BAB II
SISTEM KOMUNIASI BERGERAK
2.1 Sistem GSM
GSM adalah sebuah sistem telekomunikasi terbuka dan berkembang secara pesat dan konstan. Keunggulan utamanya adalah kemampuannya untuk internasional roaming.. Dengan GSM satelit roaming, pelayanan juga dapat mencapai daerah-daerah yang terpencil.
GSM merupakan sistem yang sangat modern karena disamping sarat akan teknologi ternyata sistem ini bekerja dengan mengaplikasikan sistem elektronika secara maksimal. Hal ini bisa diindikasikan dengan kemampuan sistem ini untuk membagi suatu kawassan dalam beberapa sel/wilayah yang kecil. Hal ini yang digunakan untuk memastikan bahwa frekuensi dapat meluas sehingga mencapai kesemua bagian pada kawasan tertentu sehingga beberapa pengguna dapat menggunakan telepon seluler mereka secara bersama tanpa adanya jeda pada saat berbicara yang membuat suara menjadi terputus-putus. [3]
Gambar 2.1 Perbandingan penggambaran heksagonal dan lingkaran
Jika sel digambarkan dalam bentuk lingkaran dan lainnya maka penggambaran sel yang satu dengan yang lainnya tidak akan dapat saling bersinggungan dengan sempurna. Pada sistem sel GSM ini, semua daerah dapat dicakup tanpa adanya batas sel yang satu dengan yang lainnya, sehingga kurva heksagonal lebih mewakili karena cakupan area dapat tergambarkan dengan rapi serta mencakup keseluruhan area. Setiap sel terbagi dalam beberapa sektor atau area individu untuk efisiensi cakupan area secara keseluruhan sehingga tidak terjadi adanya blank spot.
Sistem GSM berbeda dengan generasi pertama dalam sistem tanpa kabel, karena GSM memakai teknologi digital dan metode transmisi Time Division Multiple Access (TDMA). Voice atau suara di encode secara digital melalui sebuah encoder unik, yang kemudian mengemulasi karakteristik dari pembicaraan manusia. Metode transmisi ini membuat rasio data/informasi sangat efisien.
GSM 1900. Jalur pengembangan ke teknologi 3G (Third Generation) sudah sangat jelas yaitu membawa kemungkinan-kemungkinan penggunaan data dan multimedia secara canggih. Standar GSM akan terus berkembang dengan system wireless, satellite dan cordless yang menawarkan jasa pelayanan yang lebih banyak, seperti kecepatan tinggi dalam transmisi, jasa transmisi data multimedia dan integrasi dengan internet. Di Indonesia frekuensi yang digunakan oleh provider-provider jaringan adalah 900 Mhz dan 1800 Mhz. Alokasi frekuensi GSM dapat dilihat pada Tabel 2.1.[5]
Tabel 2.1 Alokasi Frekuensi pada GSM
Frekuensi pada Up-link digunakan pada sinyal yang dipancarkan dari Mobile Station (MS) ke Base Tranceiver Station (BTS), dan Down-link digunakan pada sinyal yang diierima dari Base Tranceiver Station (BTS) ke Mobile Station (MS). Satu kanal frekuensi digunakan untuk satu sektor atau cell pada BTS, dan jarak perkanal sebesar 200 Khz. Penggunaan kanal tersebut biasa disebut dengan Frecuency Carriers. Sedangkan perangkat pada BTS untuk memancarkan dan menerima sinyal pada setiap kanal GSM (Uplink - Downlink) disebut dengan Tranceivers (TRx). [6]
Services Uplink Downlink
GSM 900 890 – 915 Mhz 935 – 960 Mhz
2.1. Arsitektur GSM
Dengan semakin meningkatnya permintaan pelayanan telepon bergerak serta tingkat kepadatan pelayanan per-area yang tinggi, teknologi. Hal ini merupakan gambaran tinggi dan pesatnya kebutuhan jasa telekomunikasi seluler. Kecenderungan ini harus dapat diatasi dengan cepat oleh para operator seluler di Indonesia. Upaya yang harus dilakukan adalah meningkatkan kualitas dan meningkatkan kapasitas dan kualitas network. Arsitektur jaringan seluler terdiri atas perangkat yang saling mendukung diantaranya area BSS, area NSS, dan area OSS. [7]
Dalam area Base Station System (BSS) terdapat beberapa komponen,
diantaranya :
1. Mobile Station (MS)
Perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk dapat memperoleh
layanan komunikasi bergerak. MS dilengkapi dengan sebuah smart
card yang dikenal dengan SIM (Subscriber Identity Module) card yang
berisi nomor identitas pelanggan..
