SOFT HANDOFF DAN HARD HANDOFF TERHADAP
KAPASITAS SISTEM SELULAR CDMA
Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh :
Nama : Waldy Gagantika
NIM : 41405110159
Jurusan : Teknik Elektro
Peminatan : Teknik Telekomunikasi
Pembimbing : Ir. A.Y. Syauki, MBAT.
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCUBUANA
JAKARTA
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini,
Nama : WALDY GAGANTIKA
NIM : 41405110159
Jurusan : Teknik Elektro
Fakultas : Teknologi Industri
Judul Skripsi : ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN SOFT HANDOFF DAN HARD HANDOFF TERHADAP KAPASITAS SISTEM SELULAR CDMA
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata dikemudian hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana.
Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan.
Penulis,
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN
SOFT HANDOFF DAN HARD HANDOFF TERHADAP
KAPASITAS SISTEM SELULAR CDMA
Disusun Oleh :
Nama : WALDY GAGANTIKA
NIM : 41405110159
Program Studi : Teknik Elektro
Peminatan : Teknik Telekomunikasi
Menyetujui,
Pembimbing Koordinator TA
(Ir. A.Y. Syauki, MBAT) ( Ir. Yudhi Gunardi, MT )
Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Elektro
ABSTRAK
Pengguna sistem komunikasi bergerak pasti akan berpindah-pindah dari satu tempat ke tempat lain. Agar pembicaraan tetap terus tersambung, maka diperlukan proses handoff. Handoff adalah prosedur yang dilakukan saat pengguna berpindah antar sel agar hubungan antara mobile station dengan base station tetap berjalan. Proses handoff ini ada dua macam, yaitu soft handoff dan hard handoff. Soft handoff yaitu proses handoff ketika hubungan dengan base station pertama masih dipertahankan hingga hubungan dengan base station kedua tersambung. Hard handoff yaitu proses handoff ketika hubungan dengan base station pertama diakhiri sebelum hubungan dengan base station kedua tersambung.
Pada tugas akhir ini akan dianalisis pengaruh dari penggunaan soft handoff terhadap kapasitas pengguna pada sistem CDMA jika dibandingkan dengan penggunaan hard handoff. Dan juga dianalisis pengaruh interferensi terhadap kapasitas pengguna.
Program simulasi yang dibuat dapat menampilkan nilai interferensi dan kapasitas pemakai berdasarkan parameter standar deviasi dan exponent pathloss. Dari analisis dapat diketahui bahwa user yang sedang melakukan handoff akan sangat dipengaruhi oleh user yang berada pada sel lain. Jika menggunakan sistem hard handoff maka interferensi yang mempengaruhi user berasal dari user yang berada di luar sel asal yang akan menyebabkan interferensi yang dihasilkan cukup besar. Sedangkan jika menggunakan sistem soft handoff interferensi yang terjadi hanya dipengaruhi oleh user yang berasal dari sel asal dan dua sel terdekatnya saja. Dengan berkurangnya interferensi yang terjadi akibat dari penggunaan soft handoff, dapat memberikan peningkatan kapasitas dibanding dengan menggunakan hard handoff. Kata kunci : CDMA, soft handoff, hard handoff, interferensi, kapasitas.
ABSTRACT
User of mobile communication system will always moves one place into another. Handoff process is needed to keep the speech simultaneously. Handoff are procedures designed to maintain continuity of the connection between mobile station and base station while the user moves. Soft handoff and hard handoff are kinds of handoff procedures. Soft handoff allows the mobile station to commence communication with a new base station without interrupting communicaton with the current serving one. Hard handoff is when the airlink connection between the mobile and it’s initially serving base station are momentarily severed before reconnecting with a new base station.
This final project will be analyzed effect of using soft handoff to the user capacity of CDMA system and compare to the hard handoff used. And it is also analyzed interference effect.
Simulation program is made to be present the interference and user capacity value depends of standard deviation and exponent pathloss parameter. Analytical results show that user which in pursuance of handoff will very affected by other user in another cell. Where if used hard handoff system, the interference that affecting the user only came from another users outside the given cell and could cause big interference. While, if using soft handoff, the interference only affected by another user that came from the given cell and from the two nearest cell. With decreasing the interference that happened because of the used soft handoff, could increase capacity compare of using hard handoff.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang senantiasa melimpahkan nikmat, karunia dan rahmat-Nya yang selalu memberikan kemudahan kepada hamba-hamba-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir (Skripsi) dengan judul “ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN SOFT HANDOFF DAN HARD HANDOFF TERHADAP KAPASITAS SISTEM SELULAR CDMA”.
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir (Skripsi) ini dapat terselesaikan, juga karena bantuan orang-orang disekitar penulis. Penghargaan dan terimakasih sedalam-dalamnya penulis ucapkan kepada:
1. Bapak Ir. A.Y. Syauki, MBAT. Selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktunya.
2. Kedua orang tuaku dan adik-adikku, terima kasih atas do’a dan supportnya. Semoga Allah selalu berikan yang terbaik buat keluarga kita. AMIN
3. Keluarga besar Sastramihardja atas semua do’a dan dukungannya selama ini.
4. Keluarga Lumajang, terima kasih buat dukungan dan nasehat yg telah diberikan. Makasih ya Ma, Pa.
5. Teman – teman seperjuangan, Ekstensi angkatan 2005, yang banyak memberikan bantuan sehingga bisa menyelesaikan TA ini. Makasih banyak.
6. Teman kantor, makasih ya.
7. Dosen - dosen Mercubuana, terima kasih atas ilmu yang telah diberikan selama menempuh study.
8. Riani & Angga, terima kasih atas masukannya.
9. Sahabat – sahabatku yang tidak dapat Penulis sebutkan satu persatu. Terima kasih.
Penulis hanya bisa mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya mudah-mudahan semua yang telah diberikan oleh rekan-rekan semua dibalas dengan kebaikan oleh Allah swt. Amin.
Tangerang, Agustus 2007 Penulis,
DAFTAR ISI hal HALAMAN JUDUL... ... i LEMBAR PERNYATAAN ... ... ii LEMBAR PENGESAHAN ... ... iii ABSTRAK ... ... iv ABSTRACT... ... v KATA PENGANTAR ... ... vi DAFTAR ISI... ... vii i DAFTAR GAMBAR ... ... xi DAFTAR TABEL... ... xii BAB I PENDAHULUAN... ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan ... 2
1.3 Pembatasan Masalah ... 2
1.4 Metodologi ... 2
1.5 Sistematika Penulisan Laporan ... 3
BAB II SISTEM SELULAR CDMA……… ... ... 4
2.1 Sistem Komunikasi CDMA ... ... 4 2.2 Sistem Spektrum Tersebar ...
... 4 2.3 Teknik DS-CDMA ... ... 5 2.4 CDMA 2000... ... 8 2.4.1 Evolusi CDMA 2000 ... ... 9 2.4.2 Arsitektur CDMA 2000 ... ... 10 2.4.2.1 Mobile Station / Mobile unit (MS) ...
... 11 2.4.2.2 Radio Base Station /Base Transceiver Station
... 11 2.4.2.3 Base Station Controller (BSC) ...
... 11 2.4.2.4 Router...
... 11 2.4.2.5 Packet Data Serving Node (PDSN) ...
2.4.2.6 Fire wall... ... 12 2.4.2.7 Authentication, Authorization, and Accounting ...12 2.4.2.8 Home Agent...
... 12 2.4.2.9 Mobile Telephone Switching Office(MTSO) .
... 12 2.4.2.10 Data Base Unit...
... 12 2.2.3 Air Interface CDMA 2000 ...
... 13 2.2.4 Proses Link Radio pada CDMA...
... 13 2.2.4.1 Proses Radio Link pada Kanal Balik ...
... 14 2.2.4.2 Proses Radio Link pada Kanal Maju...
15
2.2.5 Kanal Maju (Forward)... ... 16 2.2.6 Kanal Balik ...
... 18 2.2.6.1 Reverse Common Channel...
... 19 2.2.6.2 Reverse Dedicated Channel...
... 20 2.5 Handoff CDMA 2000...
... 21 2.5.1 Macam – macam Handoff CDMA 2000 ...
2.5.1.1 Intracell atau Hard Handoff... ... 22 2.5.1.2 Intercell atau Soft Handoff...
... 22 2.5.2.3 Intersector atau Softer Handoff...
... 23 2.6 Pilot Set... ... 24 2.7 Search Window... ... 24 2.8 Parameter Handoff... ... 25 2.9 Kapasitas sistem CDMA ...
... 26 2.9.1 Voice Activity...
... 26 2.9.2 Sektorisasi sel...
... 27 2.9.2.1 Konfigurasi Omni Transmit/Omni Receive...
