BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum
CDMA merupakan suatu skema akses jamak berdasarkan teknik komunikasi spektrum tersebar, pada frekuensi yang sama dan dalam waktu yang sama digunakan kode-kode yang unik untuk membedakan masing-masing user. Sinyal informasi disebar menjadi sinyal spektrum tersebar yang memiliki pita frekuensi yang lebih besar. Sebagai teknologi komunikasi seluler, fading merupakan masalah yang harus diatasi. Untuk mengatasi masalah ini, salah satu usaha yang dilakukan adalah dengan kendali daya.
2.2 Spektrum Tersebar
Dalam sistem komunikasi spektrum tersebar, sinyal pesan pertama-tama dimodulasi oleh teknik modulasi tradisional amplitudo, frekuensi atau fasa. Kemudian sebuah sinyal pulsa acak digunakan untuk menyebarkan gelombang termodulasi. Sinyal pulsa acak ini memodulasi secara amplitudo gelombang informasi untuk membangkitkan direct sequence spreading, atau menggeser frekuensi pembawa sinyal informasi untuk menghasilkan frequency hopped spreading [7].
2.2.1 Direct Sequence
Sinyal spektrum tersebar direct sequence dibangkitkan dengan mengalikan sinyal informasi d(t) dengan sinyal pulsa acak pn(t) seperti pada persamaan 2.1 [7].
) ( ) ( ) (t pn t d t g = · · · ·· · · (2.1) dimana :
g(t) adalah sinyal direct sequence pn(t) adalah sinyal pulsa acak d(t) adalah sinyal informasi
Pada Gambar 2.1, sinyal pulsa acak yang dibangkitkan dikalikan dengan gelombang termodulasi [7]. Laju simbol (1/Ts) bit informasi baseband akan naik
oleh perkalian dengan bit pulsa acak dimana laju chip (1/Tc) lebih besar dari laju
simbol data baseband, atau dapat dinyatakan sebagai (Ts = NTc ).
Gambar 2.1. Sinyal Spread Spectrum Direct Sequence
Dengan transmiter yang sederhana dan ideal sinyal direct sequence dapat dinyatakan seperti persamaan 2.2 [7].
) cos( ) ( ) ( ) (t = pn t Ad t ω +t θ s · · · (2.2) dimana :
s(t) adalah sinyal direct sequence
pn(t) adalah sinyal pulsa acak termodulasi A adalah amplitudo sinyal informasi d(t) adalah sinyal informasi
ω adalah frekuensi pembawa θ adalah fasa
2.2.2 Frequency hopping
Frequency hopping merupakan teknik spektrum tersebar yang pertama
Gelombang termodulasi
PN sequence
1942. Dalam teknik frequency hopping, frekuensi gelombang informasi baseband atau IF (intermediate frequency) digeser secara acak dengan menggunakan sebuah digitally programmable frequency synthesizer, generator sinkoronisasi kode pulsa acak dan synthesizer [1]. Hal ini penting untuk mendapatkan sinyal pengguna yang sama pada penerima.
Gambar 2.2. Perubahan Frekuensi Pengguna
Pada Gambar 2.2, frekuensi pengguna berubah-ubah dalam satu periode hopped Th yang telah ditentukan [1]. Ada dua tipe FHSS [1], yaitu :
1. Slow FH, yaitu jika laju perubahan frekuensi lebih rendah dari laju simbol. 2. Fast FH, yaitu jika laju perubahan frekuensi lebih besar dari laju simbol. 2.3 Sifat-Sifat CDMA
CDMA memiliki sifat-sifat yang dapat membedakannya dengan teknologi komunikasi seluler yang lainnya. Hal inilah yang membuat CDMA mengalami kemajuan yang pesat dalam satu dekade ini.
Waktu Frekuensi
bandwidth
2.3.1 Multi Diversitas
Ada tiga diversitas yang sering digunakan yaitu diversitas waktu, frekuensi dan ruang. Diversitas waktu dapat dilakukan dengan interleaving dan koreksi kesalahan. Pada CDMA, diversitas frekruensi dilakukan dengan menyebar spektrum pada pita frekuensi yang jauh lebih besar. Diversitas ruang dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu :
1. Soft handoff
2. Menggunakan penerima rake 3. Antena penerima lebih dari satu 2.3.2 Daya Pancar yang Rendah
Disamping peningkatan kapasitas secara langsung, hal lain yang lebih penting adalah menurunya Eb/No yang dibutuhkan untuk mengatasi derau dan interferensi.
Hal ini berarti penurunan level daya pancar yang dibutuhkan.
Kendali daya pada CDMA dapat mengurangi daya rata-rata yang dipancarkan. Daya yang besar hanya dipancarkan jika dibutuhkan pada saat terjadinya fading. Daya pancar yang rendah ini juga disebabkan adanya pemanfaatan deteksi aktivasi suara dimana data informasi dipancarkan dengan laju tinggi jika hanya pada ada pembicaraan sedangkan pada saat diam, laju data yang dipancarkan rendah.
2.3.3. Keamanan
Pengacakan sinyal pada sistem CDMA memungkinkan tingkat privasi user yang tinggi dan membuat sistem ini kebal terhadap terjadinya cross-talk. Selain itu, pengacakan sinyal pada sistem CDMA tidak dapat diterjemahkan jika kode penebar tidak diketahui.
2.3.4 Detektsi Aktivasi Suara
Pada komunikasi full duplex dua arah, aktivitas percapakan biasanya hanya 40%, selebihnya digunakan untuk mendengar. Sehingga laju data informasi pada masa percakapan berbeda pada masa diam. Laju data informasi pada masa
Akibatnya interferensi dapat dikurangi dan daya rata-rata yang dipancarkan oleh MS dapat dikurangi.