2. Base Transceiver Station (BTS)
Perangkat pemancar (Transceiver) dan penerima (Receiver) yang
memberikan pelayanan radio kepada Mobile Station (MS). Alat ini
berfungsi sebagai interkoneksi antara infrastruktur sistem seluler
dengan Out Station. BTS harus selalu memonitor Out Station yang
masuk atuapun yang keluar dari sel BTS tersebut. Luas jangkauan dari
gedung tinggi. BTS sangat berperan dalam menjaga kualitas GSM,
terutama dalam hal frekuensi hopping dan antena diversity.
3. Base Station Controller (BSC)
Perangkat yang membawahi beberapa BTS dan mengatur trafik yang
datang dan pergi dari BSC menuju MSC atau BTS. BSC sangat
diperlukan untuk mengatur perpindahan Out Station dari satu BTS ke
BTS lainnya. Perpindahan area ditentukan oleh beda kekuatan sinyal
antara dua BTS overlapping.
Arsitektur BSS GSM dapat dilihat pada Gambar 2.2
Gambar 2.2 Arsitektur GSM Base Station Subsystem
Network Switching System (NSS) berfungsi sebagai switching pada
jaringan seluler, memanajemen jaringan, dan sebagai interface dengan jaringan
1. Mobile Switching Center (MSC), yaitu merupakan unit pusat pada NSS yang mengontrol trafik semua BSC. MSC merupakan inti dari
jaringan seluler, dan berperan untuk interkoneksi pembicaraan, baik
antar pelanggan seluler maupun antar seluler dengan jaringan telepon
kabel, atau dengan jaringan data.
2. Home Location Register (HLR), yaitu merupakan database yang digunakan untuk menyimpan data-data pelanggan. HLR bertindak
sebagai pusat informasi pelanggan yang setiap waktu akan diperlukan
oleh VLR untuk merealisasi terjadinya komunikasi pembicaraan, VLR
selalu berhubungan dengan HLR dan memberikan informasi posisi
pelanggan berada.
3. Authentication Center (AuC), yaitu unit yang menyediakan parameter
autentikasi yang memeriksa identitas pemakai dan memastikan
kemantapan dari setiap call. Disamping itu AuC berfungsi untuk
menghindarkan adanya pihak ketiga yang secara tidak sah mencoba
untuk menyadap pembicaraan. Dengan fasilitas ini maka kerugian
yang dialami pelanggan sistem seluler analog saat ini akibat banyaknya
usaha memparalel tidak mungkin terjadi lagi pada GSM. Sebelum
proses penyambungan switching dilaksanakan, sistem akan memeriksa
terlebih dahulu untuk pelanggan yang akan melakukan panggilan
adalah pelanggan yang sah atau bukan. Karena fungsinya yang sangat
penting maka Operator seluler harus dapat menjaga keamanannya agar
4. Visitor Location Register (VLR), yaitu merupakan database yang memiliki informasi pelanggan sementara yang diperlukan oleh MSC
untuk melayani pelanggan yang berkunjung dari area lain. Adanya
informasi mengenai pelanggan dalam VLR memungkinkan MSC
untuk melakukan hubungan baik panggilan masuk ataupun panggilan
keluar. VLR bertindak sebagai basis data pelanggan yang bersifat
dinamis, karena selalu berubah setiap waktu menyesuaikan dengan
pelanggan yang memasuki atau berpindah MSC. Data yang tersimpan
dalam VLR secara otomatis akan selalu berubah mengikuti pergerakan
pelanggan. Dengan demikian akan dapat dimonitor secara terus
menerus posisi pelanggan, dalam hal ini akan memungkinkan MSC
untuk melakukan interkoneksi pembicaraan dengan pembicara yang
lain, VLR selalu berhubungan secara intensif dengan HLR yang
berfungsi sebagai sumber data pelanggan.