... 27 2.9.2.2 Konfigurasi Omni Transmit/Sector Receive....
... 28 2.9.2.3 Konfigurasi Sector Transmit/Sector Receive..
... 28 2.10 Interferensi Sel ...
... 29
BAB III PROSES HANDOFF ... ... 30
3.1 Model Propagasi ... ... 30
3.2 Kapasitas Reverse Link ... ... 31 3.2.1 Hard Handoff... ... 31 3.2.2 Soft Handoff... ... 34 3.3 Kapasitas Single Sel CDMA ...
... 37 3.4 KapasitasMultiple Sel CDMA ...
... 38 3.5 Perancangan Program ...
... 38 3.5.1 Nilai Faktor Interferensi pada Hard Handoff dan
Soft handoff... ... 39 3.5.3 Menghitung kapasitas pada hard handoff dan
soft handoff... ... 41
BAB IV ANALISIS... 42
4.1 Analisis Kapasitas Arah Reverse ... ... 42 4.1.1 Hard Handoff... ... 42 4.1.2 Soft Handoff... ... 44 4.1.3 Kenaikan Kapasitas... ... 46 4.1.4 Pengaruh Interferensi terhadap Kapasitas ...
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... ... 50 5.1 Kesimpulan ... ... 50 5.2 Saran... ... 51 DAFTAR PUSTAKA ... ... 52 LAMPIRAN... ... 53
DAFTAR GAMBAR
hal
Gambar 2.1 Sistem spektrum tersebar ... ... 5 Gambar 2.2 Model dasar sistem direct sequence spektrum tersebar ...
... 6 Gambar 2.3 Rapat spektrum daya pada penerima...
... 7 Gambar 2.4 Arsitektur sistem komunikasi bergerak selular CDMA 2000 ....
... 10 Gambar 2.5 Struktur kanal balik CDMA yang diterima pada BTS ...
... 14 Gambar 2.6 Struktur kanal maju ...
... 15 Gambar 2.7 Transmisi kanal maju CDMA 2000 oleh BTS...
... 17 Gambar 2.8 Struktur kanal balik CDMA 2000 pada BTS saat penerimaan ..
... 19 Gambar 2.9 Soft Handoff...
... 23 Gambar 2.10 Softer Handoff...
... 23 Gambar 2.11 Konfigurasi sektor sel ...
... 27 Gambar 3.1 Batas – batas sel hexagonal dan jaraknya ...
... 32 Gambar 3.2 Daerah So dan jarak diantara dua sel terbaik...
Gambar 3.3 Diagram alir program secara umum... ... 39 Gambar 3.4 Diagram alir mencari nilai faktor interferensi pada
hard handoff... ... 40 Gambar 3.5 Diagram alir mencari nilai faktor interferensi pada
soft handoff... ... 40 Gambar 3.6 Diagram alir mencari kenaikan kapasitas ...
... 41 Gambar 3.7 Diagram alir mencari nilai kapasitas pada hard handoff
dan soft handoff... ... 41 Gambar 4.1 Harga f pada hard handoff dengan nilai n = 3 ...
... 42 Gambar 4.2 Harga f pada hard handoff dengan nilai n = 4 ...
... 43 Gambar 4.3 Harga f pada hard handoff dengan nilai n = 5 ...
... 43 Gambar 4.4 Harga f pada soft handoff dengan nilai n = 3 ...
... 45 Gambar 4.5 Harga f pada soft handoff dengan nilai n = 4 ...
... 45 Gambar 4.6 Harga f pada soft handoff dengan nilai n = 5 ...
... 46 Gambar 4.7 Kenaikan kapasitas...
... 47 Gambar 4.8 Perbandingan kapasitas soft handoff dan hard handoff...
DAFTAR TABEL
hal
Tabel 2.1 Spesifikasi air interface CDMA 2000 ... ... 13 Tabel 2.2 Nilai search window...
... 25 Tabel 2.3 Nilai parameter handoff...
... 26 Tabel 3.1 Harga exponent pathloss (n) menurut model Lee...
... 31 Tabel 3.2 Harga f pada hard handoff...
... 34 Tabel 3.3 Harga f pada soft handoff...
... 36 Tabel 4.1 Faktor kenaikan kapasitas ...
... 47 Tabel 4.2 Kapasitas pada hard handoff dan soft handoff...
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Perkembangan teknologi seluler semakin lama semakin maju, salah satunya Code Division Multiple Access (CDMA). CDMA merupakan sistem akses banyak dengan menggunakan kode – kode. Keuntungan menggunakan sistem CDMA adalah kapasitas tinggi dengan keamanan yang terjamin.
Pada sistem seluler dikenal dengan efek ping – pong. Efek ping – pong
adalah efek yang ditimbulkan saat MS (Mobile Station) berada pada pinggir sel yang melayani dan sekaligus berada pada pinggir sel – sel tetangga. Sehingga dapat terjadi handoff yang berpindah – pindah antar sel tersebut. Untuk mengatasi hal ini digunakan soft handoff.
Soft handoff dikenal dengan make before break adalah handoff yang tetap mempertahankan hubungan dengan sel lama sekaligus membuat hubungan dengan sel baru. Sinyal yang digunakan adalah sinyal terbaik di antara keduanya. Jadi selain mengatasi efek ping – pong juga menghasilkan kualitas suara yang baik Dengan menggunakan soft handoff, komunikasi antar base station asal dengan base station yang akan dituju tidak terjadi pemutusan hubungan, sehingga interferensi yang terjadi hanya berasal dari base station asal dan dua base station
terdekat. Sedangkan jika menggunakan hard handoff, komunikasi antara base station asal akan terputus sebelum hubungan dengan base station yang dituju terhubung, sehingga interferensi yang terjadi dari user yang sedang handoff akan dipengaruhi oleh user yang berasal diluar sel asal. Hal itu yang menyebabkan interferensi yang terjadi pada saat handoff jika menggunakan soft handoff akan lebih kecil dibanding hard handoff, sehingga dengan semakin kecilnya interferensi yang terjadi diharapkan dapat memberikan peningkatan kapasitas.
1.2 TUJUAN
Tujuan pembuatan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisis pengaruh dari penggunaan soft handoff terhadap kapasitas sistem CDMA dan tingkat kenaikannya jika dibandingkan dengan hard handoff.
1.3 PEMBATASAN MASALAH
Dalam pembahasan Tugas Akhir ini penulis hanya membatasi pada masalah :
1. Perbandingan penggunaan soft handoff dan hard handoff terhadap kapasitas.
2. Bentuk sel yang digunakan dalam perhitungan adalah hexagonal.
3. Analisis perhitungan lebih menekankan pada rugi kapasitas yang hilang pada arah reverse, yaitu dari arah MS ke BTS.
4. Sektorisasi sel dianggap ideal dengan menggunakan antena tiga sektor. 5. Voice activity dianggap konstan, yaitu 30% - 40% atau sekitar 3/8.
1.4 METODOLOGI
Metodologi yang digunakan dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah : 1. Studi literatur
Tahap ini melakukan pengumpulan data – data yang dibutuhkan yang berasal dari buku, jurnal – jurnal.
2. Pengambilan data
Tahap ini melakukan pengambilan data yang dibutuhkan di Telkom Divre II Jakarta. Data-data tersebut di antaranya adalah :
• Laju bit. • Energi per bit. • Voice activity. • Gain sektorisasi. 3. Analisis data
Tahap ini membuat program komputer untuk memudahkan menganalisis permasalahan dengan menggunakan data-data yang ada
sehingga dapat memperhitungkan nilai faktor interferensi dan pengaruhnya terhadap kapasitas pengguna serta analisa perbandingannya jika menggunakan metode soft handoff dan hard handoff.
1.5 SISTEMATIKA PENULISAN LAPORAN
Sistematika penulisan laporan Tugas Akhir ini meliputi : Bab I Pendahuluan
Dalam bab ini akan berisi latar belakang, tujuan dan batasan dalam penulisan Tugas Akhir ini.
Bab II Sistem Seluler CDMA
Dalam bab ini akan berisi tentang konsep jaringan seluler CDMA
Bab III Proses Handoff
Dalam bab ini akan berisi tentang konsep handoff
Bab IV Analisis Pengaruh Penggunaan Soft Handoff dan Hard Handoff
Terhadap Kapasitas Sistem Seluler CDMA
Dalam bab ini akan berisi tentang pengaruh dari penggunaan
soft handoff terhadap kapasitas sistem CDMA dan tingkat kenaikannya jika dibandingkan dengan hard handoff
Bab V Kesimpulan dan Saran
Dalam bab ini akan berisi tentang kesimpulan dan saran dari analisis perbandingan penggunaan soft handoff dan hard handoff terhadap kapasitas sistem seluler CDMA
BAB II
SISTEM SELULAR CDMA
2.1 Sistem Komunikasi CDMA 2000
Diantara sistem komunikasi CDMA 2000, teknik spektrum tersebar (spread spectrum) yang ada (direct sequence, frequency hopping dan time hopping), metode direct sequence merupakan metode yang paling banyak digunakan. Hal ini dipertimbangkan karena merupakan metode yang paling mudah dalam mensimulasikan dan merealisasikan perangkat kerasnya.
