menyediakan metode coding sinyal suara yang telah disempurnakan yang dapat memperbaiki kualitas suara dari coding Full Rate biasa dan menggunakan lebar spektrum yang sama.
Banyak informasi yang dikirimkan antara MS dan BTS, sehingga dibutuhkan berbagai macam kanal signaling untuk mengirimkan informasi- informasi tersebut. Kanal-kanal signaling tersebut dibagi menjadi tiga grup yang disebut Control Channel, yaitu: Broadcast Control Channel (BCCH), Common Control Channel (CCH) dan Dedicated Control Channel (DCCH). Struktur kanal baik TCH maupun CCH diperlihatkan pada gambar 2.2 sebagai berikut :
2.3.1 Broadcast Control Channel
Broadcast Control Channel (BCCH) merupakan kanal yang terdapat hanya pada arah downlink (dari BTS menuju MS). BCCH berisi informasi-informasi mengenai keadaan jaringan yang dikirimkan ke MS, seperti informasi cell yang sedang serving dan cell-cell sekeliling, yang dikirimkan secara kontinyu oleh BTS pada MS-MS di sekeliling cell yang sedang serving. Di dalam BCCH terdapat beberapa kanal logical yang berdasarkan fungsinya, yaitu:
a. Synchronization Channel (SCH), yang berisi informasi frame untuk keperluan sinkronisasi antara MS dan BTS.
b. Frequency Control Channel (FCH), yang menyediakan informasi untuk keperluan sinkronisasi frekuensi carrier.
2.3.2 Common Control Channel
Common Control Channel (CCCH) bertanggung jawab untuk mentransmisikan informasi untuk mengatur hubungan MS dengan BTS pada saat MS melakukan panggilan dan merespon panggilan. Di dalam CCCH terdapat beberapa kanal logical yang berdasarkan fungsinya, yaitu:
a. Random Access Channel (RACH) yang digunakan oleh MS untuk mengakses jaringan GSM atau merespon panggilan (arah uplink).
b. Paging Channel (PCH) dan Access Granted Channel (AGCH) beroperasi pada arah downlink. AGCH digunakan untuk menentukan resources untuk MS, seperti Stand-Alone Dedicated Control Channel (SDCCH) pada saat call setup, merespon panggilan atau Short Message Services (SMS). PCH digunakan saat sistem jaringan GSM memanggil MS.
c. Cell Broadcast Channel (CBCH) digunakan untuk mengirimkan message yang di-broadcast (arah downlink) pada seluruh MS disekitar cell, seperti contohnya informasi lokasi BTS yang sedang serving.
2.3.3 Dedicated Control Channel
Dedicated Control Channel (DCCH) dikirimkan pada setiap MS pada saat call setup dan validasi subscriber. Di dalam DCCH terdapat beberapa kanal logical yang dikirimkan bersamaan dengan DCCH, yaitu:
a. Stand-Alone Dedicated Control Channel (SDCCH) yang akan menyediakan kanal untuk mengirimkan data dari atau ke MS selama call setup, validasi, location area update dan Short Message Service.
b. Associated Control Channel (ACCH), berisi Slow ACCH yang digunakan untuk informasi pengukuran radio link, timing dan power control, Fast ACCH digunakan untuk mengirimkan informasi tipe event yang terjadi, seperti contoh, informasi handover. Keduanya baik SACCH dan FACCH beroperasi baik pada arah uplink maupun arah downlink.
2.4 KOMPONEN JARINGAN GSM
Komponen jaringan GSM dikelompokan menjadi empat bagian, yaitu Mobile Station (MS), Base Station System (BSS), Network Switching System (NSS), Operation and Maintenance System. Tiap komponen diilustrasikan oleh satu bagian saja, dimana pada kenyataannya komponen-komponen tersebut dapat terdiri dari banyak komponen, misalnya komponen BSS (Base Station System) yang terdiri dari banyak BTS-BTS, seperti yang terlihat pada gambar 2.3 dibawah ini:
Gambar 2.3 Komponen Jaringan GSM
2.4.1 Mobile Station (MS)
Mobile Station (MS) terdiri dua buah komponen yang saling berkaitan, yaitu Mobile Equipment (ME) yang mempunyai nomor identitas unik yang disimpan didalamnya, yang disebut International Mobile Equipment Identity (IMEI), dan sebuah kartu elektronik yang disebut Subscriber Identity Modul (SIM) yang disematkan pada ME. Kartu tersebut mengidentifikasikan subscriber dan menyediakan informasi lain yang berupa layanan-layanan yang dapat dipergunakan oleh subscriber. Identitas subscriber ini disebut International Mobile Subscriber Identity (IMSI). Tanpa SIM yang disematkan dalam ME, maka ME hanya akan dapat melakukan pembicaraan untuk Emergency Call saja.
