UNJANI/REKAYASA TRAFIK TELEKOMUNIKASI/BAB VII Halaman 1
BAB VII
ANALISA TRAFIK PADA JARINGAN CDMA
Analisa trafik pada suatu sistem seluler sangat terkait dengan kapasitas jaringan dari sistem tersebut. Yang terkait erat dengan kapasitas jaringan ini adalah intensitas trafik, yang dalam suatu “pool resources” didefinisikan sebagai jumlah dari resources yang sibuk pada suatu waktu instan yang diberikan.
Pool resources biasanya merupakan kumpulan (group) dari server atau saluran trunk. Dengan demikian dapat didefinisikan bahwa kapasitas jaringan adalah intensitas trafik maksimum yang dapat diolah oleh resources jaringan dalam batasan-batasan parameter performansi yang diberikan.
Dalam jaringan akses seluler, dikenal dua tipe kapasitas, yaitu kapasitas hard (hard capacity) dan kapasitas soft (soft capacity). Jika kapasitas mengalami block secara fisik/ hard (contoh ; dibatasi oleh jumlah resources jaringan fisik) dan tidak tergantung pada beban jaringan dan lingkungan, maka didapat apa yang disebut kapasitas hard pada jaringan tersebut. Semua sistem circuit switch dikarakterisasikan sebagai kapasitas hard. Jika kapasitas dibatasi oleh besarnya interferensi pada jaringan akses radio, disamping perangkat yang tersedia, maka didapat kapasitas soft. Dalam banyak kejadian, ternyata tidak ada nilai yang tetap untuk kapasitas maksimum sistem. Dalam suatu sistem seluler, suatu sel akan dikelilingi oleh sel-sel tetangganya, sehingga jika interferensi yang datang dari sel-sel tetangga tersebut kecil, maka kanal (resources) yang tersedia pada sel yang diamati akan lebih banyak. Beban trafik yang rendah dari sel-sel tetangga akan menambah kapasitas. Kapasitas soft ini merupakan fenomena pada sistem CDMA (Code Division Multiple Access).
Untuk suatu sistem yang dibatasi oleh kapasitas soft, kapasitas tidak dapat langsung dikalkulasi dengan menggunakan formula Erlang-B, karena hasil yang didapat terlalu pesimistik. Pada sistem dengan kapasitas soft, pool kanal total akan lebih besar dari jumlah rata-rata kanal per sel, hal ini terjadi karena sel-sel yang berdekatan akan mempunyai interferensi yang sama. Kesimpulannya, lebih kecil interferensi yang datang dari sel-sel tetangga, akan tersedia kanal
UNJANI/REKAYASA TRAFIK TELEKOMUNIKASI/BAB VII Halaman 2
yang lebih banyak pada sel yang berada di tengah, seperti diilustrasikan pada gambar 7.1.
Gambar 7.1 Kapasitas soft pada suatu jaringan CDMA
Dengan demikian, jumlah koneksi simultan yang mungkin dapat terjadi pada suatu level interferensi yang dapat diterima akan menentukan kapasitas dari sel. Untuk itu, dalam analisa berikut akan didiskusikan kapasitas uplink dan downlink CDMA secara terpisah.
7.1 Kapasitas Uplink
Kapasitas uplink dari suatu jaringan CDMA dibatasi oleh banyaknya interferensi yang disebabkan oleh terminal-terminal mobile yang dapat dipertahankan beroperasi dalam suatu sel yang diberikan. Interferensi pada uplink terdiri dari superposisi sinyal-sinyal dari terminal-terminal di base station. Karenanya sistem pengendalian daya (power control) perlu diaplikasikan pada terminal-terminal mobile CDMA. Dengan pengendalian daya tersebut akan didapat minimisasi sinyal daya yang diterima semua pelanggan pada base station, dan sebagai hasilnya akan menjaga performansi link wireless. Interferensi utama biasanya datang dari pelanggan-pelanggan pada sel yang sama, tetapi interferensi yang besar juga datang ke base station dari pelanggan-pelanggan di sel-sel yang berdekatan. Dalam kalkulasi kapasitas uplink berikut, diasumsikan semua pelanggan adalah identik dan mempunyai pengendalian daya yang ideal.