2.3.5 Kapasitas
Pada pengulangan frekuensi seluler, interferensi dapat diterima dengan tujuan meningkatkan kapasitas tetapi interferensi ini harus dikendalikan. Sifat CDMA yang lebih kebal terhadap interferensi memungkinkan pengulangan frekuensi dilakukan dengan efektif. Pada modulasi pita sempit, pengulangan frekuensi tidak efektif karena persyaratan untuk mendapatkan C/I sekitar 18 dB. Hal ini membutuhkan kanal yang dipakai dalam satu sel tidak dapat dipakai oleh sel yang berdekatan. Pada CDMA kapasitas yang besar diperoleh terutama karena frekuensi yang sama dapat dipakai oleh semua sel.
2.3.6 Peningkatan Kapasitas dengan Sektorisasi
Pada FDMA dan TDMA sektorisasi dilakukan untuk mengurangi interferensi. Sebagai akibatnya efisiensi trunking dari kanal-kanal yang dibagi-bagi pada setiap sektor menurun. Pada CDMA, sektorisasi digunakan untuk meningkatkan kapasitas. Dengan membagi sel menjadi tiga sektor maka diperoleh kapasitas hampis tiga kalinya.
2.3.7 Soft Capasity
Pada sistem seluler sekarang, spektrum yang dibagi-bagi oleh sel-sel, misalnya pada sistem FM analog tiga sektor terdapat maksimum 57 kanal. Apabila permintaan akan pelayanan meningkat, pemanggil ke-58 harus diberi sinyal sibuk. Tidak ada cara yang dilakukan untuk menambah satu sinyalpun pada kondisi semua kanal terpakai.
Pada CDMA, hubungan antara jumlah user dengan tingkat pelayanan tidak begitu tajam. Sebagai contoh, operator dari sistem dapat mengijinkan meningkatnya laju kesalahan bit (BER) sampai batas toleransi tertentu dengan demikian peningkatan jumlah user yang dilayani dapat terjadi selama jam sibuk. Kemampuan ini juga berguna untuk mencegah pemutusan pembicaraan pada proses handoff karena kekurangan kanal.
2.4 Kelebihan CDMA
Adapun kelebihan CDMA jika dibandingkan dengan sistem GSM adalah : 1. Suara digital CDMA lebih jernih.
2. Kapasitas CDMA jauh lebih besar, untuk satu kanal 8 kali kapasitas AMPS dan 4 kali kapasitas GSM sehingga investasi operator jauh lebih rendah. 3. Pada CDMAOne, kapasitas suara yang dihitung dalam erlang per sektor di
BTS (base transceiver station) mencapai 52,5 erlang, pada GSM hanya 13,2 sampai 32,8 erlang. Pada CDMA 2000-1X, kapasitas per sektor antara 92,8 sampai133,9 erlang.
4. Tiap sektor di BTS GSM dapat digunakan hanya oleh 20 sampai 43 user bersama-sama, pada CDMAOne dapat sampai 63 user per sektor dan di CDMA 2000-1X jauh lebih besar, antara 105-147 pelanggan.
5. Kemungkinan drop call yang lebih sedikit daripada GSM karena semua frekuensi CDMA yang besarnya 1,25 MHz disebarkan sekaligus oleh tiap BTS-nya (spread spectrum), tidak dipecah-pecah dalam frekuensi yang lebih kecil seperti pada GSM akibat digunakan lagi di BTS lainnya (reuse). Karena kelebihan ini, CDMA dikenal sebagai seluler yang dapat pindah BTS secara halus (soft handsoff). GSM membagi frekuensi masing-masing 20 kHz dan tiap BTS yang bertetangga memancarkan frekuensi yang berbeda, frekuensi yang digunakan satu BTS digunakan lagi di BTS yang berjauhan, dengan tujuan kapasitasnya dapat ditingkatkan.
6. CDMA versi 2000-1x dalam hitungan sudah sebanding dengan GSM generasi ketiga yang mampu mengirim data dengan kecepatan sampai 153 kbps, dibandingkan dengan GSM yang maksimal 64 kbps. Bahkan, pada CDMA 2000-1x EVDO (Evolution Data Optimized) mempunyai kapasitas 2,4 Mbps walau dalam praktik yang dicoba oleh Mobile-8 kecepatan yang dicapai sekitar 800-900 kbps. Pada CDMA 2000-1x EVDV (Evolution Data and Video) kapasitas transmisinya dapat sampai 3,1 Mbps.
7. CDMA juga menghadirkan berbagai aplikasi canggih seperti LBS (location based service) pemetaan, mobile internet kecepatan tinggi, pesan multimedia, permainan, gambar, konferensi video, dan banyak lagi yang melebihi kemampuan GSM.
8. Ada kelemahan CDMA, luas cakupan BTS pada CDMA sangat tergantung dari berapa pelanggan yang menggunakannya. Beda dengan GSM, berapa pun yang menggunakan, cakupannya tetap. Ini karena sifat CDMA, seperti paru-paru yang akan mengecil saat bekerja keras meniupkan udara ke luar. Kalau penggunanya sedikit pada waktu bersamaan, cakupan BTS CDMA akan kembali meluas. Pada beberapa kasus, pemasangan pengulang (repeater) tidak optimal karena malah mempersempit cakupan.
9. Cakupan maksimal CDMA sama dengan GSM, tergantung dari berapa frekuensi yang digunakan. Makin kecil frekuensinya, makin luas cakupannya. CDMA atau GSM yang menggunakan frekuensi 1.900 MHz memiliki cakupan hanya sekitar 2 km, dengan 800 MHz dapat mencapai 5-6 km. Dengan 450 MHz, seperti yang digunakan PT Mobisel, cakupan sel dapat mencapai 30 km, bahkan hingga 120 km dengan antena khusus.
