Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

(1)

1 Revisi Juli 2003

Modul 3

EE 4712 Sistem Komunikasi Bergerak

Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

Oleh :

Nachwan Mufti A, ST

Organisasi

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

A. Pendahuluan page 3

B. Frequency Reuse page 13

C. Handoff page 19

D. Channel Assignment Strategies page

(2)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 3

A. Pendahuluan

Yang mendasari perkembangan

Keterbatasan spektrum frekuensi

Efisiensi penggunaan spektrum frekuensi

Dalam system komunikasi wireless selular (mobile ataupun fixed) daerah pelayanan akan dibagi-bagi menjadi daerah-daerah cakupan yang kecil, yang disebut sebagai sel, dengan menara transmitter cukup rendah dan daya pancar cukup rendah juga sehingga akan lebih murah dari system komunikasi

bergerak generasi sebelumnya (IMTS)

• High power transmitter

• Large coverage area

• Low power transmitter

• Small coverage area

• Frequency reuse

• Handoff

• Central control

• Cell splitting to increase call capacity

Konsep Sel

SEL IDEAL SEL REAL SEL MODEL

Sel menunjukkan cakupan sinyal

Sel berbentuk heksagonal ( atau bentuk yang lain ) hanya digunakan untuk mempermudah penggambaran pada layout perencanaan

A. Pendahuluan

(3)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 5

Realitas ?

Jauh berbeda ! Grid sel teoritik digunakan untuk mempermudah penggambaran / perencanaan

Representasi coverage sistem selular

A. Pendahuluan

Bentuk geometris yang meliputi

keseluruhan daerah service tanpa overlap dengan luas daerah yang sama

Macam-Macam Konfigurasi Sel ...

1) Omnidirectional

Tx Rx Rx

2) Sectoring 120

^o

3) Sectoring 60

^o

• Pada kondisi awal

biasanya digunakan pola omnidirectional

( tergantung demand ).

• Kegunaan dari pola Sectoring

a. Menambah kapasitas b. Mengurangi

interferensi

A. Pendahuluan

(4)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 7

Macam-Macam Konfigurasi Sel

4 sector ( quad sector )

A. Pendahuluan

Parameter Dasar Pada Siskomber Selular

Frequency Reuse Konsep Hand Off

2 macam kata kunci yang menjadi perbedaan sistem komunkasi bergerak seluler dengan sistek komunikasi yang lain adalah :

Konsep frequency reuse memungkinkan penggunaan frekuensi yang sama pada sel yang berbeda , diluar jangkauan interferensinya. Parameter yang menjadi ukuran adalah perbandingan daya sinyal / carrier terhadap total daya interferensinya

Sedangkan handoff memungkinkan seorang pengguna pindah dari suatu sel ke sel yang lain tanpa adanya pemutusan hubungan. Terjadi

pemindahan frekuensi / kanal secara otomatis yang dilakukan oleh sistem

Penjelasan lebih lanjut tentang frequency reuse dan handoff akan dijelaskan pada bagian selanjutnya….

A. Pendahuluan

(5)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 9

Arsitektur Umum:

RBS / BTS

BSC

MSC/ MTSO

OMC HLR

VLR

Gateway PSTN

SEL # 2

SEL # 1

MS

Voice link Data link

Radio Base Station (AMPS) or Base Transceiver System (GSM)

Mobile Station

Home Location Register

Visitor Location Register

Mobile Switching Centre (GSM) or Mobile Telephone Switching Office (AMPS)

Base Station Controller

Operation and Maintenance Centre

A. Pendahuluan

MS

= Mobile Station / Mobile Unit

= Perangkat yang terdiri dari :

•

Subscriber Transceiver

•

Control Unit

•

Antena MTSO / MSC

= Mobile Telephone Switching Office / Mobile Switching Center.

= Merupakan pusat koordinasi dari semua cell site yang ada + berfungsi sebagai perangkat penyambung utama.

= Elemen-elemen :

•

Switching Unit

•

Prosesor :

♣ Database processor

♣ Switch processor

♣ Coordination processor

• Data base unit berisi :

• VLR (Visitor Location Register), penyimpan data-data temporer yang masuk dari MSC lain , dan sifatnya resident

• HLR (Home Location Register), penyimpan data-data tetap dari pelanggan dalam MSC itu sendiri.

A. Pendahuluan

(6)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 11 RBS / BTS

= Radio Base Station / Base Transceiver Station

= Merupakan perangkat transceiver yang berhubungan dari / ke pelanggan (Interface / repeater antara MS dan MSC) .