2.4.2 Base Station System (BSS)
Base Station System (BSS) terdiri dari komponen digital dan komponen RF (Radio Frequency), yang berfungsi untuk menyediakan hubungan antara MS dan MSC (Mobile Service Switching Center).BSS berkomunikasi dengan MS menggunakan
digital air interface dan dengan MSC menggunakan link 2 Mbps. BSS terdiri dari tiga komponen perangkat keras utama, yaitu:
a. Base Transceiver Station (BTS)
BTS berfungsi menyediakan air interface untuk berkomunikasi dengan MS. Tiap BTS dapat menyediakan satu atau lebih jumlah cell. BTS tersebut menjalankan fungsinya dibawah control dari BSC (Base Station Controller). b. Base Station Controller (BSC)
BSC merupakan bagian utama yang berfungsi untuk mengontrol operasi BSS. Setiap informasi untuk operasi yang dibutuhkan BTS akan diterima melalui BSC. Di dalam BSC juga terdapat digital switching matrix yang digunakan untuk menghubungkan kanal radio pada air interface dengan kanal-kanal suara pada MSC.
c. Transcoder
Transcoder berfungsi untuk mengubah kanal suara atau data keluaran dari MSC, yaitu Pulse Code Modulation (PCM) 64 kBps menjadi bentuk yang telah dispesifikasi oleh standar GSM pada proses transmisinya melalui air interface. Pada Transcoder, besarnya kecepatan data bit diubah dari 64 kBps menjadi 16 kBps, maka terjadi kompresi data sebesar rasio 4:1 sebelum ditransmisikan pada air interface, dengan demikian efisiensi lebar spektrum frekuensi dapat dipertahankan.
2.4.3 Network Switching System (NSS)
Network Switching System (NSS) menjalankan fungsi switching utama pada jaringan GSM. Pada NSS juga berisi database yang digunakan oleh subscriber dan mobility management, dan juga berfungsi untuk mengatur komunikasi antar jaringan GSM dan jaringan telekomunikasi lain, seperti PSTN
(Public Switching Terminal Network). NSS terdiri dari beberapa komponen pendukung, sebagai berikut: Mobile Service Switching Center (MSC), Home Location Register (HLR), Visitor Location Register (VLR), Equipment Identity Register (EIR), Authentication Centre (AUC), Interworking Function(IWF) dan Echo Canceller (EC).
2.4.4 Operations and Maintenance System
Operation and Maintenance System menyediakan kapabilitas pengaturan jaringan GSM yang dapat dilakukan secara remote. Operation and Maintenance System terdiri dari dua bagian, yaitu;
a. Network Management Centre (MNC)
NMC secara hirarki merupakan single logical facility pada kedudukan hirarki yang teratas pada pengaturan jaringan GSM yang mempunyai kemampuan untuk membuat struktur secara hirarki dari regionalisasi sistem pengaturan jaringan GSM, dimana untuk keperluan network level akan disediakan oleh OMC sebagai pengatur jaringan regional.
b. Operation and Maintenance Centre (OMC)
OMC menyediakan pusat kontrol dan pemantau dari komponen jaringan yang lain (base station, switches, database atau yang lainnya). Terdapat dua tipe dari OMC, yaitu: OMC-R (Operation and Maintenance Centre - Radio) yang mengontrol BSS secara spesifik dan OMC-S (Operation and Maintenance Centre - Switching) yang mengontrol NSS secara spesifik.
