BAB II DASAR TEORI 2.1 Arsitektur Jaringan GSM

BAB II

DASAR TEORI

2.1 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

Komponen-komponen pada jaringan GSM tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:

2.2 Fungsi Komponen Jaringan GSM

Berikut adalah bagian-bagian/komponen dari jaringan GSM yang membentuk arsitektur jaringan GSM :

• Base Transceiver Station (BTS)

BTS merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio kepada Mobile Station (MS). Dalam BTS terdapat kanal trafik dan kanal kontrol yang digunakan untuk komunikasi.

• Base Station Controller (BSC)

BSC merupakan pusat kontrol sejumlah BTS yang berada di bawahnya yang mengatur trafik antara MSC dan BTS, mengatur sumber radio dalam pemberian frekuensi untuk setiap BTS dan mengatur handover ketika mobile station melewati batas antar sel.

• Mobile Switching Center (MSC)

MSC didesain sebagai switch ISDN (Integrated Service Digital Network) yang dimodifikasi untuk aplikasi seluler. MSC juga dapat menghubungkan jaringan seluler dengan jaringan fixed.

• Home Location Register (HLR)

HLR merupakan database yang berisi data pelanggan yang tetap. Data tersebut diantaranya fitur-fitur pelanggan, serta informasi mengenai lokasi terakhir (update) keberadaan pelanggan melalui proses location updating secara reguler.

• Authentication Center (AuC)

AuC berisi database yang menyimpan informasi rahasia yang disimpan dalam bentuk format kode. AuC digunakan untuk authentication penggunaan jaringan yang sah dan mencegah semua pelanggan yang melakukan kecurangan.

• Visitor Location Register (VLR)

VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai pelanggan, terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada cakupan area suatu MSC.

• Operation and Maintance Center (OMC)

OMC sebagai pusat pengontrolan operasi dan pemeliharaan jaringan. Fungsi utamanya mengawasi alarm perangkat dan perbaikan terhadap kesalahan operasi.

• Mobile Station (MS)

MS merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. MS dilengkapi dengan sebuah smartcard yang dikenal dengan SIM (Subscriber Identity Module) yang berisi nomor identitas pelanggan.

2.3 Struktur Kanal dan Multiple Access

• 907,5 MHz - 915 MHz untuk uplink GSM • 952,5 MHz – 960 MHz untuk down link GSM • 1710 MHz -17 17,5 MHz untuk uplink DCS 1800 • 1805 MHz -1812,5 MHz untuk down link DCS 1800 2.3.1 Kanal Fisik

Pada air interface GSM menggunakan teknik multiplexing TDMA. Sistem FDD dalam GSM membagi bandwidth uplink dan downlink masing-masing menjadi 124 kanal. Sedangkan untuk DCS 1800 terbagi menjadi 374 kanal. Dengan lebar setiap kanalnya 200 KHz. Setiap kanal menempati time slot dengan durasi 576,9 µs maka untuk 8 time slot yang disebut sebagai frame memiliki durasi 4,615 ms. Selama percakapan suara yang telah dikodekan menjadi bit-bit akan dikirimkan setiap 4,615 ms secara periodik. 2.3.2 Logical Channel

Kanal logika membawa informasi pelanggan dan kontrol data pensinyalan. Kanal-kanal logika yang berbeda memiliki tugas yang berbeda. Sebagian besar dari informasi yang ditransimisikan antara MS dan BTS, umumnya berisi informasi pelanggan (berupa suara atau data) dan kontrol data pensinyalan. Kanal logika digambarkan kedalam beberapa kanal fisik (time slots).

Gambar 2.2 Kanal Logika GSM[NAH03]

Kanal logika terdiri atas :

1. Kanal Trafik (TCH : traffic channel) 2. Kanal Kontrol (CCH : control channel) 2.3.2.1 Traffic Channel

Kanal Trafik (TCH) dapat membawa suara atau data untuk layanan komunikasinya. TCH dibagi menjadi dua jenis yaitu full rate channel dengan bit rate 13 Kbps dan half rate channel dengan bit rate 6,5 Kbps. Sedangkan untuk komunikasi data, bit rate transmisinya 300 – 9600 bps.

