BAB II DASAR TEORI.

(1)

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Pengenalan Teknologi CDMA

CDMA merupakan singkatan dari Code Division Multiple Access yaitu teknik akses jamak yang memisahkan setiap percakapan dalam domain kode. CDMA merupakan teknologi digital tanpa kabel yang pertama kali dibuat oleh perusahaan amerika (Qualcomm).

CDMA merupakan kode yang unik yaitu PRCS (Pseudo Random Code

Sequnce) berbeda dengan FDMA (Frekuensi Division Multiple Access) dan

TDMA (Time Division Multiple Access). CDMA menggunakan waktu dan frekuensi yang sama menyebabkan CDMA rentan terhadap interferensi. Semakin besar interferensi yang terjadi maka kapasitas CDMA semakin kecil.

CDMA menawarkan kapasitas jaringan yang besar untuk melayani lebih banyak pelanggan dengan biaya infrastruktur yang sama, dimana kapasitas pelanggan dalam satu BTS CDMA dapat mencapai 6000 (10 kali GSM). Hal ini disebabkan CDMA lebih irit dalam pemakaian frekuensi. Semua BTS CDMA beroperasi pada frekuensi yang sama, sehingga tidak memerlukan penghitungan yang rumit dalam menyusun konfigurasinya. CDMA menawarkan kecepatan transmisi data paling tinggi diantara yang lain yaitu sebesar 144 Kbps. Setiap user/pemakai di assign dengan bilangan biner yang dinamakan Direct Sequence

Code (DCS) ketika terjadi panggilan.

DCS adalah sinyal yang dibangkitkan oleh Linier Modulation dengan

(2)

Kode-kode dibagi pada MS dan BS yang disebut Psedorandom Noise (PN)

Sequnce. Masing-masing kode/pemakai adalah layer dan secara simultan

ditransmisikan ke seluruh carrier. Keunikan dari CDMA adalah jumlah phone

cell yang dapat dihandle oleh carrier terbatas dan jumlahnya tidak pasti. Kanal

trafik dibuat dengan penentuan masing-masing penggunaan kode dengan carrier. Teknik CDMA pada awalnya disebut dengan CDMAOne yang merupakan generasi kedua (2G) versi IS-95 yang menjadi basis sistem komersial CDMA 2G seluruh dunia. Dengan kecepatan koneksi 14,4 Kbps, kemudian CDMA merevisi standar menjadi IS-95B yang merupakan CDMA 2,5G dengan kecepatan koneksi 64 Kbps.

Pada CDMA2000 1X bisa memiliki kapasitas suara dua kali lipat pada jaringan CDMAOne dan mengalirkan kecepatan data maksimal 307 Kbps untuk keadaan bergerak.

2.2. Arsitektur Jaringan CDMA2000 1X

Arsitektur jaringan CDMA2000 1X terdiri dari beberapa komponen. Seperti di tunjukan pada gambar 2.1

1. User Terminal, berperan untuk membentuk dan memelihara hubungan baik voice maupun data. Pembentukan hubungan dilakukan dengan meminta kanal radio dari Access Network. Setelah terbentuk, MS bertanggung jawab menjaga kanal radio dan melakukan buffer packet bila kanal radio sedang tidak tersedia. Pada saat dinyalakan, MS secara otomatis melakukan registrasi ke Home Location Register (HLR) untuk proses autentikasi yang bertujuan mengetahui lokasi terakhir MS. Setelah proses registrasi selesai, MS siap melakukan komunikasi baik komunikasi

voice maupun data. Ada dua macam terminal yaitu fixed terminal dan portable. MS juga berfungsi untuk authorization dan accounting yang

(3)

Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan CDMA2000 1X

2. Radio Access Network (RAN), memiliki komponen sebagai berikut : a. Base Transceiver Station (BTS)

BTS bertanggung jawab untuk mengalokasikan daya yang digunakan oleh pelanggan. BTS terdiri dari perangkat radio yang digunakan untuk mengirim dan menerima sinyal CDMA. Mengontrol aspek-aspek dalam sistem yang berhubungan dengan performansi jaringan.

b. Base Station Controller (BSC)

Bertanggung jawab mengontrol semua BTS yang ada di daerah cakupannya, mengatur rute paket data dari BTS ke PDSN (Packet Data

Service Node) dan sebaliknya.