2.5 FREQUENCY RE-USE
Jaringan GSM mempunyai beberapa kanal yang alokasi frekuensinya dibagi-bagi untuk beberapa operator. Untuk menyediakan cakupan pada keseluruhan area, sebuah operator seluler harus menggunakan kembali kanal frekuensi yang
ada, atau yang disebut re-use frequency, secara terus menerus hingga keseluruhan area terjangkau.
Perencanaan pola frekuensi re-use harus memperhatikan seberapa sering penggunaan frekuensi yang sama terjadi dan seberapa dekat jarak antar cell tersebut. Bila tidak maka interferensi yang berasal dari Co-Channel Interference (interferensi yang berasal dari kanal yang sama) dan Adjacent Channel Interference (interferensi yang berasal dari kanal yang bersebelahan) dapat terjadi. Ilustrasi mengenai frekuensi re-use dapat dilihat pada gambar 2.4 sebagai berikut:
Gambar 2.4 Ilustrasi frekuensi re-use
2.6 FREQUENCY HOPPING
Dalam kaitannya dengan frekuensi re-use yang mempunyai kemungkinan terjadinya interferensi, maka operator seluler dapat menggunakan teknik Frequency Hopping untuk merata-ratakan interferensi yang terjadi, sehingga dapat memperbaiki kualitas sinyal. Terdapat dua jenis Frequency Hopping pada BTS, yaitu Baseband Hopping dan RF Hopping (Synthesized Hopping).
2.6.1 Baseband Hopping
Pada baseband hopping, Radio Time Slot (RTSL) yang sedang digunakan MS pada satu transceiver (TRX) akan berpindah-pindah ke satu transceiver yang lain dengan nomor time slot yang tetap, sehingga komunikasi antara BTS dengan MS akan berganti-ganti frekuensi dengan jumlah perubahan frekuensi sesuai dengan jumlah transceiver, seperti yang dijelaskan pada gambar 2.5 sebagai berikut:
Gambar 2.5 Baseband hopping
2.6.2 Radio Frequency Hopping (RF Hopping)
Pada RF hopping (Synthesized Hopping), Radio Time Slot (RTSL) yang sedang digunakan MS pada satu transceiver (TRX) akan tetap pada TRX tersebut. Komunikasi antara BTS dengan MS berganti-ganti frekuensi dari perubahan frekuensi TRX pada tiap time slot ke frekuensi yang diatur sesuai dengan algoritma Frequency Hopping. Jumlah dari frekuensi yang digunakan untuk hopping adalah maksimum hingga 63 buah [2]. Ilustrasi RF hopping dijelaskan pada gambar 2.6 sebagai berikut:
Gambar 2.6 RF hopping
2.7 Drive Test
Drive test menurut teminologinya adalah pengukuran signal yang dilakukan untuk menguji performansi suatu cell site atau BTS Tertentu. Peruntukan drive test ini digunakan untuk optimasi jaringan dengan terlebih dahulu mempertimbangkan banyak factor lainnya sebagai bahan pertimbangan. Drive test secara umumnya merupakan tes indicator yang mendeteksi suatu terminal dicover oleh cell site mana, kemudian deteksi receive signal level, serta beberapa varian data lainnya yang digabungkan dengan perangkat GPS sebagi pendeteksi keberadaan terminal uji tersebut. Yang kemudian dari perangkat GPS tersebut bisa dipetakan dengan menggunakan Mapinfo atau software bantu pemetaan yang lainnya. Drive test sendiri bisa dilakukan melalui 2 langkah: Tes pengujian outdoor (untuk cell site 2G maupun 3G), dan Drive test indoor (IBC rollout). Keduanya memiliki outputan yang sama dengan parameter yang tidak jauh berbeda. Hanya mapping pemetaan saja yang dikalibrasi berdasar lokasi dilakukan pengujian drive test.