10. GSM berkemampuan roaming. Pemilik GSM dapat menggunakan ponsel di luar domisili atau operatornya, CDMA belum mampu.
2.5 Air Interface CDMA
CDMA yang dikembangkan oleh Qualcom Incorporated dan pertama kali diluncurkan secara komersial oleh Hutchin di Hong Kong pada 28 September 2009. Sistem komunikasi CDMA ini dikenal dengan cdmaOne. Pada tahun 2007, Qualcom meluncurkan kembali teknologi CDMA dengan brand yang berbeda yang dikenal dengan IS-95. Dimana IS-95 (Interim Standard-95) merupakan standar yang mengacu kepada cdmaOne di Amerika Serikat [2].
Berkembangnya personal communication systems (PCS) di Amerika Serikat, teknologi cdmaOne memodifikasi frekuensi operasinya menjadi 1900 MHz. Teknologi cdmaOne ini dikenal dengan brand CDMA-PCS [2].
2.5.1 Frekuensi Operasi
Sistem IS-95 beroperasi sesuai dengan pita frekuensi seluler di Amerika Serikat yaitu pada 800 MHz. Sistem IS-95 menggunakan frequency division duplex (FDD) dimana forward link dan reverse link menggunakan pita frekuensi yang berbeda. Pemisahan duplex yang digunakan adalah 45 MHz dan rentang pembawa sebesar 1, 25 MHz [2].
Pita frekuensi pada IS-95 dibagi menjadi lima blok yang terdistribusi pada dua carrier, A dan B. Dimana pembagian ini sesuai dengan kebijakan lisensi pemerintah, A untuk sistem nirkabel primer dan B untuk komunikasi telepon kabel. Alokasi frekuensi yang digunakan pada CDMA-IS-95 dapat dilihat pada tabel 2.1 [2].
Tabel 2.1. Alokasi frekuensi pada CDMA-IS-95
Hubungan antara jumlah kanal N dan frekuensi tengah pada reverse link pada CDMA-IS-95 dinyatakan pada persamaan 2.3 [2].
· · · (2.3)
Reverse Link Forward Link A” 824,040-825,000 869,040-870,000 A 825,030-834,990 870,030-879,990 B 835,020-844,980 880,020-889,980 A' 845,010-846,480 890,010-891,480 B' 846,510-848,970 891,510-893,970 Sistem Frekuensi (MHz)
(
)
=
+ ≤ ≤ ≤ ≤ + − 799 1 , 000 , 825 030 , 0 1023 990 , 000 , 825 1023 030 , 0 N MHz N N MHz N rf
dimana :
fr adalah frekuensi tengah reverse link
N adalah jumlah kanal
Hubungan antara jumlah kanal N dan frekuensi tengah pada forward link pada CDMA-IS-95 dinyatakan pada persamaan 2.4 [2].
· · · (2.4)
dimana :
ff adalah frekuensi tengah forward link
N adalah jumlah kanal
Tabel 2.2. Alokasi frekuensi pada CDMA-PCS
Di Amerika Serikat, CDMA-PCS didesain beropersi pada pita frekuensu 1,9 Ghz dimana pita frekuesi ini dibagi menjadi tiga blok 2 x 15 MHz (15 MHz untuk reverse link dan 15 MHz untuk forward link) dan tiga blok 2 x 5 MHz. Alokasi frekuensi yang digunakan pada CDMA-PCS dapat dilihat pada tabel 2.2 [2].
Hubungan antara jumlah kanal N dan frekuensi tengah pada reverse link pada CDMA-PCS dinyatakan pada persamaan 2.5 [2].
· · · (2.5)
(
)
=
+ ≤ ≤ ≤ ≤ + − 799 1 , 000 , 870 030 , 0 1023 990 , 000 , 870 1023 030 , 0 N MHz N N MHz N ff
Blok Reverse LinkFrekuensi (MHz)Forward Link
A 1850-1865 1930-1945 D 1865-1870 1945-1950 B 1870-1885 1950-1965 E 1885-1890 1965-1970 F 1890-1895 1970-1975 C 1895-1810 1975-1990 1200 0 , 050 , 0 000 , 1850 + ≤ ≤ = MHz N N fr
dimana :
fr adalah frekuensi tengah reverse link
N adalah jumlah kanal
Hubungan antara jumlah kanal N dan frekuensi tengah pada forward link pada CDMA-PCS dinyatakan pada persamaan 2.6 [2].
· · · (2.6) dimana :
ff adalah frekuensi tengah forward link
N adalah jumlah kanal 2.5.2 Forward Link
Forward link terdiri dari base station (BS) sebagai pengirim, kanal radio dan mobile station (MS) sebagai penerima. Forward link terdiri dari empat kanal, yaitu :
1. Kanal Pilot. 2. Kanal Sinkronisasi 3. Kanal Paging. 4. Kanal Trafik
Setiap kanal pada forward link ini dibedakan oleh sebuah 64-bit kode Walsh yang berbeda [2]. Blok diagram pengirim BS CDMA ditunjukkan oleh Gambar 2.3 [1]. Setiap kanal pada forward link menggunakan skema pengkodean yang berbeda tergantung syarat kanal tersebut.
1200 0 , 050 , 0 000 , 1930 + ≤ ≤ = MHz N N ff
Gambar 2.3. Blok Diagram Pemancar BS CDMA
2.5.2.1 Kanal Pilot
Kanal pilot secara terus menerus dan digunakan oleh MS untuk mengidentifikasi BS. Kanal pilot juga bekerja seperti pemandu sel dan digunakan MS di sel tetangga untuk melakukan handoff. Kanal pilot ini juga digunakan oleh MS sebagai coherent reference dalam proses demodulasi dan algoritma kendali daya reverse link [2].
Kanal pilot merupakan kanal yang paling sederhana dari semua kanal forward link. Seperti pada Gambar 2.3, sinyal “all zero“ di-EXOR-kan dengan kode Walsh (dengan index 0). Hasil dari operasi ini menghasilkan aliran bit “all zero“ dimana akan dibagi dua dan akan di-EXOR-kan dengan pulsa acak PNI (untuk komponen fasa) dan PNQ (untuk komponen quadrature) [2].