Perbedaan dari beberapa tipe kanal trafik adalah sebagai berikut : Full rate: TCH/FS : Speech ( 13 Kbps, 22,8 Kbps)

TCH/F9.6 : 9.6 Kbps – data TCH/F4.8 : 4.8 Kbps – data TCH/F2.4 : 2.4 Kbps – data Half rate: TCH/HS : Speech (6.5 Kbps, 11.6 Kbps)

TCH.H4.8 : 4.8 Kbps – data TCH/H2.4 : 2.4 Kbps – data

Gambar 2.3 Traffic Channel (TCH) [NAH03]

2.3.2.2 Control Channels (CCH)

Kanal kontrol terdapat kanal signalling digunakan untuk komunikasi antara perangkat jaringan agar komunikasi pelangan dapat berlangsung dengan baik.Control channels (CCH) terdiri dari tiga tipe, yaitu :

1. Broadcast Channel (BCH)

2. Common Control Channel (CCCH) 3. Dedicated Control Channel (DCCH)

Gamba r 2.4 Control Channels (CCH)[NAH03]

Broadcast Channel (BCH)

BCH terdiri dari tiga tipe, yaitu : Frequency Correction Channel (FCCH), Synchronization Channel (SCH) dan Broadcast Control Channel (BCCH).

1. Frequency Correction Channel (FCCH) digunakan untuk mengidentifikasi frekuensi BCCH, sinkronisasi frekuensi MS.

2. Synchronization Channel (SCH) digunakan untuk sinkronisasi frame (waktu), mengidentifikasi sel tetangga (untuk handover).

3. Broadcast Control Channel (BCCH) merupakan kanal penyimpan informasi sistem, antara lain : identitas sel, parameter sel, konfigurasi kanal, frekuensi sel, frekuensi broadcast dari sel tetangga.

Common Control Channel (CCCH)

CCH terdiri dari tiga tipe, yaitu:

1. Paging Channel (PCH), digunakan untuk kanal panggilan oleh BTS ke MS dan suatu kanal downlink.

2. Random Access Channel (RACH), digunakan MS untuk meminta Dedicated Control Channel (DCCH) dan suatu kanal uplink.

CCH Control Channel BCH Downlink Only BCCH Sync Channel DCCH SDCCH ACCH SCH FCCH CCCH FACCH SACCH RACH Uplink downlinkCBCH PCH/AGCH downlink

3. Access Grant Channel (AGCH), digunakan BTS untuk meminta Dedicated Control Channel (DCCH) dan suatu kanal downlink.

Dedicated Control Channel (DCCH)

DCCH dibagi menjadi tiga:

1. SACCH selalu berhubungan dengan TCH dan SDCCH, laporan pengukuran kontrol daya MS dan penyesuai waktu, SMS (layanan pesan singkat).

2. FACCH berhubungan dengan TCH, digunakan untuk transimisi beberapa perintah handover. 3. SDCCH berhubungan dengan pensinyalan call setup, SMS (layanan pesan singkat), Location Update

2.4 Handover

Handover merupakan peristiwa pemindahan kanal suara yang digunakan oleh pelanggan bergerak (mobile), selama dia mengadakan panggilan sehingga tidak terjadi pemutusan hubungan selama panggilan.

Menurut pergerakan MS maka proses handover dapat dibagi[NAH03]:

1. Intra BSC handover.

2. Inter BSC / Intra MSC handover. 3. Inter MSC handover.

2.5 Frekuensi Hopping

Frequency hopping adalah teknik lama yang dikenalkan pertama kali dalam sistem transmisi militer untuk menjamin kerahasiaan komunikasi dan gangguan perang. Filosofi frequency hopping sesederhana mengubah frekuensi yang digunakan dalam transmisi pada intrerval tertentu. Frequency hopping dimasukkan dalam spesifikasi GSM terutama untuk mengatasi 2 masalah spesifik yang mempengaruhi kualitas transmisi[3]_:

a. Fading: kemampuan mengatasi fading akan meningkat dengan memanfaatkan frekuensi secara selektif karena dengan menggunakan frekuensi yang berbeda kemungkinan untuk terus terpengaruh fading dapat dikurangi. Oleh karena itu kualitas hubungan transmisi dapat ditingkatkan. Karakteristik ini biasa disebut Frequency Diversity.