3. Circuit Core Network (CCN), terdiri dari beberapa komponen sebagai berikut :

a. Mobile Switching Center (MSC)

MSC diletakkan pada pusat jaringan mobile communication yang berfungsi sebagai routing panggilan.

b. Home Location Register (HLR)

HLR merupakan tempat yang berisi informasi pelanggan yang digabungkan dengan pengantar layanan informasi dari VLR (Visitor

(4)

VLR secara temporary menyimpan dan mengontrol semua informasi dari Mobile Station, ketika pelanggan melakukan panggilan, maka VLR mentransmit semua informasi yang berhubungan dari MSC.

d. Short Message Service Center (SMSC)

Bertanggung jawab dalam penyampaian, penyimpanan dan pengajuan suatu pesan singkat.

4. Packet Core Network (PCN), terdiri dari beberapa komponen berikut : a. Router

Berfungsi untuk merutekan paket data dari dan ke berbagai elemen jaringan yang terdapat pada jaringan serta bertanggung jawab untuk mengirimkan dan menerima paket data dari jaringan internal ke jaringan

external atau sebaliknya.

b. Firewall

Berfungsi untuk mengamankan jaringan terhadap akses dari luar. c. Packet Data Serving Network (PDSN)

Merupakan komponen dalam sistem seluler CDMA2000 1X yang bertujuan untuk layanan paket data.

Beberapa fungsi PDSN antara lain :

1) Membentuk, memelihara dan memutuskan sesi point to point

protocol (PPP) dengan pelanggan.

2) Membentuk, memelihara dan memutuskan hubungan dengan Radio

Network melalui antar muka radio-paket.

3) Mengumpulkan data autentikasi, otorisasi dan akunting yang diperlukan oleh AAA.

d. Authentication, Authorization dan Accounting (AAA)

AAA menyediakan fungsi untuk authentication, melakukan

authorization dan accounting untuk jaringan paket data dengan

menggunakan protocol Remote Access Dial In User Service (RADIUS), AAA server juga digunakan oleh PDSN untuk berhubungan dengan jaringan suara dari HLR dan VLR.

(5)

HA berfungsi untuk menelusuri lokasi mobile station sekaligus mengecek apakah data telah diteruskan pada mobile station tersebut. 2.3. Struktur Kanal Sistem CDMA2000 1X

Kanal fisik CDMA didefinisikan untuk kanal arah forward diidentifikasikan dengan 64 kode Walsh, sedang kanal arah reverse diidentifikasikan dengan long PN code sequence.

2.3.1. Alokasi Kanal

Pola kanal CDMA disusun dari beberapa kanal AMPS (Advanced Mobile

Phone Service). Untuk menyediakan satu carrier CDMA maka dibutuhkan 41

buah kanal AMPS (30 KHz), jadi satu carrier CDMA sebesar 1,23 MHz (41 x 30 KHz) serta untuk guard band dibutuhkan 9 buah kanal AMPS. Alokasi kanal CDMA seperti di tunjukan pada gambar 3.2.

Gambar 2.2 Pola kanal CDMA

2.3.2. Spreading Rate (SR) dan Radio Configuration (RC)

Pada sistem CDMA2000 akan dikenal istilah Spreading Rate (SR) dan

(6)

a. Spreading Rate 1 (SR) disebut juga “1X”

Pada kanal forward dan reverse penyebaran carrier tunggal dengan chip

rate 1.2288 Mcps dan dengan bandwidth 1,25 MHz. SR1 ini digunakan

pada IS-95 A/B dan CDMA2000 1X.

b. Spreading Rate 3 (SR3) disebut juga “3x” atau Multi Carrier (MC)

1) Kanal forward menggunakan 3 penyebaran carrier yang masing-masing memiliki chip rate 1.2288 Mcps serta bandwidth 1,25 MHz.