Kedua deretan PN ini merupakan deretan maximal-length yang dibangkitkan dengan shift register 15 tingkatan. Kedua deretan PN tersebut dibangkitkan dengan
Convolutional Encoder and Repetition Interleaver Interleaver Interleaver Symbol scrambler and Power control multiplexer Long pn generator Long pn generator Convolutional Encoder and Repetition Convolutional Encoder and Repetition Kanal Pilot (all 0) Data Kanal Sinkronisasi 1,2 kbps Data Kanal Pagging 9,6 kbps 4,8 kbps Data Trafik 9,6 kbps 4,8 kbps 2,4 kbps 1,2 kbps
Mask Kanal Trafik Bit
Kendali Daya W0 W32 Wi Wj Symbol Scambler Symbol Cover Symbol Cover Symbol Cover Mask Kanal Pagging
PNQ 1,2288 Mchip/s PNI 1,2288 Mchip/s C o m bi ni g W ei gh ti ng a n d Q ua dr at ur e M od ul at io n Si ny al C D M A T er pa n ca r
laju chip sebesar 1,2288 Mchips/s sehingga mempunyai periode sebesar 26,66 ms [2].
2.5.2.2 Kanal Sinkronisasi
Kanal sinkronisasi digunakan MS untuk mencapai sinkronisasi waktu dengan BS dan jaringan. Kanal sinkronisasi juga membawa informasi yang berupa system time, dan konten register internal BS dimana digunakan untuk proses pengkodean, penyebaran dan enkripsi. Laju data kanal sinkronisasi adalah 1,2 kb/s.
Gambar 2.4. Blok Diagram Kanal Sinkronisasi
Dari Gambar 2.4 [1], dapat diperhatikan bahwa data kanal sinkronisasi ini menghasilkan laju simbol sebesar 2,4 ksymbol/s setelah melewati proses pengkodean. Setiap symbol diulang sekali lagi untuk menghasilkan laju simbol sebesar 4,8 ksymbol/s. Blok interleavead menghasilkan 128 symbol atau 4,8 kbps dan hasilnya akan di-EXOR-kan dengan kode Walsh (dengan indeks 32). Kemudian hasilnya dibagi dua dan akan di-EXOR-kan dengan PNI dan PNQ [2].
Kanal sinkronisasi membawa 15 bit system identification number (SID) dan 16 bit network identification number (NID). Kanal sinkronisasi juga membawa pilot
Convolutional Encoder Symbol Repetition Symbol Interleaver Baseband Filter Baseband Filter PNI 1,2288 Mcps PNQ 1,2288 Mcps Σ Code Symbols 2,4 ksps 1,2 kbps 4,8 kbps 4,8 kbps Modulation Symbols Modulation Symbols H32 t fc π 2 sin t fc π 2 cos To Transmitter s(t)
PN (PILOT_PN), konten long code generator (LC_STATE) dan system time (SYS_TIME) [2].
Laju data kanal sinkronisasi adalah 1,2 kbps atau secara spesifik adalah satu frame (terdiri dari 32 bit) setiap 26,66 ms. Hanya satu message yang dikirimkan pada kanal sinkronisasi dan struktur kanal sinkronisasi ditunjukkan pada Gambar 2.5 [2].
Gambar 2.5. Struktur Kanal Sinkronisasi
Delapan bit pertama adalah panjang message (MSG_LENGTH), badan message dan 30 bit checksum. Badab message berisi informasi kanal sinkronisasi (LC_STATE dan SYS_TIME). Kanal sinkronisasi dilindungi oleh 30 bit cyclic redundary checksum (CRC). CRC digunakan MS untuk mencek error pada message kanal sinkronisasi [2].
Setiap frame berisi bit tunggal start-of-message (SOM) diikuti dengan 31 bit informasi. Bit informasi ini digunakan untuk membawa konten message kanal sinkronisasi dan SOM digunakan untuk mengidentifikasi message yang baru. Nilai SOM adalah :
1. Jika SOM adalah 1 mengidentifikasikan bahwa frame adalah awal dari sebuah message yang baru.
2. Jika SOM adalah 0 mengidentifikasikan bahwa frame adalah bagian message sebelumnya. S =1 =0S S =0 =0S S =0 S =0
MSG_LENGTH Message Body CRC Padding
8 bit 2-2002 bit
30 bit
31 bit informasi 1 bit Flag SOM
1 frame kanal sinkronisasi = 26.67 ms 1 superframe = 3 frame = 80 ms Flag SOM (bit 1 menandakan awal message)
2.5.2.3 Kanal Paging
Kanal paging digunakan untuk menyiagakan panggilan datang, menyampaikan informasi sistem (informasi registrasi, kelas BS, posisi BS, threshold kendali daya) dan informasi pengaksesan (jumlah kanal akses, persyaratan daya akses, jumlah yang mencoba akses, informasi authentication). Informasi paging dibangkitkan dengan laju 9,6 kbps atau 4,8 kbps [2].
Gambar 2.6. Blok Diagram Kanal Paging
Informasi ini akan melewati blok convolutional encoder dengan laju yang dihasilkan menjadi 19,2 kbps atau 9,6 kbps. Pada blok symbol repetition terjadi perulangan sehingga laju yang dihasilkan menjadi 19,2 kbps. Dan pada blok symbol interleaver maka laju simbolnya adalah 19,2 kbps.