Komponen-komponen BSS dan NSS terhubung seperti ditunjukan pada Gambar
Gambar 2.3 Arsitektur GSM Network Switching System
Operation and Support System (OSS) terdiri dari beberapa OMC (Operation
Maintenance Centers). Kemudian OSS itu sendiri memiliki tiga fungsi utama,
yaitu :
1. Memelihara semua perangkat telekomunikasi dan operasi jaringan.
2. Memanajemen semua prosedur billing.
3. Memanajemen semua perangkat mobile dalam sistem.
Gambar 2.4 Arsitektur GSM Operation and Support System
2.2 Konsep Kanal GSM
Tiap slot waktu pada frame TDMA disebut physical channel. Karena itu ada 8 kanal fisik tiap frekuensi pembawa dalam GSM. Kanal fisik dapat mengakomodasi pembicaraan, data, atau informasi pensinyalan. Kanal fisik dapat membawa informasi berbeda, tergantung dari informasi yang baru dikirimkan. Informasi tersebut disebut sebagai logical channel. Kanal logika terdiri atas 2 kanal utama yaitu control channellel (CCH) dan traffic channel (TCH).
2.2.1 Control Channel (CCH)
signaling Channel terdiri atas 3 jenis, yaitu Broadcast Control Channel (BCCH), Common Control Channel (CCCH), dan Dedicated Control Channel (DCCH). 2.2.1.1 Broadcast Control Channel (BCCH)
BCCH ini digunakan untuk sinkronisasi, mengirimkan specific data dari BTS ke MS yang bekerja pada Down Link (signaling dari BTS ke MS), dan berfungsi mengendalikan hubungan saat MS idle atau dalam keadaan standby. BCCH berisi informasi penting untuk MS termasuk identitas local area, informasi sinkronisasi, dan identitas jaringan. BCCH terdiri dari 3 jenis kanal yang memiliki fungsi spesifikasi, yaitu : Frequency Correction Channel (FCCH), Syncrhronization Channel (SCH), Broadcast Control Channel (BCCH), dan Cell Broadcast Channel (CBCH).
1. FCCH (Frequency Correction Channel)
Arahnya downlink, point to multipoin. Pada BTS memancarkan frekuensi pembawa. Pada MS mengidentifikasi frekuensi pembawa BCCH dengan frekuensi pembawa dan sinkronisasi denganfrekuensi. Bertugas pula untuk mengawasi ketepatan frekuensi agar dapat berkomunikasi dengan MS.
2. SCH (Synchronization Channel)
Arahnya downlink, point to multipoin. pada BTS memancarkan informasi tentang strutur frame TDMA pada sel dan Base Station Identity Code (BSIC). Pada MS mensinkronisasi dengan struktur frame dan mendekodekan mengenali BSIC.
Arahnya downlink, poin to multipoin. pada BTS memancarkan informasi sel umum, seperti : location area identity (LAI). Daya keluaran maksimum yang diperbolehkan di sel, dan identitas frekuensi pembawa BCCH pada sel tetangga. Pada MS menerima LAI, Mengeset daya keluarannya, dan menerima data frekuensi pembawa BCCH sel tetangga untuk persiapan handover. Berisi informasi dimana MS membutuhkan referensi untuk cell mana akan ditempatkan.
4. CBCH (Cell Broadcast Channel)
Memiliki arah downlink. Pada BTS menggunakan kanal logika untuk mengirim SMS cell broadcast. Pada MS menerima pesan call broadcast tersebut.
2.2.1.2. Common Control Channel (CCCH)
CCCH ini memiliki fungsi mengendalikan hubungan pada saat MS bersiap melakukan atau menerima panggilan (frequency up link dan down link). CCCH terdiri dari 4 jenis kanal yang memiliki fungsi spesifikasi, yaitu : Paging Channel (PCH), Notification Channel (NCH), Random Acces Channel (RACH), dan Access Grant Channel (AGCH).
1. PCH (Paging Channel)
nomor yang dipanggil adalah nomor MS tersebut, maka MS tersebut akan merespon.
2. NCH (Notification Channel)
Arahnya downlink. NCH ini mempunyai tugas untuk menotifikasi MS pada voice group dan voice broadcast call.