Teknik DS-CDMA (Direct Sequence-Code Division Multiple Access) saat ini telah memegang peranan penting dalam sistem komunikasi selular. CDMA 2000 merupakan salah satu contoh penerapan teknik komunikasi spektrum tersebar dan dapat secara efektif memultipleks banyak pengguna dalam pita frekuensi dan waktu yang sama. Hal ini dapat disebabkan karena kanal tiap pengguna dibedakan oleh kode unik yang digunakan untuk menyebarkan sinyal informasi pada bandwidth yang jauh lebih lebar dibandingkan bandwidth sinyal informasi.
Satu pengguna direpresentasikan oleh sebuah kode dan semua pengguna bekerja pada satu frekuensi pembawa uplink dan satu frekuensi pembawa
downlink. Frekuensi uplink antara 824-849 MHz sedangkan frekuensi downlink
antara 869 - 894 MHz.
2.2 Sistem Spektrum Tersebar
Sistem spektrum tersebar merupakan suatu sistem komunikasi dimana sinyal informasi dikirimkan dengan menggunakan bandwidth transmisi yang jauh lebih besar daripada bandwidth datanya. Pada teknik spektrum tersebar, sinyal penyebaran dihasilkan dengan mengalikan sinyal modulasi dengan suatu urutan kode bit stream yang disebut dengan PN (pseudo noise). Kode ini membuat sinyal penyebaran bekerja seperti layaknya derau (noise) yaitu mempunyai level daya rendah dengan bandwidth yang sangat lebar. Sinyal penyebaranbekerja pada rate
transmisi. Pada penerima spektrum tersebar, digunakan replika kode PN yang sama dan sebuah korelator penerima. Sinyal yang tadinya bersifat seperti derau akan dikembalikan lagi ke bentuk aslinya. Korelator penerima spektrum tersebar bekerja seperti matched filter, dimana hanya merespon pada sinyal yang mempunyai kode yang sama dengan kode yang dimilikinya.
Masing-masing pengguna menggunakan urutan kode unik (kode penyebar atau spreading code) yang digunakan untuk melakukan proses pengkodean sinyal informasi. Penerima harus mengetahui urutan kode yang digunakan pengirim, mendekodekan sinyal yang diterima sehingga diperoleh kembali sinyal aslinya. Karena lebar pita sinyal kode dipilih lebih besar daripada lebar pita sinyal informasi, maka proses pengkodean menyebabkan pelebaran spektrum sinyal. Seluruh pengguna akses ini dapat menempati seluruh spektrum CDMA sebesar 1,25 MHz, seperti pada Gambar 2.1. Hal ini menyebabkan CDMA sering disebut dengan spektrum tersebar, karena sinyal pengguna yang telah dikodekan tersebar di seluruh lebar pita CDMA.
Gambar 2.1 Spektrum Tersebar.
2.3 Teknik DS-CDMA (Direct Sequence-Code Division Multiple Access) Teknik direct sequence adalah teknik modulasi spektrum tersebar dimana sinyal informasi yang akan dikirimkan terlebih dahulu dimodulasi dengan sederetan kode yang disebut Pseudonoise code (kode yang menyerupai derau) dan dibangkitkan oleh PRG (Pseudo Random Generator) secara acak. Tiap bit informasi disimbolkan oleh sejumlah bit yang dikodekan secara unik, yang disebut chip. Chip adalah sebutan untuk satuan bit kode untuk membedakannya dari satuan bit data informasi yang tetap disebut dengan bit. Kode ini bersifat unik
yang berarti satu kode hanya boleh digunakan oleh seorang pengguna dan tidak boleh digunakan oleh pengguna lain. Selain itu, kode bersifat orthogonal yaitu antar kode saling bebas (independent) dan tidak saling mempengaruhi antara satu dengan lainnya. Model dasar sistem direct sequence spektrum tersebar menggunakan modulasi BPSK (Binary Phase Shift Keying) ditunjukkan pada Gambar 2.2.
gangguan
Keterangan :
m(t) = bit data masukan x(t) = sinyal hasil modulasi p(t) = kode penyebar s(t) = sinyal spektrum sebar r (t) = sinyal terima
p’(t) = salinan dari sinyal p(t) pada pengirim
y(t) = sinyal hasil despreading
) t (
m = bit data keluaran
) t ( m Data biner spreading y (t) despreading p’(t) m(t) x(t) (t) s p(t) PRG
∫
dt r(t) fc PRG fcGambar 2.2 Model Dasar Sistem Direct Sequence Spektrum Tersebar.
Pada bagian pengirim, sinyal informasi / data biner m(t), dimodulasi menghasilkan sinyal informasi termodulasi x(t) yang memiliki laju data Rm (bit/s)
dimodulasi lagi dengan sinyal acak semu (pseudo noise) p(t), menghasilkan sinyal spektrum tersebar s(t). Sinyal p(t) adalah sinyal pengkode, yang memiliki laju
chip lebih besar dibandingkan laju data sinyal informasi. Keacakan sinyal p(t) ditentukan berdasarkan pola pembangkitannya dari PRG. Kode tersebut bersifat unik dan saling bebas terhadap sinyal informasi atau terhadap deretan acak semu yang dihasilkannya.
Pada bagian penerima, sinyal yang diterima r(t) dikalikan kembali dengan sinyal acak semu p’(t) yang merupakan salinan dari sinyal p(t) pada pengirim. Sinyal p’(t) disebut dengan sinyal referensi yang diperoleh dari proses sinkronisasi kode. Jika diasumsikan proses sinkronisasi terjadi dengan sempurna maka p’(t) = p(t). Perkalian r(t) dengan p’(t) menghasilkan kembali sinyal informasi termodulasi y(t). Proses untuk mendapatkan kembali informasi termodulasi dari sinyal spektrum tersebar dinamakan despreading. Demodulator
yang digunakan disebut demodulator spreading. Sinyal y(t) selanjutnya didemodulasi dan difilter untuk memperoleh kembali sinyal informasi biner m(t).
Jika sinyal spektrum tersebar yang diinginkan pada penerima r(t) terkontaminasi oleh gangguan seperti interferensi, maka proses perkalian dengan sinyal p’(t) akan menebarkan sinyal interferensi ke seluruh lebar pita sistem Wss
dan memunculkan kembali sinyal informasi termodulasi dengan lebar pita sebesar BBm. Pada keluaran demodulator spreading, rapat spektral daya sinyal interferensi akan lebih kecil dibandingkan rapat daya sinyal informasi termodulasi yang diinginkan, seperti yang ditunjukkan Gambar 2.3. Proses pemfilteran akan menghilangkan komponen sinyal interferensi yang tidak menempati lebar pita, sehingga diperoleh kinerja yang memadai untuk sistem komunikasi.
Kepadatan spektrum
f Kepadatan spektrum
Wss
(a) Sebelum prosesdespreading Sinyal spektrum sebar Gangguan (derau,interferensi) Bm f Gangguan (derau,interferensi) sinyal termodulasi
.
(b) Setelah proses despreading Gambar 2.3 Rapat Spektrum Daya pada Penerima.
Kemampuan sistem spektrum tersebar melawan interferensi ditunjukkan oleh perbandingan lebar pita sistem Wss, terhadap lebar pita sinyal informasi
termodulasi Bm. Perbandingannya disebut processing gain (G), dan dinyatakan
dalam persamaan berikut : (Gatot Santoso, 2003)
b c m ss R R B W G= = (2.1)
dengan Rc = kecepatan chip dan Rb = kecepatan data
Pada sistem CDMA, kecepatan chip (Rc) penyebar adalah 1,2288 Mbps dan
kecepatan data 9,6 Kbps sehingga menghasilkan processing gain sebesar :
128 9600 10 . 2288 , 1 6 = = G dB 21 9600 10 . 2288 , 1 log 10 6 = =
Semakin besar processing gain sistem, maka semakin baik kinerja sistem dalam menekan interferensi.
Keuntungan dari penggunaan teknologi spektrum tersebar ini adalah : 1. Toleransi yang tinggi terhadap berbagai interferensi, karena dimodulasi
dengan sinyal derau semu.