Kanal paging mungkin membawa sejumlah message yang berbeda seperti parameter sistem, page. Secara mendasar, format dari message kanal paging adalah 8
Convolutional Encoder Symbol Repetition Symbol Interleaver Baseband Filter Baseband Filter PNI 1,2288 Mcps PNQ 1,2288 Mcps Σ Code Symbols 19,2 ksps 9,6 ksps Bit Kanal Pagging 9,6 kbps 4,8 kbps 19,2 ksps Modulation Symbols Hk k = 1, 2,…,7 1,288Mcps sin2πfct t fc π 2 cos To Transmitter s(t) 42-Long Code PN Generator Decimator: sample every 64 chip 19,2ksps 19,2 ksps
bit. Badan berisi informasi message kanal paging dan 30 bit terakhir digunakan untuk CRC. Generator polinomial CRC yang digunakan sama dengan generator polinomial pada kanal sinkronisasi. Format message kanal paging dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut [2].
Gambar 2.7. Format Message Kanal Pagging
2.5.2.4 Kanal Trafik
Berbeda dengan ketiga kanal lainnya yang membawa message informasi, kanal trafik digunakan untuk membawa message trafik dan kendali antara jaringan dan MS. Kanal trafik mempunyai laju data 1,2 kbps, 2,4 kbps, 4,8 kbps dan 9,6 kbps tergantung variasi pembicaraan user [2].
Sinyal suara dikodekan menjadi sebuah frame dengan durasi 20 ms dan memiliki 192, 96, 48 atau 24 bit per frame tegantung aktifitas pembicaraan. Dengan kata lain saat pembicaan aktif maka laju data tertinggi adalah 192 bit per frame dan ketika permbicaraan diam maka laju data adalah 24 bit per frame. Blok diagram kanal trafik ini ditunjukkan pada Gambar 2.8 [1].
MSG_LENGTH Message Body CRC
Gambar 2.8. Blok Diagram Kanal Trafik Forward Link.
2.5..3 Reverse Link
Reverse link pada CDMA terdiri dari dua kanal yaitu kanal akses dan kanal trafik. Untuk mengurangi interferensi dan mengurangi pemakaian daya MS, kanal pilot tidak dikirimkan pada reverse link. Kanal akses dan kanal trafik ini tidak dikirimkan oleh MS secara bersamaan.
2.5.3.1 Kanal Akses
Kanal akses digunakan oleh MS untuk meminta komunikasi dengan BS dan meresponi message yang dikirimkan oleh BS pada kanal pagging. Laju data yang dibangkitkan adalah 96 bit per frame dengan durasi 20 ms satu frame, 88 bit untuk membawa informasi dan 8 bit sebagai bit ekor. Akhirnya, laju data pada kanal ini adalah 4,8 kbps [1]. Convolutional Encoder Symbol Repetition Symbol Interleaver Baseband Filter Baseband Filter PNI 1,2288 Mcps PNQ 1,2288 Mcps Σ Code Symbols 19,2 ksps 9,6 ksps 4,8 ksps 2,4 ksps Modulation Symbols t fc π 2 sin t fc π 2 cos To Transmitter s(t)
CRC Adder Tail bit Adder
PN Generator 42 Tingkatan Decimator Decimator for MUX timing control MUX 9,6 kbps 4,8 kbps 2,4 kbps 1,2 kbps 9,2 kbps 4,4 kbps 2,2 kbps 0,8 kbps 8,6 kbps 4,0 kbps 2,0 kbps 0,8 kbps 19,2 ksps 19,2 ksps 1,2288 Mcps
Bit Kendali Daya 800 bps
hj
Bit Informasi
Gambar 2.9. Blok Diagram Kanal Akses
Gambar 2.9 menunjukkan blok diagram kanal akses [1]. Bit kanal akses akan melewati convolutional encoder yang menghasilkan laju 14,4 ksps dan kemudian akan mengalami perulangan pada blok repetition sehingga menghasilkan laju 28,8 ksps. Parameter-parameter modulasi kanal akses ditunjukkan pada tabel 2.3 [1].
Tabel.2.3 Parameter modulasi kanal akses
Convolutional Encoder Symbol Repetition Symbol Interleaver Baseband Filter Baseband Filter PNI 1,2288 Mcps PNQ 1,2288 Mcps Σ Code Symbols 28,8 ksps t fc π 2 sin t fc π 2 cos To Transmitter s(t) PN Generator 42 Tingkatan 4,8 kbps 1,2288 Mcps Bit Kanal Akses Walsh Encoder ½ Chip Delay 14,4 ksps Code Symbols 28,8 ksps Code Symbols 307,2 kcps Parameer Nilai Laju data 4,8 kbps Laju chip PN 1,2288 Mcps
Laju kode 1/3 bit/kode simbol Perulangan kode simbol 2 simbol/kode simbol Transmit duty cycle 100%
Laju kode simbol 28,8 ksps
Modulasi 6 simbol/mod simbol
Laju modulasi 4,8 ksps Laju chip Walsh 307,2 kcps Durasi mod simbol
PN chip/code symbol 42,67 PN chip/mod symbol 256 PN chip/Wlash chip 4
2.5.3.1 Kanal Trafik
Kanal trafik digunakan untuk membawa pembicaraan, data dan data kontrol antara MS dan BS. Laju data kanal trafik adalah 1,2 kbps, 2,4 kbps, 4,8 kbps, dan 9,8 kbps. Data ini dalam bentuk frame dengan durasi 20 ms yaitu 192 bit, 96 bit, 48 bit atau 24 bit pada setiap framenya. Delapan bit “all zero“ ditambahkan pada setiap akhir frame [1].