3. RACH (Random Access Channel)
Arahnya uplink. Pada BTS menerima permintaan kanal pensinyalan dari MS yang digunakan untuk call set up. Pada MS menjawab pesan paging dengan meminta kanal pensinyalan.
4. AGCH (Access Grant Channel)
Arahnya downlink. Pada BTS menugaskan Stand Alone Dedicate Control Channel (SDCCH) untuk MS. Pada MS menerima pesan penugasan SDCCH.
2.2.1.2Dedicate Control Channel (DCCH)
Mempunyai fungsi untuk mengendalikan hubungan pada saat MS melakukan atau mengendalikan hubungan pada saat MS melakukan atau menerima proses panggilan. DCCH terdiri atas 4 jenis kanal yang memiliki fungsi spesifikasi, yaitu : Stand Alone Dedicated Control Channel (SDCCH), Slow Associated Control Channel (SACCH), dan Fast Associated Control Channel (FACCH).
1. SDCCH (Stand Alone Dedicated Control Channel )
SDCCH juga digunakan untuk mengirimkan SMS. Pada saat MS berpindah ke SDCCH, terjadi proses call set-up. MS menerima informasi TCH yang berupa time slot dan carrier. Authentication dan fungsi signaling juga dilakukan oleh channel ini.
2. SACCH (Slow Associated Control Channel)
memiliki arah uplink dan downlink. Pada BTS menugaskan MS daya pemancar yang digunakan dan memberikan instruksi tentang timing advance. Pada MS melakukan pengukuran daya BTS, dan BTS sekitarnya tentang kualitas sinyal, fungsi ini dilakukan terus menerus selama pembicaraan. Pada BTS, informasi spesifik network ditransmisikan menggunakan SACCH, menjaga MS agar selalu up to date pada tiap perubahan parameter cell.
3. FACCH (Fast Associated Control Channel)
Memiliki arah uplink dan down link. FACCH ini akan diaktifkan pada saat memerlukan penambahan signaling pada situasi mendesak, seperti pada saat handover. Pada BTS memancarkan informasi handover. Pada MS memancarkan informasi handover yang penting. 2.2.2 Traffic Channel (TCH)
Setelah prosedur call set up selesai pada kanal fisik kontrol, maka MS akan berpindah ke kanal fisik trafik. MS akan menggunakan kanal logika TCH. Ada dua tipe TCH :
2. TCH kecepatan menengah (half rate) yang memancarkan kecepatan 6,5 kbps. TCH kecepatan menengah, dapat berbagi satu buah kanal fisik dengan menggandakan kapasitas sel.
Sistem yang paling baik kapasitas ke suaranya, diantara kedua sistem di atas yaitu TCH dengan kecepatan penuh.
2.3 Coverage Area
Suatu antena akan mempunyai daya pancar yang terbatas dan mempunyai
daerah/kawasan tertentu. Coverage area merupakan suatu daerah atau area
geografis yang telah ditetapkan sebagai cakupan area layanan kepada pengguna
yang dapat dijangkau oleh antena untuk memancarkan dan menangkap suatu
sinyal.
Daerah ini dapat ditentukan oleh kekuatan daya pancar antena, semakin bagus
kualitas dan daya pancar antena maka coverage area semakin besar. Pada sistem
GSM jangkauan antena dapat digambarkan dengan sistem heksagonal, sehingga
secara global dapat tergambar seperti sarang lebah, hal ini yang akan menjadikan
dasar penyebaran Base Station. Untuk membuat daya pancar maksimal maka
posisi antena dibuat dengan jarak tertentu, hal ini dilakukan untuk mengurangi
interferensi diantara BTS. Setiap antena dibuat dengan sistem sebar 360°, ini
dimaksudkan untuk mengurangi daerah tanpa sinyal. Keterbatasan sinyal dan
coverage area yang sempit membuat pembicaraan melemah hal itu sering terjadi
pada tepi daerah dengan indikasi no-signal pada layar sebuah telepon seluler.
dan sebalikya frekuensi yang kecil akan memperluas area jangkauan signal.