2. Tingkat keamanan yang tinggi karena menggunakan kode unik dan sinyal acak semu.
3. Komunikasi akses jamak untuk pelanggan yang banyak dalam satu alokasi spektrum frekuensi di suatu daerah.
CDMA2000 adalah suatu bentuk teknologi tanpa kabel (wireless) yang merupakan bagian dari spesifikasi IMT-2000 dan merupakan perluasan dari bentuk teknologi CDMAOne yang menggunakan standar IS-95A/B
Sejalan dengan berkembangnya teknologi seluler di Indonesia, saat ini teknologi seluler berbasis CDMA2000 telah mulai memasuki pangsa pasar di Indonesia. Berdasarkan generasinya, teknologi CDMA2000 diklasifikasikan sebagai teknologi seluler generasi ketiga (3G). Teknologi CDMA2000 ini dikembangkan oleh suatu lembaga kerja sama berskala internasional yang disebut 3GPP2 (3G Partnership Project 2).
Beberapa ciri yang dimiliki CDMA2000 (IMT-2000) adalah :
1) Multi rate service yang mencakup 2 Mbps untuk fixed, 384 Kbps untuk pedestrian atau pergerakan lambat dan 144 Kbps untuk pergerakan cepat atau mobile.
2) Seamless coverage yang meliputi piko, mikro dan makro untuk
mendukung perbedaan kerapatan user.
3) Multi operator capabilities (roaming).
4) Efisiensi spektrum tinggi sehingga kapasitas meningkat. 5) Quality of Service (QOS) yang fleksibel.
6) Sistem keamanan yang tinggi.
2.4.1 Evolusi CDMA2000
Teknologi CDMA2000 ini sendiri mengalami evolusi, yaitu dimulai dengan CDMA2000 1xRTT (Radio Transmission Technology) atau CDMA2000 1x, CDMA2000 1xEV-DO, CDMA2000 1xEV-DV, dan akhirnya menjadi CDMA2000 3xRTT (multicarrier).
CDMA 1x merupakan generasi pertama dari teknologi CDMA2000. Teknologi CDMA2000 1x ini mampu mempunyai kapasitas dua kali kapasitas pendahulunya CDMA-One (IS-95A) atau sekitar 35 kanal trafik/sektor/RF, dan juga dapat digunakan untuk transmisi data dengan kecepatan maksimum sebesar 153 kbps (Release 0) atau 307 kbps (Release 1) untuk spektrum frekuensi dengan lebar pita (bandwidth) sebesar 1,25 MHz.
CDMA2000 1xEV (Evolusi) merupakan generasi berikutnya dari generasi CDMA2000 1x. Ada perbedaan yang sangat penting antara kedua sistem multiple
access ini, yaitu pada CDMA2000 1x masih menggunakan kode Walsh dan
FDMA saja untuk proses pembagian kanal, sedangkan pada CDMA2000 1xEV juga menggunakan teknologi Time Domain Multiplexing (TDM) untuk pengiriman data yang berupa paket. CDMA2000 1xEV ini dikembangkan lagi dalam dua fase yaitu :
a. CDMA2000 1xEV-DO (Evolusi Data Only). Teknologi ini diperkirakan akan mampu untuk mentransmisikan data dengan kecepatan maksimum sampai 2,4 Mbps yang dapat digunakan untuk aplikasi video conferencing. b. CDMA2000 1xEV-DV (Evolusi Data & Voice). Teknologi ini mempunyai
performansi lebih baik lagi, yaitu diperkirakan akan mampu mentransmisikan voice dan data berkecepatan tinggi sampai 3,09 Mbps dan dapat digunakan untuk high speed multimedia services.
CDMA2000 3x (multiple carrier) merupakan penggabungan beberapa carrier
yang ada pada CDMA2000 1x sehingga mempunyai pita yang lebih lebar, yaitu 5 MHz dan menghasilkan kecepatan data yang lebih baik.
2.4.2 Arsitektur CDMA2000
Sistem komunikasi bergerak selular CDMA membagi wilayah cakupan sinyal menjadi wilayah-wilayah kecil yang disebut sebagai sel.
Standarisasi CDMA2000 dilakukan berdasarkan spesifikasi IS2000 yang kompatibel dengan sistem IS-95A/B (cdmaOne). dibandingkan dengan IS-95, jaringan CDMA2000 mengalami beberapa perkembangan seperti kontrol daya yang lebih baik, uplink pilot channel, teknik vocoder baru, pengembangan kode
Walsh, serta perubahan skema modulasi. Sedangkan pada sisi arsitektur jaringan, terdapat Base Station controller (BSC) dengan kemampuan IP Routing,BTS
Gambar 2.4 Arsitektur sistem komunikasi bergerak selular CDMA2000 2.4.2.1 Mobile Station / Mobile Unit (MS)
MS terdiri dari subscriber transceiver, control unit dan antena
2.4.2.2Radio Base Station / Base Transceiver Station (RBS/BTS)
RBS merupakan perangkat transceiver yang berhubungan dari / ke pelanggan (interface/repeater antar MS dan MSC). BTS bertanggung jawab untuk mengalokasikan frekuensi dan daya serta kode Walsh yang akan digunakan oleh pelanggan. BTS merupakan perangkat fisik radio yang digunakan untuk mengirim dan menerima sinyal-sinyal dari jaringan CDMA2000 ke pelanggan dan sebaliknya. BTS juga berfungsi mengontrol frekuensi pembawa jamak pada site,
soft handoff pada arah forward dan mengenali kode-kode Walsh.
2.4.2.3Base Station Controller (BSC)
BSC bertanggung jawab untuk mengontrol semua BTS yang berada pada daerah cakupannya serta mengatur rute paket data dari BTS ke PDSN dan mengatur trafik komunikasi BTS-MSC.
2.4.2.4Router
Router berfungsi untuk merutekan paket data dari dan ke seluruh elemen jaringan dalam sistem CDMA2000 serta bertanggung jawab mengirimkan paket data dari jaringan internal ke jaringan eksternal dan atau sebaliknya.
2.4.2.5Packet Data Serving Node (PDSN)
PDSN merupakan komponen baru yang terdapat dalam sistem seluler berbasis CDMA2000-1x yang bertujuan untuk mendukung layanan paket data dan membentuk sejumlah fungsi utama dalam hal pemaketan data antara lain :
1) Membentuk, memelihara dan mengakhiri sesi point to point (PPP) dengan pelanggan.
2) Membentuk, memelihara dan mengakhiri jalur logika menuju Radio Network melalui antar muka paket radio.
3) Memulai proses autentikasi, autorisasi dan akunting untuk mobile station client ke server AAA.
4) Merutekan paket data dari dan ke jaringan paket data eksternal. 5) Mengumpulkan data yang akan dikirimkan menuju server AAA.
2.4.2.6Fire wall
Diperlukan untuk memastikan dan menjaga keamanan jaringan ketika terkoneksi ke jaringan aplikasi data yang lain.
2.4.2.7Authentication, Authorization and Accounting (AAA)
AAA bersama-sama dengan PPP dan koneksi mobile IP melakukan autentikasi, manajemen, pengamanan distribusi paket data serta menentukan jenis layanan dan akunting.
2.4.2.8Home Agent
Berfungsi untuk menelusuri lokasi pelanggan mobile IP saat berpindah dari satu zona paket menuju zona paket lain.
2.4.2.9Mobile Telephone Switching Office / Mobile Switching Centre
(MTSO/MSC)
MSC merupakan pusat koordinasi dari semua cell site yang ada dan berfungsi sebagai perangkat penyambung utama
2.2.2.10 Data base unit
Data base unit ini terdiri atas :
1) Visitor Location Register (VLR) berfungsi sebagai penyimpan data-data temporer yang masuk dari MSC lain dan sifatnya resident.
2) Home Location Register (HLR) berfungsi sebagai penyimpan data-data tetap dari pelanggan dalam MSC itu sendiri.
2.4.3 Air Interface CDMA 2000
Air interface merupakan semua aspek interface antara BS dan MS.Aspek dari sistem CDMA2000 ini terdiri atas penggunaan frekuensi, modulasi dan termasuk jenis kanal yang digunakan yaitu kanal fisik, adalah kanal yang membawa informasi spesifik antara BS dan MS serta kanal logik, adalah kanal yang membawa signaling dan trafik. Penjelasan mengenai spesifikasi air interface
CDMA 2000 dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Spesifikasi air interface CDMA2000 (data dari Telkom Flexi, 2005) Parameter air interface CDMA2000
MS to BTS / up link
BTS to MS / down link Bandwidth satu carrier
Modulasi Carrier RF Chip rate Panjang frame Alokasi frekuensi Channelization code CDMA network 824 – 849 MHz 869 – 894 MHz 1,25 MHz QPSK 20 – 30 user 1.228 Mcps 20 ms 800 MHz dan 1900 MHz Walsh ANSI – 41
2.4.4 Proses Link Radio pada CDMA
Penempatan kanal pada CDMA 2000, sebagaimana pada sistem CDMA IS-95, mempunyai metode dan lokasi yang lebih diinginkan untuk membangun apa yang diharapkan pada saat ini dalam membantu fasilitas migrasi dari generasi
1x ke 3x untuk yang akan datang. Penggunaan kanal pada sistem CDMA 2000 terdiri atas hubungan maju dan hubungan balik. Hubungan maju mengacu pada proses komunikasi dari BTS ke MS, sedangkan hubungan balik merupakan proses komunikasi dari MS ke BTS.