Gambar 2.10. Blok Diagram Kanal Trafik Reverse Link
Kanal trafik dimulai dengan pembuka “all zero“ untuk membantu BS pada kedatangan sinyal. Sebuah message yang dikirimkan dapat berupa ''dim“ and ''burst“ selama periode pembicaraan aktif atau ''blank and burst“ selama periode pembicaraan
Convolutional Encoder Symbol Repetition Symbol Interleaver Baseband Filter Baseband Filter PNI 1,2288 Mcps PNQ 1,2288 Mcps Σ Code Symbols t fc π 2 sin t fc π 2 cos To Transmitter s(t) PN Generator 42 Tingkatan 9,6 kbps 4,8 kbps 2,4 kbps 1,2 kbps 1,2288 Mcps Walsh Encoder ½ Chip Delay 28,8 ksps 14,4 ksps 7,2 ksps 3,6 ksps CRC encoder Tail adder Bit Informasi Kanal Trafik 9,2 kbps 4,4 kbps 2,0 kbps 0,8 kbps Data Burst Randomizer 8,6 kbps 4,0 kbps 2,0 kbps 0,8 kbps 28,8 ksps 28,8 ksps Code Symbols 4,8 ksps 307,2 kcps Laju data frame
42-bit long-code Mask
Kendali bit
maka laju data semakin besar juga dan sebaliknya semakin kecil aktivitas pembicaraan maka laju data semakin kecil [1].
Gambar 2.11. Proses Burst Ramdomisation
2.6 Handoff
Handoff (handover) merupakan proses peralihan penggunaan BS oleh MS. Ketika sebuah MS ingin keluar dari area cakupan satu BS maka MS harus berpindah ke area cakupan BS yang lain. Di dalam CDMA IS-95 terdapat 2 jenis handoff yaitu hard handoff dan soft handoff.
2.6.1 Hard Handoff
Hard handoff terjadi ketika adanya penggunaan frekuensi kanal yang berbeda. BS akan mengirimkan sebuah message ke MS untuk mengarahkannya pada kanal BS yang baru [2]. Message ini dikirim masih menggunakan kanal yang lama.
Kemudian MS akan menghentikan akses kepada BS yang pertama dan kemudian menyesuaikan dengan kanal baru pada BS yang baru dan kemudian akses diaktifkan kembali. Hal ini menjadi kelemahan proses hard handoff karena
13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1
13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1
13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1
13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1
Frame 20 ms = 576 kode simbol
Frame sebelumnya Frame berikutnya
Kendali Daya 20 ms = 36 kode simbol 9,6 kbps 4,8 kbps 2,4 kbps 1,2 kbps
menimbulkan drop call. Drop call ini terjadi karena adanya selang waktu pemutusan hubungan radio antara MS dan BS.
Hard handoff hanya akan digunakan pada operator yang memiliki alokasi frekuensi yang berbeda, seperti di Amerika Serikat. Mungkin saja dalam satu area cakupan menggunakan frekuensi A tetapi pada area cakupan yang lain menggunakan frekuensi B.
2.6.2 Soft Handoff
Soft handoff adalah salah satu inovasi dalam mobilitas yang dapat dilakukan dengan teknologi CDMA. Hal ini berkaitan dengan teknik atau pemindahan dari satu sel ke sel yang lain tanpa memutuskan hubungan radio kapanpun. Di dalam teknologi TDMA dan sistem analog, setiap pancaran sel pada frekuensinya sendiri, berbeda daripada sel-sel tetangganya.
Jika sebuah perangkat bergerak telah mencapai batas dari sel yang melayani panggilan sekarang, dapat dikatakan akan memutus hubungan radio dan secepatnya menyesuaikan dengan salah satu frekuensi sel-sel tetangganya dimana panggilan telah dipindahkan oleh jaringan dikarenakan perpindahan lokasi dari peralatan bergerak tersebut. Jika peralatan bergerak tersebut tidak bisa menyesuaikan dengan frekuensi barunya dalam sekejap, maka panggilan akan diputus.
Dalam proses soft handoff, MS akan membangun koneksi dengan lebih dari satu BS secara bersamaan untuk mendapatkan informasi kanal fordward link dari setiap BS. Dalam hal ini, proses soft handoff terjadi jika frekuensi RF setiap BS adalah sama, hanya kode Walsh yang digunakan berbeda [2].
Gambar 2.12 Level Sinyal Pada Proses Terjadinya Soft Handoff
Prosedur terjadinya soft handoff ditunjukkan pada Gambar 2.12 [1]. Pada saat Ec/Io sinyal yang diterima MS dari BS A menurun dan mendekati area cakupan BS B dimana Ec/Io BS B mendekati batas add threshold maka BS B terdaftar pada MS. Kemudian MS akan mengadakan koneksi dengan BS A dan BS B. Pada saat Ec/Io BS A mendekati batas drop threshold maka timer mulai dimulai. Jika Ec/Io BS A terus menurun dibawah batas drop threshold maka BS A jatuh sehingga MS hanya mengadakan hubungan dengan BS B sebagai BS yang baru.
2.7 Fading
Fading digunakan untuk menggambarkan fluktuasi yang cepat dari amplitudo sinyal dalam periode waktu dan jarak tempuh yang singkat [10]. Fading dapat disebabkan oleh pemantulan, penghamburan atau difraksi sinyal pancar sehingga mengakibatkan interferensi dua sinyal atau lebih yang datang di penerima pada waktu yang berbeda dengan beda waktu yang kecil. Sinyal-sinyal ini dikenal dengan sinyal multipath. waktu Base A Base B Add threshold Drop threshold Ec/Io Base B aktif Base B
terdaftar Drop timer dimulai Drop timer direset Drop timer dimulai Drop timer berakhir : Base A jatuh Margin exceeded
2.7.1 Multipath Fading
Kondisi lingkungan sangat mempengaruhi sinyal radio yang ditransmisikan melalui ruang bebas. Penghalang-penghalang yang berada antara pemancar dan penerima dapat mengakibatkan sinyal yang dipancarkan mengalami pantulan, hamburan dan difraksi.