Dianggap bahwa penerima untuk setiap pelanggan pada base station dapat dioperasikan dengan suatu level bit-energy to noise-density sebesar Eb/N0. Kalkulasi dari kapasitas soft memerlukan pengetahuan tentang faktor beban
Kapasitas soft dari sel tengah ketika semua sel tetangga mendapat beban yang sama
Kapasitas soft dari sel tengah ketika interferensi dari sel-sel yang berdekatan kecil
UNJANI/REKAYASA TRAFIK TELEKOMUNIKASI/BAB VII Halaman 3
uplink dan kalkulasinya. Akan digunakan persamaan yang sudah ada, dimana energi per bit dari suatu pelanggan j dinyatakan dengan
(Eb)j = GjPj /W ... (7-1) Dimana Gj merupakan penguatan proses pelanggan j, Pj adalah daya sinyal yang diterima dari pelanggan j, dan W adalah rate bandwidth spread-spectrum per penguatan proses. Total noise density dikalkulasi dengan
N0 = Itotal / W ... (7-2)
Dimana Itotal merupakan total daya wideband yang diterima termasuk derau termal pada base station. Dengan demikian, interferensi total termasuk interferensi dalam sel sendiri Isendiri , interferensi dari sel lain Ilain dan derau termal I0 adalah :
Itotal = Isendiri + Ilain + I0 ... (7-3)
Sehingga, energy per bit dibagi noise spectral density (Eb/N0), atau dikenal dengan istilah umum sebagai carrier to interference ratio C/I, dari suatu pelanggan j dapat didefinisikan sebagai
(Eb / N0)j = (C/I)j =
j total
j
j I P
G P
... (7-4)
Bentuk lain persamaa (7-4) dapat ditulis sebagai (Eb / N0)j =
j total
j j
j I P
P R v
W
. ... (7-5)
dimana W adalah chip rate, vj adalah faktor aktifitas dari pelanggan j, dan Rj
merupakan bit rate pelanggan j. Dari persamaan terakhir tersebut, setelah beberapa langkah aljabar akan diperoleh Pj sebagai berikut
total j total
j j j b
j I L I
v R N E
P W
. . ) / 1 (
1
0
...(7-6)
Pada persamaan di atas, Lj pelanggan j didefinisikan sebagai Lj=Pj/Itotal . Ini merupakan faktor beban pelanggan j. Sedang untuk interferensi total yang diterima merupakan penjumlahan derau thermal I0 dengan interferensi sel
UNJANI/REKAYASA TRAFIK TELEKOMUNIKASI/BAB VII Halaman 4
lainnya Ilain dan daya yang diterima dari semua N pelanggan pada sel yang sama:
Itotal = 0
1 0 1
.I I I
L I
I
P lain
N
j j j lain
N
j
j
... (7-7)
Akhirnya dapat didefinisikan suatu parameter faktor beban (load factor) untuk uplink sebagai perbandingan dari interferensi sel sendiri + sel lain dengan derau total dalam sel yang dinyatakan dengan
ηUL =
sendiri lain total
sendiri total
lain sendiri
I I I
I I
I
I 1
=
N
j j total
N
j
total j
L i I i
I L
1
1 (1 ) (1 ) ... (7-8)
Pada persamaan terakhir di atas muncul tambahan parameter i yang merupakan interferensi dari sel lain yang perlu diperhitungkan. Nilainya didefinisikan sebagai
sendiri lain
I
i I ... (7-9)
Jika persamaan (7-2) dimasukkan ke persamaan (7-8) maka akan didapat relasi untuk faktor beban sebagai berikut :
ηUL =
N
j
j j j
b N R v
E i W
1
0 . .
1 / ) 1 1
( ... (7-10)
Lebih jauh, perlu didefinisikan suatu parameter yang disebut Noise-rise yang merupakan perbandingan antara daya wideband total yang diterima dengan daya derau thermal. Dengan berbasis persamaan (7-8) didapat
total lain sednrir lain
sendiri total
total total
I I I
I I
I I I
rise I Noise
/ ) (
1
1
0
UL
1
1 ... (7-11)
UNJANI/REKAYASA TRAFIK TELEKOMUNIKASI/BAB VII Halaman 5
Faktor beban menunjukkan adanya kenaikan derau terhadap derau thermal sebagai akibat interferensi. Ketika ηUL mendekati 1, kenaikan derau mendekati tak terhingga dan sistem mencapai kapasitas puncaknya (pole capacity), sehingga dengan menggunakan persamaan terakhir akan didapat persamaan pada kondisi puncak
Pi =
UL
i b
i
I
N E
G
. 1
1 /
1 0
0
... (7-12)
yang menunjukkan bahwa untuk suatu penguatan proses spreading terentu yang diberikan maka suatu jumlah kritis dari pelanggan akan muncul.