Pada perancangan hubungan maju dan balik, CDMA 2000 menggunakan pembagian frekuensi sebesar 1,25 MHz dengan menggunakan deretan kode PN dan sinyal-sinyal orthogonal untuk menyediakan akses baik dari BTS ke MS maupun sebaliknya. Lebar pita frekuensi 3 dB dari seluruh kanal yang tersedia pada satu frekuensi pembawa adalah sebesar 1,23 MHz, dengan jarak antara dua frekuensi kanal yang berdekatan sebesar 270 KHz, jadi jarak antara dua frekuensi tengah adalah sebesar 1,25 MHz.
2.4.4.1 Proses Radio Link pada Kanal Balik (Reverse)
Kanal balik CDMA terdiri dari kanal akses dan kanal trafik balik. Kanal-kanal ini memakai frekuensi CDMA yang sama dengan menggunakan teknik
direct sequence. Gambar 2.10 menunjukkan contoh sinyal yang diterima oleh BTS pada kanal balik. Setiap kanal trafik ditandai dengan menggunakan long code sequence yang berbeda, masing-masing kanal akses ditandai oleh long code
sequence kanal akses yang berbeda. Beberapa kanal balik CDMA dapat
digunakan oleh BTS dengan memakai frequency division multi-plexed.
Kanal akses menyediakan komunikasi dari MSke BTS pada saat MS tidak sedang memakai kanal trafik. Kanal akses berfungsi untuk pengalamatan panggilan, respon terhadap page. Satu atau lebih kanal akses akan selalu berpasangan dengan kanal paging. BTS akan memberi respon terhadap kanal akses dengan memberikan pesan pada kanal paging, demikian juga sebaliknya MS memberi respon terhadap kanal paging dari BTS melalui kanal akses.
Kanal trafik merupakan kanal informasi (data) antara BTS dan MS sebaliknya, bersama-sama dengan signaling. Ada 4 laju transmisi yaitu laju 1, laju 1/2, laju1/4, dan laju 1/8.
2.4.4.2 Proses Radio Link pada Kanal Maju (Forward)
Kanal maju ini terdiri dari kanal pilot, kanal sinkronisasi, kanal paging
dan kanal trafik maju. Contoh penetapan kanal kode yang dikirim oleh BTS ditunjukkan Gambar 2.11. Kanal maju ini terdiri dari kanal-kanal yang selalu dibutuhkan, 1 kanal pilot, 1 kanal sinkronisasi, 7 kanal paging dan 55 kanal trafik maju. Konfigurasi lain yang mungkin adalah dengan mengganti semua kanal
paging dan kanal sinkronisasi menjadi kanal trafik. Untuk maksimum pemakaian kanal, digunakan 1 kanal pilot, sedangkan kanal sinkronisasi dan kanal paging
diganti menjadi kanal trafik, sehingga akan diperoleh 63 kanal trafik maju.
Kanal pilot ditransmisikan setiap saat secara kontinyu oleh BTS pada kanal maju yang aktif. Setiap pilot menggunakan kode yang sama (Walsh-0), sehingga sinkronisasi dapat dilakukan dengan pendeteksian melalui seluruh kemungkinan fasa (offset waktu) kode tersebut. Dengan sinyal pilot rata-rata perbandingan level sinyal diantara BTS dapat diukur, dimana hal ini diperlukan MS untuk menentukan saat handoff.
Kanal sinkronisasi merupakan kanal pada hubungan maju yang digunakan selama tahap pengaksesan sistem oleh MS. Setelah berhasil mengakses sistem, kanal ini dalam kondisi normal tidak digunakan lagi sampai panggilan berikutnya oleh MS. Sinyal sinkronisasi mengandung informasi mengenai identitas sel, level daya sinyal pilot dan waktu sinkronisasi sistem. Kanal sinkronisasi hanya mengandung 1 informasi yang disebut informasi sinkronisasi.
Kanal paging berfungsi untuk memanggil MS pada saat terjadinya panggilan dan memberi tahu MS tentang informasi registrasi untuk mengunci kanal trafik terhadap MS lain. Setiap alokasi frekuensi kanal dapat terdiri dari 7 kanal paging (Walsh-2 s/d Walsh-8). Setiap MS hanya memonitor satu kanal
paging dan kanal ini ditentukan dengan menelusuri seluruh kanal paging yang tersedia.
2.4.5 Kanal Maju (Forward)
Pada hubungan maju untuk sebuah kanal CDMA 2000 dengan implementasi 1x, menggunakan struktur pada Gambar 2.12. Melihat struktur kanal, BTS mentransmisikan multiple common channel seperti beberapa kanal untuk pelanggan dalam suatu area cakupan. Setiap pengguna CDMA 2000 ditandai dengan sebuah kanal trafik maju yang diikuti beberapa kombinasi F-FCH digunakan untuk suara berfungsi sebagai kanal trafik, sementara F-SCH digunakan untuk data, yaitu sebagai berikut :
1) 1 F-FCH (Forward Fundamental Channel)
2) 0-7 F-SCHs (Forward Supplemental Code Channels) untuk kedua RC1 dan RC2.
Setiap kanal trafik dibedakan secara unik dengan kode Walsh. Kanal maju CDMA 2000 digunakan untuk pengiriman informasi pengguna dan informasi
signaling ke MS selama panggilan dengan modulasi yang berbeda bergantung dari konfigurasi radio yang dikembangkan. Bentuk modulasi digunakan untuk RC1 dan RC2 yaituBPSK (Binary Phase Shift Keying) dan QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) digunakan untuk RC3 - RC9.
Kanal fundamental menggunakan Walsh code I, maka kanal supplemental
harus menggunakan Walsh code I+1 dan menggunakan rate set yang sama. Kanal
supplemental murni hanya untuk data kecepatan tinggi.
Gambar 2.7 Transmisi Kanal Maju CDMA 2000 oleh BTS.
Tiap jalur data kemudian disebar dengan 128 kode Walsh sampai mendapatkan kecepatan 1,2288 Mbps, efektif untuk proses penguatan ganda,
mengikuti keluaran tinggi pada keseluruhan tingkat daya yang relatif sama. Kode
Walsh yang sudah dialokasikan untuk suatu MS dalam suatu sektor, tidak dapat digunakan oleh MS lain dalam sektor tersebut selama berlangsungnya pembicaraan.
Beberapa penggambaran dari kanal maju pada CDMA 2000, diantaranya adalah sebagai berikut :
1. F-SCH (Forward Supplemental Channel)
Mendukung layanan kecepatan data tinggi, sampai pada 2 F-SCH dapat ditandai untuk layanan bergerak tunggal dengan kecepatan data antara 9,6 Kbps; 153,6 Kbps; 307,2 Kbps sampai dengan 614,4 Kbps. Namun perlu digarisbawahi bahwa tiap F-SCH diberikan pada penandaan kecepatan yang berbeda. Jika F-SCH harus ditentukan dengan R-SCH dimana hanya ada 1 F-SCH saja yang telah ditentukan.
2. F-QPCH (Forward Quick Paging Channel)
Kecepatan kanal quick paging memungkinkan umur baterai lebih lama dan monitor mobile F-QPCH merupakan kumpulan flag, yang mana mobile
akan mencari pesan paging. Ada sejumlah 3 F-QPCH kanal per sektor. 3. F-TDPICH (Forward Transmit Diversity Pilot Channel)
Kanal ini digunakan untuk peningkatan kapasitas RF. 4. F-DCCH (Forward Dedicated Control Channel)
Kanal ini digunakan untuk pensinyalan dan bagian data yang rusak. Kanal ini mengijinkan untuk mengirimkan sinyal informasi tanpa ada beberapa kekacauan pada jalur data paralel.
5. F-CCCH (Forward Common Control Channel)
Kanal ini digunakan untuk pengiriman paging, pesan data, atau sinyal pesan.