Gambar 2.13 Multipath Mengakibatkan Delay Di MS
Gambar 2.13 menunjukkan efek dari multipath fading yang mengakibatkan waktu delay pada penerima [7]. Sinyal yang diterima pada penerima bukan hanya sinyal light of sign (LOS) tetapi juga sinyal jalur multipath. Sinyal LOS dan sinyal jalur multipath diterima dengan waktu yang berbeda yang diakibatkan panjang jalur sinyal-sinyal ini berbeda. Bahkan dalam kondisi lingkungan dimana penghalang begitu banyak, sinyal yang diterima hanya sinyal jalur multipath.
Efek dari multipath ini mengakibatkan variasi kuat sinyal yang diterima pada penerima. Pada Gambar 2.14 menunjukkan kuat daya sebagai penjumlahan sinyal LOS dan sinyal-sinyal multipath yang diterima pada penerima mengalami variasi dalam waktu tertentu [7]. Dengan adanya fading multipath ini, terdapat variasi kuat daya yang diterima. Akibatnya, ada saat kuat daya sinyal yang diterima mengalami penurunan yang sangat tajam.
Gambar 2.14 Sinyal yang Diterima pada Penerima Akibat Multipath Fading
Untuk memodelkan multipath ini maka digunakanlah beberapa distribusi yang dapat menggambarkan distribusi sinyal yang diterima pada penerima. Distribusi yang digunakan seperti distribusi Rayleingh, distribusi Rice, distribusi Nakagami-m dan lain-lain.
2.7.1.1 Rayleigh Fading
Pada kanal dengan model Rayleigh fading, sinyal yang diterima pada penerima hanya merupakan komponen jalur multipath tanpa ada jalur LOS [6]. Model ini digunakan untuk kondisi lingkungan outdoor dan perkotaan. Distribusi Rayleigh fading mempunyai pdf seperti pada persamaan 2.6 [1, 3].
…... (2.6)
dimana :
fR(r) adalah pdf sinyal yang diterima
− = 2 22 2 exp ) ( σ σ r r r fR
σ adalah nilai rms tegangan sinyal
σ2 adalah daya rata-rata terhadap waktu dari sinyal yang diterima
r adalah jumlah lintasan (r ≥ 0) 2.7.2 Efek Doppler
Efek Doppler dapat mempengaruhi terjadinya perubahan frekuensi yang diterima oleh antena penerima. Efek Doppler ini terjadi karena adanya pergerakan MS terhadap BS. Selain itu, pergerakan MS terhadap BS juga dapat mengakibatkan perbedaan frekuensi sinyal yang diterima. Frekuensi yang akan diterima dinyatakan oleh persamaan 2.7 [1].
…... (2.7)
dimana :
f1 adalah frekuensi yang diterima
f0 adalah frekuensi yang dipancarkan
c adalah kecepatan transmisi (kecepatan cahaya) d' adalah turunan jarak BS-MS terhadap watu ∆f adalah besar pergeseran frekuensi
f
f
c
d
f
f
=
+
∆
+
=
0 0 1'
1
Gambar 2.15 Ilustrasi Efek Doppler
Sehingga dari persamaan 2.8 dapat ditentukan pergeseran frekuensi. Besar pergeseran frekuensi ini dinyatakan pada persamaan 2.8.
…... ... (2.8)
Dari Gambar 2.15 dapat dinyatakan bahwa d' = v cos α, sehingga persamaan 3.5 menjadi dapat dinyatakan pada persamaan 2.9.
... (2.9) 0 ' f c d f = ∆ 0 cos f c v f = α ∆
dimana :
c adalah kecepatan cahaya fo adalah frekuensi pancaran
α adalah sudut antar BS dengan MS
Persamaan 2.9 akan mempunyai nilai maksimum jika cos α = 1. Nilai maksimun ini disebut sebagai pergeseran maksimum frekuensi doppler (fd) yang
dinyatakan pada persamaan 2.10.
…... (2.10)
Efek peningkatan frekuensi carrier atau laju MS adalah meningkatkan laju fading [3]. Dengan peningkatan laju fading ini, kemampuan tracking dan akurasi kendali daya menurun.
Peningkatan fd dapat diimbangi dengan peningkatan bandwidth B, itulah kenapa pada 3G CDMA seperti WCDMA atau CDMA 2000 x tidak terlalu sensitif terhadap eror kendali daya dibanding IS-95 [3]
2.7.3 Delay Spread
Dalam komunikasi selular, pada umumnya sinyal yang sampai ke antena penerima MS tidak hanya berasal dari sinyal lintasan langsung tetapi juga dari lintasan pantul. Jadi sinyal yang sampai itu merupakan penjumlahan dari banyak sinyal. Karena panjang setiap lintasan tidak sama maka masing-masing sinyal mengalami delay yang berbeda-beda sehingga informasi akan mengalami delay spread (Tm).
Besar delay spread ini berbeda-beda dipengaruhi oleh kondisi lingkungan. Semakin besar jumlah penghalang yang ada pada suatu daerah maka delay spread akan semakin besar. Pada tabel 3.1, ditunjukkan besar delay spread pada kondisi lingkungan yang berbeda [1].
fo c v fd =
Tabel 2.4 Besar nilai Delay Spread pada kondisi lingkungan yang berbeda
Delay spread menyebabkan bit data yang berdekatan menjadi overlap dan menghasilkan intersymbol (ISI) [7]. Hal ini disebabkan karena adanya waktu delay sinyal LOS dan sinyal-sinyal jalur multipath. Pada Gambar 2.16 sinyal S(t) yang dipancarkan melewati kanal multipath yang mengakibatkan sinyal P(r) yang diterima mengalami overlap, sehingga akan mengakibatkan ISI [7].
Gambar 2.16 Delay Spread Mengakibatkan ISI
2.8 Rake Receiver
Karena adanya multipath maka akan diperoleh tambahan noise pada sistem apabila delay spread lebih besar dari waktu chip. Peningkatan performansi dapat dilakukan apabila lintasan-lintasan yang tiba pada penerima dapat dideteksi secara terpisah dan kemudian digabungkan secara koheren (disamakan fasanya). Penerima seperti ini disebut sebagai rake receiver.