b. Interferensi : gangguan yang terjadi disebabkan adanya sinyal lain yang frekuensinya sama. Untuk menghindari agar tidak terus menerus menggunakan frekuensi yang terinterferensi tsb, digunakan metode frequency hopping, yaitu selama pembicaraan, pelanggan akan menggunakan frekuensi yang berbeda-beda sehingga dapat memberikan akibat akumulasi interferensi yang tidak sama dan biasa disebut interference Diversity.

2.5.1 Baseband Hopping

Pada Baseband Frequency Hopping, aliran data dihop dari TRX satu ke TRX yang lain sesuai dengan urutan hopping yang ditentukan tiap 577 s. Data dihop melalui time slot yang sama ke frekuensi yang lain. Karena masing-masing TRX bekerja pada frekuensi tetap, jumlah frekuensi yang dapat dihop ditentukan oleh jumlah TRX. Timeslot pertama BCCH tidak diikutsertakan dalam urutan hopping. Hal ini dapat digambarkan pada Gambar 2.5

! ! " # # ! ! ! $ $" ! " " % ##

& $ " " % ##

Gambar 2.5 Base Band Hopping[NOK98]

2.5.2 Synthesizer Frequency Hopping

Pada synthesizer frequency hopping, aliran data dihop ke frekuensi yang berbeda dalam TRX yang sama dan timeslot yang sama pula tiap 577 s. Jumlah TRX akan ditentukan oleh trafik yang harus dilayani. Berdasarkan spesifikasi GSM, jumlah frekuensi yang dapat dihop dalam satu TRX maksimal sebanyak 63 buah. Namun hal ini tergantung kemampuan operator menyediakan frekuensi pada kisaran jumlah tersebut.

Keuntungan dari tipe ini adalah jumlah frekuensi yang dapat digunakan untuk hopping tidak tergantung pada jumlah TRX sehingga memungkinkan untuk melakukan hopping melalui banyak frekuensi meskipun hanya ada sedikit TRX yang terpasang.

Gambar 2.6 Synthesizer Frequency Hopping [NOK98]

2.5.3 Algoritma Hopping a. Cyclic Frequency Hopping

Dalam cyclic frequency hopping, frekuensi yang digunakan harus secara berurutan. Sebagai contoh, deretan untuk cyclic frequency hopping antara 4 frekuensi adalah sebagai berikut:

…, f4, f1,f2, f3, f4, f1, f2, f3, f4,…

Suatu deret cyclic ditentukan dengan menentukan parameter HSN menjadi 0. Urutan frekuensi yang digunakan dari yang terendah sampai yang tertinggi, lalu kembali ke yang terendah, begitu selanjutnya.

b. Random Frequency Hopping

Random frequncy hopping diimplementasikan sebagai deret pseudorandom. Terdapat 63 urutan-urutan yang telah didefinisikan dalam GSM, yang dipilih berdasarkan parameter HSN yang ditentukan untuk sel yang bersangkutan. Ketika tipe hoping ini digunakan dengan menggunakan empat buah frekuensi, urutan hopingnya akan terlihat seperti dibawah ini:

…., f1, f3, f2, f4, f3, f2, f4, f1, …

Pada base station yang menggunakan frequency hoping ini, semua TRX diberikan HSN yang sama, sesuai dengan jenis hoping yang digunakan. Untuk mencegah terjadinya interferensi diantara TRX, tiap transceiver diberikan MAIO yang berbeda saat dikonfigurasi, karena dua buah transceiver yang menggunakan frekuensi yang sama namun dengan MAIO yang berbeda tidak akan pernah menggunakan frekuensi yang sama secara simultan.