2.4.6 Kanal Balik
Hubungan balik pada CDMA 2000 mempunyai beberapa kesamaan bentuk dengan hubungan maju tetapi sedikit berbeda dari IS-95. Salah satu bentuk
perbedaan utama dari CDMA 2000 adalah pencantuman pilot pada hubungan balik. Struktur dari kanal balik untuk CDMA 2000 ditunjukkan pada Gambar 2.13. Kanal-kanal yang ditransmisikan pada arah reverse dapat dikategorikan menjadi 2 bagian, yaitu reverse common channel dan reverse dedicated channel.
2.4.6.1Reverse Common Channel
Kanal-kanal yang termasuk dalam kategori ini, berfungsi untuk melakukan sinkronisasi antara MS dan BTS setiap saat. Kanal ini selalu aktif, sesuai dengan
clock yang ditentukan pihak penyedia (provider). Kanal ini tidak dipengaruhi oleh kecepatan data rate, tetapi ditentukan oleh sistem yang digunakan oleh pihak penyedia komunikasi.
• R-ACH (Reverse Access Channel)
Kanal akses berfungsi untuk menyediakan komunikasi dari MS ke BTS ketika MS tidak sedang mengirimkan data pada kanal trafik. Fungsi utama dari kanal ini adalah untuk memberikan respon dari kanal paging dan untuk pengalamatan panggilan.
• R-EACH (Reverse Enhanced Access Channel)
Kanal ini adalah pengembangan dari kanal akses dimana dalam proses aplikasinya mampu meminimalisasi tabrakan data dan dapat mengurangi daya yang dibutuhkan oleh kanal akses.
Gambar 2.8 Struktur Kanal Balik CDMA 2000 pada BTS saat penerimaan. • R-CCCH (Reverse Common Control Channel)
Kanal pengontrol reverse secara umum digunakan untuk mengirimkan
signaling message dari MS ke BTS.
2.4.6.2Reverse Dedicated Channel
Kanal yang termasuk dalam kategori ini, adalah kanal yang dibutuhkan pada saat membangun atau melakukan hubungan terbuka (mengirim informasi ke BTS). Kanal ini juga digunakan jika MS akan berpindah ke sel di sekitarnya.
• R-PCH (Reverse Pilot Channel)
Berfungsi membawa bit pilot dan bit kontrol daya sehingga memungkinkan untuk melakukan demodulasi koheren dan pengaturan daya pada penerima. Kanal ini juga berisi informasi pengontrolan daya. Jika BTS bekerja pada level daya yang rendah, sehingga daya yang diterima MS terlalu kecil maka dengan kanal pilot ini akan menginformasikan ke BTS untuk menganalisis dan mengatur kembali
daya pancarnya. Dengan sistem tersebut maka level daya yang diterima oleh MS dapat dijaga.
• R-DCCH (Reverse Dedicated Control Channel)
Berfungsi untuk menggantikan metode dim dan burst atau blank dan burst
pada kanal trafik dan kanal ini juga digunakan untuk mengirimkan pesan serta pengontrolan panggilan.
• R-FCH (Reverse Fundamental Channel)
Digunakan untuk mengirimkan informasi suara atau data dengan kecepatan transmisi diantara 9,6 Kbps sampai dengan 14,4 Kbps.
• R-SCH (Reverse Supplemental Channel)
Digunakan untuk mengakomodasi layanan dengan data rate diatas 14,4 Kbps. Kanal ini digunakan pada sistem dengan rate set 2 sampai 6, yang mempunyai skema modulasi, coding, vocoder yang berbeda-beda.
• R-SCCH (Reverse Supplemental Code Channel)
Fungsi R-CCH hampir sama dengan reverse supplemental channel, hanya saja digunakan untuk radio configuration 1 dan 2. Kanal ini di desain agar kompatibel dengan sistem yang menggunakan CDMA IS-95.
2.5 Handoff CDMA2000
Handoff merupakan peristiwa perpindahan kanal suara yang digunakan oleh pelanggan bergerak atau mobile sehingga tidak terjadi pemutusan hubungan selama terjadi panggilan. Handoff berdasarkan tujuan pelayanan dapat terjadi karena :
a. Mobile Station (MS) bergerak antar sel. Jika suatu MS bergerak menjauhi BS maka level daya sinyal terima pada BS akan menurun. Pada saat yang bersamaan, level daya sinyal terima BS terdekat dengan MS akan menguat. Pelanggan akan dicarikan kanal baru pada BS terdekat.
b. Terjadi penurunan kualitas pelayanan pada kanal yang sedang digunakan sehingga terjadi perpindahan kanal untuk hubungan komunikasi yang sedang berlangsung, walaupun masih dalam satu cakupan BS yang sama. Jadi Handoff bertujuan untuk mempertahankan kualitas pelayanan.
Handoff terdiri dari dua fase yaitu fase Inisialisasi dan fase Eksekusi.
• Fase Inisialisasi merupakan fase dimana level daya sinyal selalu termonitor oleh BS dan Base Station akan menentukan apakah diperlukan handoff berdasarkan kuat sinyal pilot (Ec/It) yang diterima MS. Mobile Station akan selalu menghitung nilai Ec/It pilot yang diterima BS sekelilingnya dan membandingkan dengan nilai handoff threshold. Bila kuat sinyal yang diterima BS telah mencapai harga
handoff threshold maka BS akan memberitahu kepada MSC untuk
menyediakan kanal kosong untuk proses handoff. Jika pada suatu saat nilai pilot dari BS kandidat telah memenuhi syarat untuk dimasukkan ke dalam active set, maka selama periode waktu tertentu MS dapat menggunakan dua BS atau lebih kanal trafik secara simultan.
• Fase Eksekusi merupakan fase dimana MSC menyatakan perlu diadakan handoff. MSC akan memerintahkan BS yang baru untuk mengalokasikan kanal bagi permintaan proses handoff karena blocking handoff (tidak mendapatkan kanal pada BS yang baru). Hal ini disebut pemutusan panggilan secara paksa yang tidak diinginkan oleh user
maka proses handoff mendapatkan prioritas dalam penempatan kanal pada suatu BS.
2.5.1 Macam-macam Handoff CDMA2000
2.5.1.1Intracell atau hard handoff
Hard handoff dikarakterisasi oleh break before make strategy. Hubungan dengan kanal trafik yang lama terputus sebelum hubungan dengan trafik baru terbentuk. Hard handoff terjadi jika handoff antara BS atau sektor memiliki
carrier CDMA yang berbeda, perpindahan dari satu pilot ke pilot lain tanpa inisialisasi seperti pada soft handoff dengan pilot baru.
2.5.1.2Intercell atau soft handoff
Sistem bergerak berkomunikasi dengan dua atau tiga sektor pada sel berbeda. BS yang mempunyai kontrol langsung pada proses panggilan selama
handoff disebut sebagai BS utama sedangkan BS lain yang tidak mempunyai kontrol langsung pada proses panggilan disebut BS kedua atau secondary BS. Soft handoff berakhir ketika BS utama atau BS kedua terputus. Jika BS utama terputus maka BS kedua menjadi BS utama yang akan menghandel proses panggilan tersebut. Three way soft handoff berakhir dengan terputusnya salah satu BS dan menjadi two way soft handoff.
Gambar 2.9 Soft Handoff
2.5.1.3Intersector atau softer handoff
Sistem bergerak berkomunikasi dengan dua sektor pada sel yang sama. Sebuah penerima RAKE pada BS menggabungkan versi terbaik frame suara dari antena diversitas pada dua sektor dalam sebuah trafik frame tunggal.
Gambar 2.10 Softer Handoff
2.6 Pilot Set
Sebuah kanal pilot diidentifikasi dengan sebuah pilot offset dan sebuah pengalokasian frekuensi. Pilot tersebut dikumpulkan oleh sebuah trafik maju dalam link CDMA maju yang sama. Sebuah pilot ditandai oleh offset yang berbeda pada kode pseudorandom pendek yang sama. Semua pilot dalam sebuah
pilot set mempunyai pengalokasian frekuensi CDMA yang sama. Pilot-pilot
tersebut diidentifikasikan oleh mobile station yang dibagi menjadi empat kategori yaitu :
1) Active Set. Set ini berisi kumpulan pilot-pilot pada kanal trafik maju pada BS yang akan dikirim ke MS. Jumlah kanal pilot maksimum dalam
active set adalah 3 (tiga) kanal pilot tetapi pada sistem IS-95 jumlah kanal pilot maksimum yang diizinkan yaitu 6 (enam) kanal pilot dengan dua kanal pilot dihandel oleh sebuah penerima RAKE.
Base station menginformasikan ke MS isi active set menggunakan kanal
assignment message atau Handoff Direction Message (HDM).
2) Candidate set. Set ini berisi pilot-pilot yang tidak ada pada active set.