2) Kanal reverse menggunakan penyebaran carrier tunggal dengan

chip rate 3,6864 Mcps (3 x 1.2288 Mcps) serta bandwidth 3 x 1,25

MHz.

3) SR 3 digunakan pada CDMA2000 3X

Radio Configuration pada CDMA2000 yang digunakan untuk kanal

forward terdiri dari RC1 sampai RC9 sedangkan kanal reverse terdiri dari RC1

sampai RC6. Hal ini seperti ditunjukkan pada tabel 2.1 dan table 2.2. Tabel 2.1 Radio Configuration kanal forward

(7)

Tabel 2.2 Radio Configuration kanal reverse

2.3.3. Kanal Forward

Pada komunikasi arah forward, sinyal dari cell atau sector yang berbeda dipisahkan dengan pembedaan time offset dari dua buah kode pendek (short code) dengan panjang 215 chips, satu untuk kanal I dan satu untuk kanal Q. Short code ini dihasilkan oleh generator PN dengan masukan 15 bit dan laju kode 1.2288 Mcps. Untuk mengantisipasi terjadinya multipath dan delay, maka time offset antar kode dipisahkan minimal sebessar 64 chips. Dan karena hanya ada 512 kode PN, maka alokasi kode PN harus benar-benar direncanakan, misal perlu adanya

pilot increment. Berikut ini struktur kanal yang ditransmisikan oleh base station

pada arah forward dimana masing-masing kanal trafik menggunakan kode walsh yang saling orthogonal.

(8)

Gambar 2.3 Struktur Kanal pada arah forward

Kanal-kanal tambahan pada CDMA2000 yang ditransmisikan pada arah

forward dapat di kategorikan menjadi :

1. Forward Common Channel yang terdiri dari : a. Forward Pilot Channel (F-PICH)

Melakukan broadcast secara kontinyu untuk memberikan timing dan phasa informasi. Kanal ini digunakan bersama oleh semua kanal trafik untuk mendeteksi sinyal multipath terkuat, akuisisi sel dan proses

handoff.

b. Forward Quick Paging Channel (F-QPCH)

Digunakan untuk mengindikasikan paging dan indikasi penukaran konfigurasi. Kanal ini memungkinkan waktu siaga batere MS dapat diperpanjang dengan menurunkan jumlah waktu panggilan yang tidak berarti.

c. Forward Common Control Channel (F-CCH)

Digunakan untuk mengirim paging, pesan data, signaling dan soft

handoff.

d. Forward Common Power Control Channel (F-CPCH)

Digunakan BTS untuk transmisi control daya bersama sub kanal untuk control daya R-CCCH dan R-EACH.

(9)

Digunakan oleh Base Station untuk menjawab akses dari mobile station terhadap R-EACH pada kasus mode reservasi untuk memancarkan alamat dari R-CCCH.

f. Forward Broadcast Channel (F-BCH)

Kanal ini merupakan kanal paging yang ditugaskan hanya untuk membawa pesan-pesan overhead dan pemancaran pesan-pesan SMS. Kanal ini memindahkan pesan-pesan overhead dari kanal paging ke kanal broadcast yang terpisah.

2. Forward Dedicated Channel yang terdiri dari : a. Forward Fundamental Channel (F-FCH)

Kanal ini mengganti dim and burst dan blank and burst yang digunakan untuk messaging dan control panggilan.

b. Forward Dedicated Control Channel (F-DCCH)

Kanal ini sebagai tambahan dalam hubungan arah forward, pada CDMA2000 1X digunakan untuk pesan dan mengontrol data percakapan.

c. Forward Supplemental Channel (F-SCH)

Digunakan untuk aplikasi data kecepatan tinggi dan mencapai dua kanal. 2.3.4. Kanal Reverse

Perbedaan utama struktur kanal reverse pada sistem IS-95 dan CDMA2000 1X adalah adanya kanal pilot yang memungkinkan demodulasi secara koheren dan menyediakan informasi power control. Kanal-kanal pada arah

reverse dipisahkan dengan pembedaan time offset dari suatu long code dengan

panjang 2-42-1 chips. Kode panjang ini dihasilkan oleh suatu generator PN dengan masukkan 42 bit dan laju kode 1.2288 Mcps. Sedangkan kode walsh pada CDMA arah reverse digunakan sebagai signaling set oleh baseband orthogonal modulator.