Call drop adalah keadaan dimana pembicaraan yang sedang berlangsung terputus sebelum pembicaraan tersebut selesai. Call drop ini menyebabkan ketidaknyamanan dalam penggunaan layanan komunikasi bergerak. Faktor–faktor penyebab timbulnya call drop antara lain:

1. Rugi-rugi Radio Frequency (RF Loss)

2. Interferensi Co-channel dan Adjacent-Channel 3. Handover Failure

2.5.4.1 Rugi-rugi Radio Frequency

RF Loss merupakan redaman propagasi yang disebabkan oleh penggunaan radio frekuensi. RF Loss mengakibatkan call drop yang biasanya terjadi di pinggiran sel dimana sinyal pancar (uplink) dari MS tidak dapat diterima oleh BTS atau level terimanya dibawah threshold terima dari BTS. RF Loss disebabkan oleh beberapa gangguan, yaitu :

a. Loss Lintasan

Terjadi pada saat sinyal yang diterima oleh MS semakin melemah sesuai dengan bertambahnya jarak antara MS dengan BTS. Secara umum loss propagasi yang disebabkan oleh loss lintasan diperlihatkan oleh rumus berikut[UK201] _:

(

)

2

/

4

1

c

df

P

P

Rx Tx

π

=

……….(2.5) Dimana:

c : cepat rambat cahaya (m/det) d : jarak lintasan (m)

f : frekuensi (Hz) PTx : daya transmisi (watt)

PRx : daya terima (watt)

b. Noise

Noise adalah sinyal yang tidak diinginkan yang selalu ada dalam setiap sistem transmisi, yang mengakibatkan turunnya kualitas sinyal informasi.

c. Fading

Fading adalah variasi sinyal terima setiap saat yang didefinisikan sebagai fungsi dari phasa, polarisasi, dan level sinyal terima. Fading terjadi akibat proses propagasi dari gelombang radio, meliputi pembiasan, pantulan, hamburan, redaman, dan ducting. Pengaruh fading terhadap sinyal terima dapat memperkuat ataupun memperlemah, tergantung besar phasa dari sinyal resultan antara sinyal langsung dan sinyal tak langsung.

d. Dispersi waktu

Dispersi waktu terjadi karena ada sinyal refleksi/pantulan dari objek yang jaraknya jauh. Hal ini akan menyulitkan pada sisi penerima untuk mengetahui sinyal mana sebenarnya yang

merupakan sinyal langsung. Kondisi ini dapat diatasi dengan memasang perangkat equalizer. Lingkungan yang menyebabkan dispersi waktu adalah :

- pengunungan dan perbukitan - danau dan pinggiran yang curam

- bangunan tinggi yang mengandung metal 2.5.4.2 Interferensi Co-channel dan Adjacent-Channel

Co-channel terjadi apabila ada dua kanal komunikasi atau lebih menggunakan frekuensi yang sama. Jika, masing-masing antena memiliki daerah cakupan sinyal dengan jari-jari R dan jarak antar dua sel co-channel adalah D, maka dapat ditentukan parameter interferensi co-co-channel-nya, yaitu[UK201] _:

R

D

q

=

………..(2.6)

Nilai q ini disebut factor reduksi co-channel, dapat digunakan dalam berbagai sinyal interferensi. Oleh karena itu perancangan antena yang baik untuk konfigurasi site dengan area yang luas harus didasarkan pada faktor reduksi co-channel. Interferensi co-channel digunakan untuk menentukan harga parameter C/I (carrier to interference ratio)

Interferensi adjacent-channel adalah interferensi antar kanal yang berdekatan. Hal ini terjadi karena bandwidth frekuensi kerja suatu kanal terlampau lebar dan kemudian menimbulkan overlapping, sehingga mengganggu kanal yang berdekatan.

Untuk sistem GSM, C/I yang diperbolehkan untuk interferensi co-channel minimal sebesar 12 dB, sedangkan interferensi adjacent-channel sebesar 4 dB. Pengaruh dari kedua interferensi tersebut dapat menyebabkan rusaknya kualitas suara. Jika C/I kurang dari threshold (co-channel 12 dB dan adjacent-channel 4 dB) maka kualitas suara akan rusak menyebabkan terjadinya call drop.

2.5.4.3 Handover failure

Handover failure adalah kegagalan handover dimana MS tidak bisa melakukan handover atau pindah sel baru. Akibat handover failure ini, MS akan tetap dipegang oleh sel lama sampai pembicaraan yang berlangsung putus (call drop).