Secara umum BTS menggunakan antena 3 sektor seperti pada Gambar 2.5. [3]
Gambar 2.5 Coverage area dengan BTS 3 sektor
2.4. Frekuensi Reuse
Terbatasnya spektrum frekuensi yang dapat digunakan pada system
komunikasi bergerak menyebabkan penggunaan spektrum frekuensi tersebut harus
seefisien mungkin. Oleh karena itu diterapkan konsep frekuensi reuse yaitu
penggunaan kembali frekuensi yang sama pada suatu sel atau pengulangan
frekuensi yang sama pada area yang berbeda di luar jangkauan interferensinya.
Beberapa hal yang mendasari atau melatar belakangi pola frekuensi reuse,
diantaranya :
1. Keterbatasan alokasi frekuensi
2. Keterbatasan area cakupan cell (coverage area).
3. Menaikkan jumlah kanal.
4. Membentuk cluster yang berisi beberapa cell.
Teknologi GSM sangat bergantung pada jaringan sel-sel yang terdistribusi.
Setiap sel site mempunyai antena sendiri dan peralatan radio yang lain dengan menggunakan daya yang rendah dan berkomunikasi secara bergerak. Pada setiap sel digunakan frekuensi yang sama dan diatur pula untuk digunakan di sel yang lain, akan tetapi setiap sel yang mempunyai frekuensi sama tersebut diberikan jarak ruang yang jauh untuk mengurangi interferensi. Oleh karena itu pada sistem sel ini, frekuensi yang sama dapat digunakan beberapa kali.
Pada Gambar 2.6 dapat dilihat penggunaan ulang kanal frekuensi, pada Sel a yang menggunakan kanal radio f1 mempunyai radius R dapat digunakan ulang pada sel yang berbeda dengan jangkauan yang sama pada jarak D dari sel yang sebelumnya seperti pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Konsep Frekuensi Reuse
Sedangkan jarak pemisah relatif terhadap radius sel dinyatakan dengan D/R dinyatakan pada persamaan 2.1.[3]
D/ R = (2.1)
Keterangan :
D = Jarak antara BS dengan BS yang lain R = Radius sel
Konsep frequency reuse dapat meningkatkan efisiensi pada penggunaan spektrum frekuensi, akan tetapi harus diikuti dengan pola tertentu dan teratur agar tidak terjadi interferensi kanal. Pada frequency reuse, penggunaan kanal tidak tergantung pada frekuensi pembawa yang sama untuk beberapa wilayah cakupan. Konsep frequency reuse dapat dilihat pada Gambar 2.7. [2]
.
. Gambar 2.7 Reuse Frequency
Setiap Base Station (BTS) akan mengatur daya keluaran untuk
memberikan kecukupan sinyal tenaga pada seluruh sirkuit dan mengatur untuk
tidak terlalu tinggi sehingga akan meluas pada sel yang lain. Setiap sel mewakili
pengaturan kanal yang berbeda-beda pada frekuensi yang sama. Pada sistem GSM
setiap sel akan dibagi pada sebuah kanal. Hal ini bertujuan untuk mengurangi
gangguan saat penggunaan frekuensi yang sama dalam sistem tersebut. Sel dapat
diperluas cakupannya dengan menambah sel baru dan mengatur arah sektornya.
Sel terbagi lagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil atau disebut
dengan istilah split cell, akan tetapi membagi sel tidak berarti memecah
membutuhkan biaya yang relatif besar. Dengan adanya pembagian sel ini akan
menambah kapasitas jalur pada daerah yang mempunyai permintaan sinyal yang
tinggi seperti pada Gambar 2.8. [6]
Gambar 2.8 Split Cell area Urban/Perkotaan
Layanan jaringan GSM dicakup oleh beberapa sel-sel yang berukuran
kecil, cakupan sinyal dalam sel ini terdiri atas dua jenis :
1. Omnidirectional (azimuthally) yaitu satu site BTS terdapat satu antena.
2. Sectored yaitu dalam satu site BTS menggunakan 3 antena sektorial
dengan arah ideal per sektor 120°.