(10)

Gambar 2.4 Struktur Kanal pada arah Reverse

Kanal-kanal yang ditransmisikan pada arah reverse dapat dikategorikan menjadi :

1. Reverse Common Channel yang terdiri dari : a. Access Channel (R-ACH)

Berfungsi menyediakan komunikasi saat mobile station tidak memakai

traffic channel, merespon paging channel dan pengalamatan panggilan.

b. Enhanced Access Channel (R-EACH)

Digunakan MS untuk memulai komunikasi dengan BTS atau merespon pesan langsung gerak.

c. Reverse Common Control Channel (R-CCCH)

Kanal ini digunakan untuk mengirim signaling message dari mobile

station ke base station.

2. Reverse Dedicated Channel yang terdiri dari : a. Reverse Pilot Channel (R-PCH)

Menyediakan pilot dan informasi control daya, memungkinkan MS untuk mengirimkan level daya rendah dan memberikan informasi ke BTS dari level daya forward yang diterima. Sehingga BTS bisa mengontrol daya pancarnya.

(11)

2.4. Kapasitas Sistem CDMA2000 1X

Kapasitas didefinisikan sebagai jumlah user yang bisa ditampung oleh sebuah cell site dengan harga QoS/GOS yang memadai. Kapasitas dalam sistem CDMA2000 1x akan sangat tergantung pada interferensi dalam sistem itu sendiri. Penambahan jumlah user dalam sistem juga akan menambah level interferensi dalam sistem. Setiap penambahan kapasitas atau bertambahnya interferensi akan menurunkan kualitas sinyal suara dalam batas tertentu. Sehingga bila kapasitas ditingkatkan maka akan berpengaruh pada kualitas sinyal suara, jadi perlu diatur agar kualitas tetap tinggi tanpa banyak mengurangi kapasitas. Dengan demikian terdapat trade off antara kualitas dan kapasitas yang diakses. Fenomena ini disebut dengan soft capacity. Soft capacity merupakan hal yang menguntungkan terutama untuk menghindari drop call pada saat terjadi handoff.

Sistem CDMA menggunakan Universal Frequency Reuse, artinya

bandwidth di share untuk semua sel sedangkan transmisinya akan dibedakan

dengan suatu spreading sequence yang unik, dan dalam perencanaannya harus dipikirkan pula mengenai Multiple Access Inteference (MAI) yang berasal dari

user dari sel-sel didekatnya. Teknik mengurangi multiple access interference

dijabarkan sebagai gain kapasitas.

Beberapa parameter yang mempengaruhi kapasitas adalah sebagai berikut : 1. Voice Activity

Sejak sistem CDMA menggunakan speech coding, maka MAI dapat dikurangi dengan deteksi voice activity sepanjang variable speech transmission. Teknik ini akan mengurangi rate dari speech coder saat periode silent/diam yang dideteksi dalam speech waveform. Voice activity juga menjadi keuntungan bagi sistem multiple access lainnya.

Normalnya, jika dua orang sedang melakukan percakapan di telepon, maka dalam suatu saat hanya ada satu orang saja yang berbicara. Fenomena ini dapat dimonitor pada sistem seluler. Oleh karena itu pada saat periode diam,

(12)

Sel sectoring juga merupakan metode yang cukup efektif untuk mengurangi MAI, karena setiap sektor menggunakan antena directional. Sektorisasi pada antena adalah pengarahan daya pancar antena BTS pada arah tertentu. Pengarahan antena ini bergantung dari kebutuhan. Sektorisasi dilakukan berdasarkan kepadatan trafik. Biasanya sektorisasi 60° dan 120°, untuk sektorisasi 60° maka pengarahan antena menuju enam arah dan sektorisasi 120° menuju tiga arah, seperti ditunjukkan pada gambar 2.5.