Adapun parameter2 yang biasa digunakan antara lain: 1. RxLev
Adalah Nilai RSL yang diterima oleh suatu terminal, atau Tingkat kuat level sinyal penerima di MS (rentang dalam minus dB), makin besar minus dB makin lemah, parameter skala Rx Lev antara -47 dBm hingga -110 dBm (Bila menunjukan angka lebih besar dari 85 dBm excellent, 92 hingga 85 good,
-105 hingga -92 cukup dan kurang dari --105 buruk. Untuk operator Indosat range RxLevel yang digunakan adalah sebagai berikut :
Tabel 2.2 Range RxLevel Operator Indosat
2. RxQual
Adalah nilai kualitas sinyal dinotasikan dalamg range kualitas sinyal penerima di MS (rentang skala 0-7), makin besar makin buruk. Untuk operator Indosat range RxQual yang digunakan adalah sebagai berikut :
Tabel 2.3 Range RxQual Operator Indosat
3. BCCH ( Broadcast Control Channel )
Adalah setting frekuensi yang digunakan dalam GSM untuk downlink BTS ke MS (berkisar 890MHz-915MHz untuk yang GSM 900, dan frekuensi 2100 untuk cell 3G atau UMTS). Berikut alokasi Frekuensi untuk operator di Indonesia.
Tabel 2.5 Alokasi frekuensi pita GSM1800 di Indonesia
4. ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel)
Adalah sebutan kanal yang digunakan untuk mewakili berapa nilai dari frekuensi. Sebagai contoh: disebut ARFCN BCCH nya 16 , artinya angka 16 itu dikonversi menjadi nilai MHz tadi.
Tabel 2.6 Mapping frekuensi GSM900 MHz - Nomor Kanal ARFCN Operator GSM Indonesia
Tabel 2.7 Mapping frekuensi GSM1800 MHz - Nomor Kanal ARFCN Operator GSM Indonesia
5. SQI (Speech Quality Indicator)
Adalah Indikator kualitas suara dalam keadaan dedicated atau menelepon dengan rentang -20 s.d 30, makin besar makin baik. Untuk operator Indosat range RxQual yang digunakan adalah sebagai berikut :
Tabel 2.8 Range SQI Operator Indosat
6. CGI terdiri atas :
a) MCC (Mobile Country Code)
Adalah Nomor indentitas Negara dari STBS GSM b) MNC (Mobile Network Code)
Adalah Nomor indentitas dari suatu STBS GSM yang berada dalam suatu negara.
c) LAC (Local Area Code)
Adalah Indentitas dari suatu wilayah lokasi yang ada dalam suatu STBS GSM
d) CI (Cell Id)
Adalah pengkodean suatu wilayah.
7. BSIC (Base Station Identity Code)
Adalah kode yang membedakan antar BTS terutama BTS-BTS yang mempunyai BCCH ARFCN yang sama (dalam reuse frekuensi). BSIC merupakan kombinasi dari NCC (Network Colour Code) dan BCC (Base Station Colour Code). Range NCC 0-7 dan range BCC 0-7.
8. TA (Timing Advance)
Adalah jarak antar MS dengan BTS (rentang dari 0-8), makin besar nilainya makin jauh
9. Speech Codec
Adalah indikator speech codec yang dialami oleh MS. Terdiri dari EFR (Enhanced Full Rate), HR (Half Rate), FR (Full Rate) maupun Adaptive Multi Rate (AMR-FR & AMR-HR).
Gambar 2.8 Tampilan Tems Investigation 8.0 Data Collection
2.8 Drop Call
Adalah suatu kondisi dimana pembicaraan yang sedang berlangsung terputus sebelum pembicaraan tersebut selesai (panggilan yang terputus setelah kanal bicara digunakan). Dropped call menunjukkan jumlah abnormal disconnection pada saat call setup atau selama pembicaraan. Dari sudut pelanggan, dropped call yang paling serius adalah dropped call yang menginterupsi pada saat pembicaraan sedang berlangsung, contohnya adalah dropped call pada TCH (traffic channel).
Secara umum Drop Call dapat terjadi karena beberapa faktor diantaranya adalah : 1. Drop call yang terjadi karena lemahnya sinyal yang diterima
2. Drop call yang terjadi karena tidak adanya sel tetangga
3. Drop call yang terjadi karena buruknya kualitas sinyal yang diterima 4. Drop call yang terjadi karena adanya Interferensi