= Elemen-elemen RBS :

•

Transceiver

•

Control Unit / BSC / Base Station Controller

•

Antena

•

Data terminal

single antenna

base station housing jalur transmisi

gelombang mikro menuju BSC

site 3 sektor dengan 7 array antena tiap sektornya

How does site location look like ?

A. Pendahuluan

Macrocell, Microcell, dan Picocell ...

Satellite Cell

Indoor Picocells Macrocell

Microcell

A. Pendahuluan

(7)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 13

Proses Terjadinya Komunikasi...

• Memasuki jaringan

( kasus sistem analog AMPS )

MS dihidupkan, mencari kanal-kanal kontrol memilih salah satu yang paling kuat dayanya dan akan ‘menggenggamnya’ .

Pemilihan kanal kontrol yang paling kuat ini juga berarti memilih base station dengan sinyal terkuat.

Dalam tiap beberapa detik terjadi pelaporan MS kepada sistem mengenai level daya, sensitivitas, dan juga lokasi terakhir melalui kanal kontrol reverse, disebut sebagai Location Updating

Jumlah kanal kontrol yang dipakai biasanya adalah 5

% dari total kanal yang tersedia ( 95 % digunakan sebagai kanal suara dan data trafik ) [RAP 96].

A. Pendahuluan

• Mobile Originating Call (kasus sistem analog , AMPS )

Kirim parameter identitas, melalui kontrol reverse diberikan identitas MIN ( Mobile Identification Number ) MS pemanggil , ESN ( Electronic Serial Number ) MS pemanggil, serta identitas / MIN dari MS yang dipanggil.

Mobile station juga akan mengirimkan SCM ( Station Class Mark ) yang berisi data teknis MS yang bersangkutan yang mengindikasikan level transmit maksimum dari MS.

Validasi authentikasi dilakukan sentral MSC akan melakukan validasi authentikasi terhadap pasangan MIN dan ESN untuk memastikan bahwa MS tersebut adalah pelanggan legal pada jaringan.

Paging dilakukan jika jika MS adalah pelanggan legal, MS yang cocok MIN-nya akan memberikan respon melalui reverse control channel kepada BTS , selanjutnya BTS akan melaporkan handshaking ini kepada MSC.

Komunikasi bisa dilakukan setelah MSC memindahkan panggilan dari kanal kontrol ke pasangan (1 pair) kanal trafik

A. Pendahuluan

(8)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 15

Mobile

Station Base

Station

PCH (Paging of the mobile station) RACH (Channel request)

AGCH (Channel assignment)

SDCCH(Reply to the paging from network) SDCCH (Authentication request)

SDCCH (Authentication response) SDCCH (Request to transmit)

SDCCH (Acknowledgment of request) SDCCH (Setup message for incoming call) SDCCH (Confirmation)

SDCCH (Assignment of a traffic channel) FACCH (Acknowledgment of traffic channel) FACCH (Alerting)

FACCH (Connect when mobile ‘answers’) FACCH (Acceptance of connect message) TCH (Exchange of user data)

Sample Call Setup (GSM)...

A. Pendahuluan

• Handoff / Handover

(kasus sistem analog, AMPS )

Kontrol daya dilakukan MSC ketika komunikasi sedang berlangsung untuk menjaga kualitas call.

Kanal kontrol khusus diberikan saat MS berpindah cakupan dari satu sel ke sel yang lain, kanal kontrol khusus akan digunakan sebagai kanal trafik dan pada kondisi ini call akan dikontrol oleh BTS dan juga oleh MSC .

Drop Call akan terjadi jika sampai pada selang waktu

tertentu ( yang merupakan bagian dari optimasi sistem ), MS tidak juga mendapatkan kanal voice dari BTS yang baru.

Diskusikan

Apa perbedaan antara Blocking Probability dengan Dropping Probability ?

A. Pendahuluan

(9)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 17

B. Frequency Reuse

Definisi Frequency Reuse

Pengulangan atau menggunakan kembali frekuensi yang sama pada area yang berbeda di luar jangkauan interferensinya

F

1

F

3

F

2

F

2

Jarak 'bebas' interferensi

titik A

Sinyal yang diinginkan = C

Sinyal interferensi = I

Parameter Kinerja

F1

F3 F2 F2

Jarak 'bebas' interferensi

titik A

Sinyal yang diinginkan = C

Sinyal interferensi = I

• Dari gambar di atas, kondisi kasus terburuk ada pada titik A

• Pada kondisi kasus terburuk tersebut, perbandingan antara daya carrier terhadap daya interferensi ( C/I = Carrier to Interference ) harus tetap lebih besar atau sama dari C/I minimum yang dipersyaratkan oleh sistem seluler yang bersangkutan