7.2 Kapasitas Downlink
Pada arah downlink akan digunakan pendekatan yang sama seperti untuk arah uplink. Sebagai tambahan parameter baru adalah faktor ortogonalitas pada downlink yang dinyatakan sebagai αj. Hal ini dikarenakan pada CDMA digunakan metode kode-kode ortogonal pada downlink untuk membedakan antar pelanggan. Jika tidak terjadi propagasi multipath, maka ortogonalitas terjadi ketika pelanggan menerima sinyal dari base station. Dalam hal non- multipath, maka αj = 1. Multipath biasanya tetap ada (terjadi), karenanya ortogonalitas umumnya berkisar antara 0,4 sampai 0,9. Pada downlink, perbandingan antara interferensi sel lain dengan sel sendiri tergantung pada lokasi pelanggan dan akan berbeda untuk setiap pelanggan j. Karenanya akan dinotasikan sebagai ij dan sama seperti pembahasan faktor beban uplink, maka suatu faktor beban downlink didefinisikan dengan prinsip yang sama sebagai berikut
ηDL =
j j
j b j N
j
j i
R W
N
v E
1 / .
. / 0
1
... (7-13)
dimana -10.log10(1- ηDL) adalah sama dengan kenaikan derau terhadap derau thermal sebagai akibat adanya interferensi akses multiple. Faktor beban dapat didekati dengan nilai rata-ratanya dalam sel, yaitu :
DL=
i
R W
N v E
j j N b
j
j
1 / .
. / 0
1
... (7-13)
UNJANI/REKAYASA TRAFIK TELEKOMUNIKASI/BAB VII Halaman 6
7.3 Kalkulasi Kapasitas Soft
Pada algoritma kalkulasi kapasitas soft, akan diasumsikan bahwa jumlah pelanggan pada semua sel adalah sama. Juga diasumsikan bahwa kedatangan panggilan (awal dari koneksi) dan berakhirnya panggilan mengikuti proses Poisson.
Pendekatan kapasitas uplink dilakukan dengan menggunakan suatu kalkulasi dari interferensi total pada base station. Interferensi total meliputi interferensi sel sendiri dan sel lain. Dengan demikian, total pool kanal yang ditawarkan ke pelanggan dalam sel akan didapat dengan mengalikan jumlah kanal per sel, yang mempunyai beban sama, dengan (1+i) :
i + 1 =
) /(
1 /
sendiri lain
s
sendiri s sendiri
lain
I I P
I P I
I
= kapasitasmultisel
isolated sel
kapasitas I
C I C
multisel isolated
sel
) / (
) /
( ... (7-14)
dimana Ps adalah daya sinyal yang diterima dari terminal mobile pada base station.
Untuk hal ini dapat digunakan formula Erlang-B untuk mengestimasikan kapasitas soft dengan menerapkannya ke pool kanal. Untuk dapat mengaplikasikan formula Erlang-B tersebut, diasumsikan bahwa trafik yang ada adalah pada saat bersamaan hanya ada suatu tipe trafik tunggal (misal bit rate).
Secara ringkas, dapat dibuat algoritma kalkulasi kapasitas soft sebagai berikut : 1. Dengan menggunakan persamaan untuk faktor beban uplink (7-10),
kalkulasi jumlah dari pelanggan per sel, N, dengan anggapan semua beban sama.
2. Kalkulasi trafik maksimum yang ditawarkan dengan formula Erlang-B dengan maksud untuk memperoleh kapasitas Erlang pada kasus blocking hard.
3. Kalikan jumlah kanal yang mengalami blocking hard dengan 1+i untuk mendapatkan jumlah kanal total yang mengalami block soft.
4. Kalkulasi trafik maksimum yang ditawarkan dengan formula Erlang-B untuk kasus blocking soft.
5. Bagi kapasitas Erlang dengan 1+i untuk mendapatkan kapasitas Erlang pada kasus blocking soft.
UNJANI/REKAYASA TRAFIK TELEKOMUNIKASI/BAB VII Halaman 7
6. Kalkulasi kapasitas soft dengan persamaan Kapasitas soft =
hard hard soft
C C
C
... (7-15)
dimana Csoft dan Chard masing-masing adalah kapasitas Erlang dari suatu sel dengan blocking soft dan hard.