Lingkungan Delay Spread
Dalam ruangan
Daerah terbuka < 0,2 μs Area pedesaan 0,5 μs Daerah perkotaan 3 μs
Gambar 2.17 Blok Diagram Rake Receiver
Cara kerja rake receiver ditunjukkan oleh Gambar 2.17. Misalkan sinyal yang sampai pada Rx pertama, z(t) merupakan penjumlahan dari N lintasan sinyal. Untuk lintasan 2 perkalian z(t) dengan ci(t-∆2), kemudian integrasi dimulai pada ∆2, selama
Tb detik akan menghasilkan respon untuk lintasan 2. Hal yang sama dilakukan untuk
semua lintasan kemudian respon semua lintasan dijumlahkan setelah phasanya disamakan. Rake receiver ini akan menghasilkan sinyal yang lebih kuat untuk proses demodulasi.
2.9 Kendali Daya
Kendali daya memegang peranan yang penting dalam komunikasi nirkabel. Kendali daya meliputi kendali daya reverse link dan kendali daya forward link. Kendali daya fordward link digunakan untuk memperbesar kapasitas sistem, sedangkan kendali daya reverse link digunakan untuk mengendalikan hubungan BS dan MS serta mengendalikan daya.
2.9.1 Metode Kendali Daya
Keuntungan dari kendali daya yaitu penghematan daya karena daya yang dipancarkan oleh BS sesuai dengan daya yang diterima oleh MS. Kendali daya
dilakukan BS dengan mengirimkan sinyal secara kontinu. CDMA menggunakan kendali daya open-loop dan kendali daya close-loop.
2.9.1.1 Kendali Daya Open-Loop
Setiap MS mengukur kuat sinyal pilot yang diterimanya. Dengan pengukuran dan informasi link power budget, maka rugi-rugi lintasan forward link dapat diestimasi. Dengan asumsi bahwa rugi-rugi pada forward link adalah sama dengan rugi-rugi pada reverse link maka persamaan untuk reverse link dapat dinyatakan sebagai berikut :
…... (2.10) dimana :
SNRR adalah signal to ratio yang diterima oleh BS
PM adalah daya yang dipancarkan oleh MS
L adalah rugi-rugi lintasan pada reverse link
NI adalah total noise dan interferensi pada reverse link. Sehingga, daya yang dipancarkan oleh MS adalah
…... (2.11) Pada forward link, daya yang diterima MS adalah
…... (2.12a) …... (2.12b) dimana :
PR adalah daya yang diterima MS
PT adalah daya yang dipancarkan BS
L adalah rugi lintasan pada forward link
) ( ) ( ) ( ) (dB P dBm L dB NI dBm SNRR = M − − ) ( ) ( ) ( ) (d B m S N R d B L d B N I d B m PM = R + + ) ( ) ( ) (dBm P dBm L dB PR = T − ) ( ) ( ) (dB P dBm P dBm L = T − R
Dengan mensubsitusi persamaan 2.12b dan persamaan 2.11 maka
… (2.13a) .. …... (2.13b) Pada CDMA IS-95, nilai nominal konstanta const adalah -73 dB [1]. Pada kendali daya open loop, jika kuat sinyal tinggi maka daya pancar MS akan berkurang dengan cepat. Namun, jika dalam pengukuran kuat sinyal jatuh maka daya pancar MS naik dengan lambat.
Kendali daya open loop memiliki respon yang cepat terhadap variasi kuat daya, namun karena rugi-rugi lintasan pada forward link dan reverse link tidaklah sama sehingga menyebabkan ketidaktepatan daya pancar MS.
2.9.1.2 Kendali Daya Closed-Loop
Adanya rugi-rugi daya pada kanal menyebabkan kuat daya yang diterima PR
pada BS mengalami variasi. Rugi-rugi daya ini dapat dilihat sebagai selisih daya yang diterima PR dengan daya target Ptarget.. Variasi daya ini ditunjukkan pada
Gambar 2.18.
Gambar 2.18 Daya yang Diterima BS terhadap Daya Target ) ( ) ( ) ( ) ( ) (d B m S N Ra rg d B P d B m N Id B m P d B m PM = t e t + T + − R ) ( ) ( ) (dBm ConstdB P dBm PM = − R
Zona A menunjukkan kuat daya yang diterima lebih besar daripada daya target dan zona B menunjukkan kuat daya yang diterima lebih rendah daripada daya target. Jika kuat daya yang diterima pada zona A maka BS memerintahkan MS untuk menurunkan daya pancarnya. Begitu juga sebaliknya jika kuat daya yang diteima pada zona B maka BS memerintahkan MS untuk menurunkan daya pancarnya. Perintah ini dikirim berupa bit PCC (power control command).
Pada kendali daya closed-loop terdapat step-size logic yang digunakan untuk mengatur kuat daya pancar PT dari MS. Dengan adanya step-size logic ini maka kuat
daya yang diterima pada BS mendekati target Ptarget yang telah ditentukan. Maka kuat
daya pancar MS dapat dinyatakan seperti pada persamaan 2.14.
…... (2.14) dimana :
PT adalah daya pancar MS
adalah daya pancar MS sebelumnya
ΔP adalah besar penambahan daya step-size logic
Step-size logic terdiri dari dua yaitu fixed step-size dan adaptive step-size. Bit PCC pada fixed step-size hanya satu bit saja yitu bit 1 dan bit 0. Jika bit PCC adalah 1 maka MS akan menaikkan daya pancarnya. Demikian juga sebaliknya, jika bit PCC adalah 0 maka MS akan menurunkan daya pancarnya. Inilah yang membuat istilah bang-bang control loop Adaptive step-size menggunakan variable step-size logic. Bit PCC pada adaptive step-size lebih dari satu bit.
P P