Setiap sektor mempunyai Radio Frequency (RF) sebagai frekuensi
pembawa informasi (Frequncy Carrier). Frequency carrier ini mengidentifikasi
dua buah frekuensi yang berlainan, yaitu downlink dan uplink. Kedua frekuensi ini
Handover merupakan suatu keadaan perpindahan sinyal dari sel yang satu ke sel yang lainnya pada suatu sistem seluler yang dilakukan secara otomatis. Hal ini merupakan unsur utama dalam jarinan nirkabel karea merupakan hal yang sangat penting dalam proses perpindahan sinyal demi kelancaran komunikasi. Proses handover dapat dilihat pada Gambar 2.9. [3]
Gambar 2.9 Proses terjadinya Handover/Hand off (use a call)
Base Station (BS) tersebut, sehingga kualitas sinyal akan lebih baik. Pemindahan ini dilakukan secara otomatis dan sangat cepat sehingga pengguna tidak merasa bahwa telah dilakukan pemindahan frekuensi ke Base station (BS) baru yang terdekat. [3]
Beberapa hal yang menyebabkan terjadinya handover antara lain : 1. Kualitas penerimaan (Received quality)
2. Level penerimaan (Received level) 3. Jarak (MS – BTS distance)
4. Power Budget (Better cell)
Tiga penyebab yang pertama dikenal dengan Mandatory/Imperative Causes dalam arti jika salah satu dari tiga penyebab tersebut terjadi, maka handover sangat diperlukan untuk mempertahankan/menjaga hubungan. Hal ini mungkin terjadi karena Mobile Station (MS) bergerak meninggalkan coverage area dari sel yang melayani (intercell handover) atau karena adanya interferensi yang kuat dari sel lain yang menggunakan kanal frekuensi sama (intracell handover).
Faktor penyebab yang keempat adalah optional handover dalam arti jika kualitas link didalam serving cell masih cukup bagus namun cell tetangga mempunyai level terima yang lebih baik, maka akan terjadi handover ke sel yang lebih baik. Walaupun hal ini kurang penting, tetapi berguna untuk meningkatkan performansi jaringan secara keseluruhan.
1. Rescue handover adalah handover yang dilakukan untuk menghindari panggilan yang hilang saat Mobile Station (MS) meninggalkan daerah cakupan. Rescue handover dapat juga disebut emergency handover.
2. Confinement handover adalah handover yang berdasarkan kualitas sel tetangga yang lebih baik, walaupun kualitas sinyal hubungan saat itu masih memadai. Dapat juga disebut sebagai better cell handover.
3. Traffic handover adalah handover yang dilakukan karena sel setempat mengalami kepadatan yang tinggi sedangkan sel tetangga mempunyai banyak kanal bebas. Dengan traffic handover akan didapatkan keseimbangan trafik.
Intracell Handover yaitu pemindahan informasi yang dikirim dari satu kanal ke kanal yang lain pada sel yang sama karena terjadi gangguan interferensi. Intracell Handover dapat dilihat pada pada Gambar 2.10
Gambar 2.10 Intracell Handover
Gambar 2.11 Intra-BSS Handover
Intra – MSC Handover yaitu handover yang terjadi dalam sebuah MSC, BTS lama dan BTS baru berada dibawah sebuah MSC tapi dikendalikan oleh BSC yang berbeda seperti pada Gambar 2.12
Inter – MSC Handover yaitu handover antar dua MSC, BTS lama dan BTS baru berada pada MSC area yang berbeda seperti pada Gambar 2.13
Gambar 2.13 Inter-MSC Handover
2.6. Blocking
Gambar 2.14 Proses terjadinya Block Call
Blocking terjadi karena tingginya jumlah panggilan yang tidak sebanding dengan jumlah kanal yang tersedia. Terdapat 3 jenis blocking, diantaranya :
a. Blocking call setup, yaitu terjadinya banyak percobaan pengulangan melakukan panggilan
b. Blocking kanal suara, yaitu jika panggilan datang sebagian tidak dapat dilayani karena tidak mendapatkan kanal suara, evaluasi pada cell site. c. Blocking End-Office, yaitu trunk panggilan dari MSC ke end-office
mulai meningkat dan jumlah terhubung ke end-office menjadi tidak mencukupi.
2.7. Switching
peralatan-setiap peralatan yang membutuhkan komunikasi akan disambungkan secara manual, seperti cordboard switch pada sistem tradisional. Proses switching pada jaringan seluler GSM adalah memerintahkan setiap sel yang kualitas sinyalnya paling baik untuk melakukan handover. Switching dikendalikan secara otomatis oleh setiap BSC dan MSC untuk masing-masing sel yang uplink maupun downlink sehingga proses handover bisa berjalan dengan lancar. [5]