→ C/I ( Carrier to Interference Ratio )

B. Frequency Reuse

(10)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 19

1 4

 

 

= R

D N I

C R K

D = 3 N

K I

C = 9 ²

D R

AMPS, C/I = 18 dB

GSM, C/I = 12 dB 7 48 , 9 6

6 . 63 9

63 = = =

= N

K

4 26 , 9 3

6 . 16 9

16 = = ≈

= N

K

N = Jumlah sel penginterferensi K = Ukuran Kluster

→ C/I minimum tergantung dari sistem seluler yang diimplementasikan…

B. Frequency Reuse

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

1

2

3

1

2

3 reuse

1

2

3

freq. reuse pattern / cluster K = 3

1

2 3 freq. reuse pattern K = 4

4

1

2 3 4 2

3 4 reuse 1

reuse

B. Frequency Reuse

(11)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 21

Kapasitas User Tiap Sel

K

RF user ch

jumlah BW

N BW

RF ch Alokasi

=

• Jumlah user tiap sel dinyatakan oleh rumus berikut :

K = 3 BW

1 2 3 n 1' 2' 3' n' 1'' 2'' 3'' n''

F3

F2

F1

F2

F3

F1

F2

F3

Dapat disimpulkan, jumlah frekuensi carrier dalam satu sel adalah lebih dari satu buah…

B. Frequency Reuse

Kaidah Penentuan Nomor Sel

→ Kaidah Parameter Geser

i,j = 0,1,2,3, ...

i=1

j=2

j

60⁰ z sel referensi

i

120 0

Lalui sejauh i sel dari sel referensi sepanjang rantai heksagonalnya ( garis lurus yang menghubungkan dua pusat sel), lalu berputar 60

^o

berlawanan dengan arah jarum jam, kemudian lalui sepanjang j sel pada arah tersebut.

Pada posisi akhir disitulah letak freq. reuse nya.

Z

²

= i

²

+ j

²

- 2ij.cos 120

^o

Z

²

= i

²

+ j

²

- 2.i.j (0,5) Z

²

= i

²

+ j

²

+ i.j

Z

²

≅ K ---- K = ukuran cluster

K = i

²

+ j

²

+ i.j

i = 1 dan j = 1 K = 3 i = 1 dan j = 2 K = 7 i = 0 dan j = 2 K = 4 i = 2 dan j = 0 K = 4

untuk,

B. Frequency Reuse

(12)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 23

Sistem Koordinat

( ^v ₂ ⁻ ^v ₁ )

( u ₂ − u ₁ ) sin 30

^o

u

v

B. Frequency Reuse

Berbagai nilai kluster K atau N , yang mungkin terjadi

B. Frequency Reuse

(13)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 25

( ) ( ) ( )( )

{

2 1 2 1

}

¹²

2 1 2 2

1

2

u v v u u v v

u

D = − + − + − −

( ) ( ) [ ⁽ ^{) (} ⁾ ]

{

2 1 2 1 ^o ²

}

²¹

o 2 2

1

2

u cos 30 v v u u sin 30

u

D = − + − + −

Jika, ( u

₁

, v

₁

) ( ) = 0 , 0

( ^u

₂

^, ^v

₂

) ⁼ merupakan nilai integer = ( i , j ) Maka,

2

ij j

i

D = + +

Pada contoh di samping,

65 , 2 1 1 . 2 2 j

ij i

D =

²

+ +

²

=

²

+ +

²

=

i= 2 dan j = 1

B. Frequency Reuse

1

1 1

1

2 3 1

2 3

3 2 3

2

Kaidah Penentuan Nomor Sel

→ Kaidah Parameter Geser

utk i = 1 dan j = 1 K = 3

• i = 1 , j = 1

• K = 1

²

+ 1

²

+ 1.1 = 3

• Sumber interferensi maksimum

= 6.

Contoh # 1 : K = 3

Kluster

B. Frequency Reuse

(14)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 27 Kaidah Penentuan Nomor Sel

Contoh # 2 : K = 4

46 , 3 K 3 Q

4 j ij i K

2 j , 0 i

2 2

=

= + +

=

Kluster B. Frequency Reuse

Contoh # 3 : K = 7 Kaidah Penentuan Nomor Sel

58 , 4 K 3 Q

7 j ij i K

2 j , 1 i

2 2

=

= + +

=

Kluster

B. Frequency Reuse

(15)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 29

Contoh # 4 : K = 12 Kaidah Penentuan Nomor Sel

6 K 3 Q

12 j

ij i K

2 j , 2 i

2 2

=

= + +

=

Kluster B. Frequency Reuse

Contoh # 5 : K = 19 Kaidah Penentuan Nomor Sel

55 , 7 K 3 Q

19 j

ij i K

2 j , 3 i

2 2

=

= + +

=

Kluster

B. Frequency Reuse

(16)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 31

Konsepsi kluster pada CDMA…

Dalam pengertian yang sama, yang sudah kita pahami…ukuran kluster di jaringan selular CDMA, K _CDMA = 1, artinya frekuensi operasi yang sama diterapkan disemua sel