Macam-macam konfigurasi sel : o Omni directional o Sectoring 60° o Sectoring 120°

Omnidirectional Sectoring 60° Sectoring 120° Gambar 2.5 Konfigurasi Cell Dimana :

- Omnidirectional adalah pemancaran sinyal ke segala arah oleh sebuah BTS pada

suatu sel.

Kelebihan : mudah diaplikasikan

Kekurangan : kemungkinan terjadi interferensi lebih besar - Sektorisasi

 60° : suatu daerah cakupan sel dibagi menjadi 6 daerah yang sama besar.

Kelebihan : kemungkinan interferensi kecil Kekurangan : delay propagasi paling besar

 120° : suatu daerah cakupan sel dibagi menjadi 3 daerah yang sama besar.

(13)

Kekurangan : interferensi lebih mungkin terjadi

Handoff

Air interface pada sistem CDMA2000 1x menyediakan kemampuan untuk handoff baik untuk voice service mapun data service, dan juga untuk service yang

di-handle oleh sistem IS-95 ke sistem IS-2000 ataupun sebaliknya dari IS-2000 ke sistem IS-95. Handoff adalah suatu peristiwa perpindahan kanal yang digunakan MS tanpa terjadinya pemutusan hubungan dan tanpa melalui campur tangan dari pemakai. Peristiwa handoff terjadi karena pergerakan MS keluar dari cakupan sel asal dan masuk cakupan sel baru.

Terdapat tiga macam handoff yang diterapkan pada sistem berbasis CDMA2000 1x:

1. Soft Handoff

Merupakan handoff yang terjadi antar sel dengan frekuensi pembawa yang sama, dimana MS memulai komunikasi dan membentuk hubungan dengan BTS yang baru terlebih dahulu sebelum memutuskan hubungan dengan BTS asal. Hubungan akan diputuskan jika proses penyambungan dengan BTS yang baru telah mantap untuk menghindari drop call. Metode pembentukan hubungan (kanal) baru terlebih dahulu sebelum memutus hubungan (kanal) lama ini dikenal dengan istilah make before break.

(14)

Handoff yang terjadi antar sektor dalam satu sel dengan frekuensi

pembawa dan BTS yang sama. Handoff ini juga berbasis pada metode

make before break.

Gambar 2.7. Softer Handoff 3. Hard Handoff

Tipe ini menggunakan metode break before make yang berarti harus terjadi pemutusan hubungan dengan kanal trafik lama sebelum terjadi hubungan baru. Hard handoff terjadi pada sistem dual mode dimana sistem akses radio CDMA2000 1x dioperasikan bersama-sama dengan sistem akses radio lainnya seperti CDMA IS-95 atau AMPS. Selain itu juga antara sektor atau sel dengan frekuensi pembawa yang berbeda.

(15)

2.5. Power Control

Agar dapat meningkatkan kualitas sistem, maka dibuatlah mekanisme

power control. Hampir semua jaringan seluler yang berbasis CDMA, FDMA

maupun TDMA menggunakan mekanisme ini. Power control dibutuhkan dalam proses management co-channel interference. Sedangkan pada sistem seluler berbasis DS-CDMA, power control dibutuhkan untuk mengurangi near-far effect pada arah reverse dan othercell interference pada arah forward. Berdasarkan parameter yang akan diukur, teknik power control dapat diklasifikasikan menjadi tiga metode, yaitu :

1. Berdasarkan kuat sinyal terima.

Pada metode ini, hasil pengukuran kuat sinyal terima di base station dibandingkan dengan kuat sinyal terima yang diinginkan. Perintah untuk menurunkan dan menaikkan daya pancar dilakukan berdasarkan hasil perbandingan tersebut.

2. Berdasarkan Signal to Noise Ratio.

Pada metode ini, hasil perhitungan rasio kuat sinyal terima terhadap noise (SNR) dibandingkan dengan rasio kuat sinyal terima terhadap noise (SNR) yang telah ditentukan. Dimana noise tersebut terdiri dari channel noise dan

multiuser interference.