Pilot-pilot tersebut sudah diterima dengan kuat sinyal yang cukup sebagai indikator bahwa kumpulan kanal trafik maju telah sukses melaksanakan proses demodulasi. Jumlah kanal maksimum pada
candidate set adalah enam kanal pilot.
3) Neighbour set. Set ini berisi pilot-pilot yang tidak ada pada active set
atau candidate set. Neighbour list dikirim ke MS oleh parameter message system pada kanal paging. Jumlah kanal maksimum neighbor set adalah 20 pilot.
4) Remaining set. Set ini terdiri dari semua pilot yang mungkin ada dalam sistem kecuali pilot-pilot pada active set, candidate set, dan neighbor set.
2.7 Search window
Search window digunakan oleh mobile station untuk mencari sinyal pilot
yang diterimanya. Parameter search window ada 3 yaitu :
1) SRCH_WIN_A : mencari ukuran window untuk active dan candidate set. 2) SRCH_WIN_N : mencari ukuran window untuk neighbour set.
3) SRCH_WIN_R : mencari ukuran window untuk remaining set.
Tabel 2.2 Nilai search window
Parameter Rentang Nilai Nilai yang direkomendasikan
SRCH_WIN_A 5 – 7 SRCH_WIN_N 7 – 13 SRCH_WIN_R 0 – 15 ( 4 bit ) 7 -13 2.8 Parameter Handoff
Ada beberapa parameter pada CDMA2000 yang digunakan untuk mengatur perpindahan pilot dari tiap set yang berpengaruh terhadap performansi sistem selama handoff. Parameter-parameter itu antara lain :
1. Pilot detection threshold (T_ADD).
Parameter ini mengontrol perpindahan pilot dari neighboring / remaining set ke active / candidate set. Pilot lain yang kuat tetapi tidak ada pada HDM merupakan sumber interferensi. Pengaturan nilai T_ADD mempengaruhi presentasi kemungkinan MS untuk handoff. Nilai
parameter ini harus cukup rendah agar dapat segera menambahkan pilot
yang berguna di MS dan harus cukup tinggi untuk menghindari kesalahan akibat noise.
2. Comparison threshold (T_COMP).
Parameter ini mengatur perpidahan pilot-pilot dari candidate set ke active set apabila memiliki nilai Ec/It yang lebih besar dari T_COMP x 0.5 dB
daripada pilotactive set. Parameter ini diset berbasis sektor /operator. 3. Pilot drop threshold (T_DROP) dan Drop timer threshold (T_TDROP).
Kedua parameter tersebut mengontrol perpindahan pilot-pilot ke active / candidate set. MS mulai menghidupkan timer ketika harga Ec/It sebuah
pilot pada active/candidate set menurun. Ketika nilai timer melebihi T_TDROP kemudian pilot berpindah dari active/candidate set ke
neighboring/remaining set. T_DROP mempengaruhi presentase
kemungkinan MS untuk handoff.
T_DROP harus diatur cukup tinggi agar tidak terlalu cepat membuang
pilot yang masih berguna dari kondisi active/candidate. Selain itu T_TDROP juga harus lebih besar dari waktu yang dibutuhkan untuk membangun handoff.
Tabel 2.3 Nilai parameter handoff
Parameter Rentang Nilai Nilai yang
direkomendasikan
T_ADD -31.5 s.d 0 dB -13 dB
T_COMP 0 s.d 7.5 dB 2.5 dB
T_DROP -31.5 s.d 0 dB -15 dB
T_TDROP 0 s.d 15 detik 2 detik
2.9 Kapasitas sistem CDMA
Kapasitas didefinisikan sebagai jumlah user yang dapat ditampung oleh sebuah sel site dengan harga QOS/GOS yang memadai. Kapasitas dalam sistem CDMA akan sangat bergantung pada interferensi dalam sistem itu sendiri. Penambahan jumlah user dalam sistem juga akan menambah level interferensi dalam sistem. Untuk memaksimalkan kapasitas dari sistem, maka salah satu
caranya adalah dengan membatasi level transmit dari masing-masing user
sehingga dapat mengurangi interferensi total pada sistem atau dengan kata lain bahwa perubahan level power transmit dari masing-masing user juga kan membawa perubahan pada kapasitas dari sistem itu sendiri.
2.9.1 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 diam yang dideteksi dalam speech waveform. Voice activity juga akan menjadi keuntungan bagi sistem multiple access lainnya.
Normalnya, jika kita sedang melakukan percakapan di telepon, maka dalam suatu saat hanya ada satu orang saja yang berbicara. Fenomena ini dapat dimonitor pada sistem seluler dan pada saat periode diam power dapat dikurangi. Dengan begitu daya dapat dihemat dan pengaruh terhadap interferensi juga sedikit, sehingga kapasitas sistem dapat dimaksimalkan.
2.9.2 Sektorisasi sel
Sektorisasi adalah pengarahan daya pancar antena BTS pada arah tertentu. Pengarahan antena bergantung pada kebutuhan. Sektorisasi dilakukan berdasarkan kepadatan trafik. Konfigurasi sektor pada sel CDMA dapat dikonstrusikan dalam beberapa model. Sektorisasi secara umum berguna untuk mengakomodasi jumlah pelanggan yang besar dan memperkecil pengaruh interferensi.
Beberapa konfigurasi antenna yang umum digunakan adalah :
1. Konfigurasi antena Omni Cell Site – O/O (Omni transmit / Omni receive). 2. Konfigurasi antena 600 Sector Cell Site – O/S atau S/S (Omni/sector atau
Sector/sector).
3. Konfigurasi antena 1200 Sector Cell Site – O/S atau S/S (Omni/sector atau
Gambar 2. 11 Konfigurasi sektor sel
2.9.2.1 Konfigurasi Omni-Transmit / Omni-Receive (O/O)
Konfigurasi ini adalah merupakan konfigurasi paling dasar dan digunakan pada sel dengan trafik rendah seperti pada daerah rural. Konfigurasi ini menggunakan dua buah antena untuk diversitas ruang. Tiap unit pelanggan dimonitor oleh dua buah antena dalam sel. Konfigurasi ini umumnya menggunakan satu buah antena pemancar untuk sejumlah kanal tertentu. Jumlah yang tepat untuk tiap pemancar bergantung pada jumlah kanal yang digunakan.
2.9.2.2Konfigurasi Omni – Transmit / Sector – Receive (O/S)
Pada konfigurasi ini, tidak terdapat perbedaan dalam pola pancar antena dan sel. Perbedaannya adalah pada pola penerimanya. Hal ini memberikan keuntungan sensitivitas penerimaan yang lebih baik. Oleh karena itu, pelanggan dapat memancar dengan daya yang lebih rendah dan dapat memperpanjang masa penggunaan baterai dan mengurangi efek interferensi terhadap user lain. Konfigurasi ini digunakan pada daerah dengan pelanggan yang cukup banyak, mobilitas tinggi, namun tidak memerlukan banyak kanal. Konfigurasi antenna 600 O/S menggunakan sebuah antena penerima setiap sektornya, memancar dengan antena omnidirectional. Sedangkan pada konfigurasi antena 1200 O/S memerlukan dua buah antena penerima setiap sektornya dan memancar sama dengan antena sektor 600.
2.9.2.3Konfigurasi Sector – Transmit / Sector – Receive (S/S)
Konfigurasi ini memungkinkan terjadinya kanal yang lebih besar pada sesuatu daerah pelayanan. Dalam realisasinya, tiga atau enam sektor menggunakan perlengkapan kontrol dan peripheral bersama. Sektorisasi merupakan cara untuk menghemat biaya ketika menambah kanal informasi. Sektorisasi direkomendasikan pada penggunaan jumlah kanal yang besar.
Konfigurasi antenna 600 S/S terdiri atas enam sektor dengan kanal kontrol bersama. Masing-masing sektor memancarkan kanal yang berbeda-beda dan masing-masing menggunakan antena penerima yang berbeda. Diversitas diperoleh karena sektor yang overlap dan penggunaan sektor bersama. Jika menggunakan
duplexer maka cukup memakai sebuah antena. Sedangkan pada konfigurasi antena 1200 terdapat tiga buah sektor dalam sebuah sel dengan kanal kontrol bersama. Setiap sektor menggunakan sebuah antena pemancar dan dua buah penerima untuk diversitas. Jika menggunakan duplexer, maka cukup memakai dua buah antena dan tidak menggunakan sektor bersama.