Tetapi CDMA memakai konsep

clustering untuk perencanaan kode PN, hal ini untuk mencegah kemungkinan terjadinya aliasing antar kode didalam satu sel. Pada jaringan CDMA, dikenal istilah PN reuse factor

B. Frequency Reuse

C. Handoff

• Handoff adalah suatu peristiwa perpindahan kanal dari MS tanpa terjadinya pemutusan hubungan dan tanpa melalui campur tangan dari pemakai.

• Handoff tidak berbeda dengan handover kecuali bahwa istilah handoff digunakan di Amerika, sedangkan istilah handover digunakan di Eropa.

• Peristiwa hand over (H.O) ‘umumnya’ terjadi karena pergerakan MS sehingga keluar dari cakupan sel asal dan masuk cakupan sel baru.

Definisi

pergerakan MS

HO

F1

HO

F2

Sel #1 Sel #2 Sel #3

F3

F1 ke F2 F2 ke F3

(17)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 33

2 Alasan dasar untuk handoff ...

• MS keluar dari cakupan BTS ( alasan klasik ! )

• Untuk keseimbangan beban jaringan

- Level sinyal terima terlalu rendah - Bit error rate (BER) terlalu tinggi

- Trafik disatu sel terlalu tinggi sehingga beberapa MS

‘diserahkan’ ke sel yang lain

Catatan : Standar GSM mencatat 40 alasan untuk handover !!

2 Fase handoff ...

1. MONITORING PHASE

2. HANDOVER HANDLING PHASE

- Pengukuran kualitas sinyal dan ‘melihat’ kemungkinan radio link alternatif - Inisiasi handoff jika diperlukan

- Penentuan point of attachment (PoA) yang baru - Inisiasi kemungkinan prosedur re-routing

C. Handoff

Perbedaan konsepsi HO sistem seluler generasi pertama dan kedua ...

Generasi I : Sistem Analog - Pengukuran kuat sinyal

dilakukan oleh BS dan disupervisi oleh MSC

- BS secara konstan melakukan pengukuran sinyal dari tiap kanal voice

- Locator receiver mengukur kuat sinyal MS pada sel tetangga - MSC menentukan terjadi HO

atau tidak

Generasi II : Sistem Digital TDMA - Keputusan HO dibantu MS ( MAHO -

Mobile Assisted Handoff ) - Tiap MS mengukur sinyal yang

diterima dari BS yang

mengelilinginya dan melaporkan ke BS-nya

- Handoff diinisiasi jika level terima dari BS tetangga mulai meningkat melebihi level sinyal dari BS-nya sendiri

- Keputusan atas dasar periode waktu atau derajat level tertentu (margin HO)

- MSC menentukan terjadi HO atau tidak

C. Handoff

(18)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 35 - Sering disebabkan

interferensi narrowband

- Kasus paling umum

- 2 kasus : (1) inter-cell / intra-BSC, (2) inter-BSC / intra-MSC

- BSC melakukan operasi HO, assign kanal di sel baru dan melepas kanal lama di sel sebelumnya

- Dikontrol oleh kedua MSC

C. Handoff

Mekanisme handover ...

C. Handoff

(19)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 37

C. Handoff

(20)

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler 39

D. Channel Assignment Strategies

Channel assignment / channel alocation :

Proses pengalokasian/ pemberian kanal trafik

Kanal trafik perlu diberikan

kepada user berkaitan dengan : • Panggilan baru di dalam sel

• Kejadian handover

Ada bermacam-macam skema algoritma pengalokasian kanal ( channel allocation

scheme ) , dan skema pengalokasian kanal dapat mempengaruhi performansi sistem !

3 kelas channel assignment

a. Fixed channel assignment

Kanal yang disediakan dalam 1 sel / sektor tertentu, modifikasi dari metoda ini adalah borrowing scheme

b. Dynamic channel assignment

Kanal tidak dialokasikan dalam sel/sektor secara permanen.

MSC mengalokasikan kanal berdasarkan : probabilitas blocking mendatang di semua sel, jarak reuse,C/I, cost factor , dsb ⌫ meningkatkan kompleksitas sistem !!