Terjadinya handover failure disebabkan oleh beberapa hal, antara lain : • Belum dibuatnya hubungan handover dengan sel-sel tetangganya • Terjadinya blocking kanal trafik pada sel tetangga

2.6 Nilai Parameter

A. SDCCH Success Rate (SDSR)

Adalah prosentase kemampuan pendudukan kanal SDCCH sampai dengan permintaan TCH yang sukses untuk pembentukan panggilan. Dinyatakan dengan persamaan:

%

100

x

panggilan

percobaan

Total

TCH

alokasi

mendapat

sukses

yang

panggilan

Total

SDSR

=

B. TCH Drop Call Rate (DCR)

Adalah prosentase kegagalan panggilan setelah berhasil menduduki kanal TCH dalam suatu sel BTS, dinyatakan dengan persamaan

%

100

x

terbentuk

panggilan

Total

terputus

panggilan

Total

DCR

=

2.7 Pengukuran Drive Test

Dalam pengukuran seluler, untuk mengetahui kualitas daya pancar radio dari suatu BTS diperlukan suatu pengukuran. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan perangkat Drive Test. Perangkat Drive Test ini ditempatkan pada kendaraan yang bergerak berkeliling dalam cakupan sel dari suatu BTS. Pengukuran menggunakan Drive Test ini dilakukan untuk mengamati kuat daya transmit BTS (down link), interferensi dan performansi BTS dilihat dari sisi MS. Drive Test dilakukan dengan menggunakan TEMS (Test Mobile Software). TEMS dapat digunakan untuk menguji performansi jaringan, maupun memonitor air interface pada jaringan seluler.

TEMS terdiri dari beberapa perangkat, yaitu: Notebook dan software TEMS Investigation

GPS 12 XL Garmin (Global Positioning System), menghasilkan tampilan grafik dan posisi MS Handset

Gambar 3.7 Pengukuran dengan TEMS

Prosedur pengukuran TEMS dilakukan dengan bantuan kendaraan yang nantinya bergerak sesuai dengan daerah mana yang ingin dilakukan pengukuran. Kendaraan yang digunakan khusus dirancang sesuai dengan perangkat TEMS. Kecepatan kendaraan ini tidak boleh melebihi 40 km/jam karena sesuai dengan spesifikasi TEMS.

Proses pengukuran data pada TEMS GSM-900 / DCS 1800 adalah :

1. Pada saat akan memulai pengukuran harus dipastikan GPS, notebook, software TEMS dan handset dalam siap beroperasi/aktif.

2. Pada saat pengukuran dimulai hingga selesai pengukuran, GPS akan selalu memberi informasi koordinat bujur dan koordinat lintang dimana kendaraan berada.

3. Pada saat pengukuran dimana handset dalam keadaan aktif maka handset akan mendeteksi BTS terdekat untuk memperoleh sinyal dan setelah sinyal terdeteksi maka data-data yang terukur diekstrak secara real time pada tampilan.

1. Serving cell

Memuat informasi tentang BTS mana yang menangani MS, diketahui dari BSIC (Base Station Identity Code), kanal frekuensi yang diduduki oleh MS ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number), serta kode area MMC (Mobile Country Code) dan MNC (Mobile Network Code). 2. Serving cell dan Neighbouring Cell

Memuat informasi tentang cell yang menangani MS dan enam cell tetangga (Neighbouring cell) disekitar MS yang memiliki sinyal terkuat.

3. Graphical Presentation

Mengamati level sinyal (Rx_lev), kualitas sinyal (Rx_qual), C/A, Timing Advance, Tx power, BSIC, FER dalam % dan SQI (Speech Quality Index).

Hasil pengamatan ditampilkan dalam bentuk grafik. 4. Dedicated channel

Informasi yang didapatkan dari dedicated channel adalah: nomor kanal, nomor time slot, tipe channel dan TDMA offset, mode kanal, nomor sub kanal, kanal hopping.

5. Radio environment

Terdiri dari informasi mengenai link radio, antara lain: kekuatan sinyal, dan kualitas sinyal kanal terima, timing advance, level power transmisi, SQI, FER, C/A.