3. Berdasarkan Bit Error Rate (BER) dan Frame Error Rate (FER)

Bit Error Rate didefinisikan sebagai rata-rata jumlah bit yang salah jika dibandingkan dengan bit-bit dari persamaan awal. Sedangkan Frame Error

Rate didefinisikan sebagai rataan kesalahan frame yang diusahakan tidak

lebih dari 2 %. 2.6. Parameter Hardware 2.6.1. Azimuth Antena

Azimuth adalah pengarahan horizontal antena. Pada antena direksional, azimuth digunakan untuk menentukan arah pancar antena.

(16)

Gambar 2.9 Pengarahan (Azimuth) Antena

Pengarahan antena ditujukan pada area yang trafiknya paling tinggi, arah pancar antena sebaiknya tidak diarahkan langsung pada jalan lurus, sungai dan bangunan dengan tingkat pemantulan yang tinggi.

2.6.2. Tilting Antena

Tilting adalah pengaturan kemiringan beamwidth antena, berfungsi untuk

mengatur radius dari cell. Tilting antena terdiri dari dua jenis, yaitu electrical

tilting dan mechanical tilting. Electrical tilting yaitu pengarahan dilakukan

dengan kendali perangkat lunak sedangkan mechanical tilting dengan merubah kemiringan antena fisiknya.

Gambar 2.10 Mechanical Tilting

Gambar 2.11 Electrical Tilting Tujuan dari tilting antena yaitu :

1. Untuk mencegah efek overshoot antenna 2. Mencegah polusi pilot

2.7. Parameter Performansi CDMA

(17)

1. Mobile Receive Power

Daya terima sinyal RF pada handphone sesuai dengan carrier bandwidth yang digunakan.

2. FER (Frame Error Rate)

Jumlah dari semua full rate frame error. 3. Ec/Io

Ratio rata-rata daya kanal yaitu kanal pilot terhadap total daya sinyal interferensi. Parameter ini menunjukkan kualitas dari pilot dan sangat penting dalam penentuan handoff.

4. Mobile Transmit Power

Daya transmit RF dari handphone. Tx power tidak melebihi maximum keluaran dari pesawat telepon.

2.7.1. Sample Indicator

Sample indicator dalam CDMA 2000 1x digunakan untuk

mengidentifikasi permasalahan yang terjadi didalam jaringan CDMA 2000 1x itu sendiri. Sample ini berisi parameter-parameter yang dapat diketahui hanya dengan melakukan drive test. Drive test yang dilakukan untuk melihat indicator menggunakan drive test testing dengan handset untuk melakukan pengukurannya.

Sample indicator tersebut terdiri dari :

 FFER : Forward FER (dB)

FER didefinisikan sebagai rata-rata kesalahan frame dari setiap frame yang dikirimkan. Dimana rata-rata kesalahan frame tersebut tidak boleh lebih dari 2%.

 Rx Level : Received Power by handset (dBm)

Menunjukkan level daya yang diterima oleh ms terhadap daya pemancar BTS pada daerah tertentu, sehingga memudahkan BTS untuk melakukan

(18)

total energi yang diterima.

 TxGa (dB)

Menunjukkan level daya pemancar ms disuatu lokasi pengamatan yang akan bergantung terhadap jarak dan jangkauan BTS. Kenaikan daya pemancar pada ms akan menyebabkan interferensi terhadap user lain, sehingga user lain juga akan meningkatkan daya pancarnya.

 TxPo (dBm)

Menunjukkan level daya rata-rata pemancar yang dihasilkan dari seluruh BTS.

Karakteristik yang dihasilkan dari sample indicator adalah seperti yang digambarkan pada gambar 2.12, dimana :

1. Good Call : Ms berhasil melakukan panggilan originating.

 Low forward FER

 Receive power > -100 dBm

 Good Ec/Io (> -12dB)

 Normal Transmit Gain adjustment

 Transmit Power < +20 dBm

 Good Messaging

2. Dropped Call, Bad Coverage : Ms keluar dari service area dan juga informasi hanya ada pada Ms itu sendiri.

 High forward FER