2.10 Interferensi Sel
Kapasitas dari suatu sel akan bergantung pula pada total interferensi yang diterima yang berasal dari sel lain. Level daya yang diterima oleh BTS dari MS sangat tergantung dari medan propagasi yang dilewatinya. Karena interferensi yang berasal dari sel lain berpengaruh terhadap jumlah user yang dapat ditampung dalam satu sel, maka :
incell outcell f f
f = (2.2)
Dengan f adalah rasio interferensi yang berasal dari luar sel (f outcell) terhadap interferensi yang berada dari dalam sel (f incell). Faktor ini digunakan untuk melakukan perubahan kapasitas pada single cell terhadap jumlah interferensi yang ditimbulkan oleh user lain pada multiple cell system. Untuk sistem yang hanya mempunyai single cell, maka harga interferensi yang berasal dari sel lain tidak ada (nol), maka kapasitas dari sel bisa sebesar-besarnya.
BAB III PROSES HANDOFF
3.1 Model Propagasi
Interferensi yang mempengaruhi user tidak hanya berasal dari base station
asal tempat user berada saja, akan tetapi juga dipengaruhi oleh user yang berada di luar sel asal, yaitu seluruh sel – sel tetangganya. Hal ini menyebabkan level daya yang diterima user sangat rendah, bahkan dapat mencapai dibawah ambang batas yang dapat menyebabkan terputusnya hubungan komunikasi antar MS. Hal ini terutama sangat dirasakan user pada saat handoff, yaitu MS akan berpindah dari sel asal ke sel terdekatnya. Oleh karena itu dengan adanya soft handoff yang memberikan jaminan bahwa user akan terhubung dengan base station yang memiliki redaman terkecil yang ditinjau dari rugi-rugi propagasinya, sehingga dengan soft handoff mampu mengurangi interferensi yang terjadi pada user.
Analisa yang akan dilakukan hanya terfokus pada daerah mikrosel, yaitu daerah yang memiliki tingkat kerapatan yang cukup tinggi, dan untuk komunikasi suara digital arah reverse. Sehingga untuk user yang berada pada jarak sejauh r dari base station, maka redaman yang terjadi dapat dituliskan :
10 log α(r,ζ) = 10n log r + ζ (3.1) Dengan ζ adalah redaman (dB) yang berkaitan dengan shadowing dan standar deviasi (σ), n merupakan exponent pathloss. yang menunjukkan laju kenaikan nilai path loss berbanding dengan jarak.. Rumus berdasarkan model Lee
pada frekuensi seluler adalah :
⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = 0 0) 10 log ( ) ( d d n d PL dB PL (3.2)
Dengan PL adalah path loss, d adalah jarak antara transmitter dengan
receiver dan d0 adalah jarak referensi yang diukur dari transmitter terdekat. Jarak referensi untuk large cellular sebesar 1 km sedangkan untuk micro cellular
sebesar 100 meter atau 1 meter. Tabel 3.1 menunjukan variasi exponent pathloss
Tabel 3.1 Harga exponent pathloss (n) menurut Model Lee
Kondisi Lingkungan Exponent Pathloss (n)
Free space 2
Urban area cellular radio 2.7 – 3.5
Shadowed urban cellular radio 3 – 5
In building line of sight 1.6 – 1.8
Obstructed in building 4 – 6
Obstructed in factories 2 – 3
Akan tetapi analisis yang akan dilakukan pada bab IV tidak mengikut sertakan untuk n = 2, dikarenakan analisa yang dilakukan hanya bertujuan untuk membandingkan rugi-rugi propagasi yang terjadi pada hard handoff dan soft handoff. Sehingga n yang digunakan adalah 3,4,5. Hal ini dilakukan untuk memperoleh perbandingan nilai interferensi yang cukup signifikan.
3.2 Kapasitas Reverse Link
Kapasitas dari suatu sel juga akan sangat tergantung pada total interferensi yang diterima dari sel lain. Level daya yang diterima oleh BTS dari MS sangat dipengaruhi oleh medan propagasi yang dilewatinya. Karena interferensi yang berasal dari sel lain akan berpengaruh terhadap jumlah user yang ditampung dalam satu sel. Untuk mendapatkan nilai f dapat dilakukan dengan menggunakan rumus kapasitas sistem hard dan soft handoff.
3.2.1 Hard Handoff
Pada gambar 3.1 merupakan model ideal dari suatu sistem hard handoff
dan kondisi ini dapat digunakan untuk mengetahui perbandingan performansi yang diperoleh dengan menggunakan sistem soft handoff.
Gambar 3.1 Batas-batas sel hexagonal dan jaraknya
Masing-masing sel dinormalisasikan memiliki radius sel yang sama dan didefinisikan sebagai jarak maksimum dari sembarang titik didalam sel ke titik pusat base station ( R=1 ), serta diasumsikan juga kerapatan user yang sama untuk semua sel. Dan karena bentuk selnya hexagonal ternormalisasi, maka nilai kerapatan adalah :
3 3
2ku
k = user / unit area (3.3)
dengan ku adalah rata-rata jumlah user per sel. Dan dari gambar 3.1 juga dapat
dilihat bahwa ro (x,y) adalah jarak dari user ke pusat sel asal, dan r1 (x,y) adalah
jarak dari user ke pusat sel terdekat yang akan dituju oleh user. Selama user yang berada pada koordinat (x,y) berkomunikasi dengan base station terdekat, maka dayanya akan dikontrol juga oleh base station yang berada dekat dengan posisinya. Sehingga user juga harus mentransmisikan power gain nya ke sel-sel tetangga. Akibatnya, rata-rata interferensi pada sel asal dipengaruhi juga oleh semua user yang berada di semua sel-sel lain. Sehingga interferensi pada daerah
0 S adalah :
∫∫
⎥⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = So n n So kdA x y y x r y x r E I ( , ) 10 ) , ( 10 ) , ( 10 / 0 10 / 1 0 1 ς ς (3.4)Dengan angka 0 mengacu pada sel asal, sehingga r0 (x,y) adalah jarak dari
user ke base station asal. Sedangkan angka 1 mengacu pada sel yang dituju, sehingga r1 (x,y) adalah jarak dari user ke base station terdekat. ζ0 dan ζ1
merepresentasikan koefisien propagasi dalam desiBel (dB). Sedangkan angka 10 pada penyebut persamaan 3.4 menunjukkan rugi – rugi propagasi pada sel asal, dan pembilangnya menunjukkan penyesuaian gain melalui power control oleh
base station terdekat.
Untuk memperoleh nilai faktor interferensi sel lain yang dinormalisasi oleh sejumlah user per sel adalah :
⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = ≅
∫∫
So n b u So y x dA y x R e k I f ( , ) ( , ) 3 3 2 1 2 ) ( 2βσ (3.5) Dengan :f : faktor interferensi dari user lain
So
I : interferensi di daerah luar sel asal (dB) : rata – rata jumlah user per sel
u k
b : asumsi rugi - rugi propagasi, yaitu 1/2 ß : faktor tambahan daya, yaitu ln(10)/10
σ : standar deviasi dari variasi distribusi level sinyal (dB)
n : exponent pathloss
o
S : asumsi batasan nilai seluruh daerah di luar sel asal R1 : r1/r0 (x,y)
A : luas daerah yang diperhitungkan (mil2)
Dari hasil percobaan Andrew J. Viterbi (tahun 1994) dengan memperhitungkan interferensi di daerah luar sel asal, maka diperoleh hasil pada tabel 3.2 dengan nilai masukan exponent pathloss dan standar deviasi yang berbeda.
Tabel 3.2 Harga f pada hard handoff
Nilai faktor interferensi pada hard handoff Standar deviasi σ (dB) n = 3 n = 4 n = 5 0 0.77 0.44 0.30 2 0.86 0.48 0.33 4 1.18 0.67 0.46 6 2.01 1.13 0.78 8 4.21 2.38 1.64 10 10.9 6.17 4.27 12 35.1 19.8 13.7 3.2.2 Soft Handoff
Untuk mengetahui performansi dari sistem soft handoff, yang terlebih dahulu dipertimbangkan adalah interferensi dari sel lain. User diizinkan melakukan soft handoff hanya pada dua sel terdekat. Dalam soft handoff, user
yang terhubung pada dua atau lebih base station yang terdapat dalam basis frame to frame. Dan frame terbaik yang diterima oleh base station akan disetujui oleh jaringan.
Hal lain yang perlu dipertimbangkan juga adalah titik pusat sel tetangga. Yaitu daerah user dapat melakukan soft handoff dengan base station terdekat. Daerah ini disebut dengan six pointed star (So), seperti yang ditunjukkan pada
gambar 3.2. Dalam So, beberapa user dapat berkomunikasi dengan salah satu dari
enam tetangga terdekat yang akan mengajukan soft handoff ke dalam base station
asal. Hal ini hanya dapat terjadi jika rugi propagasi sel tetangga lebih kecil dibandingkan dengan sel asal.
Total rata-rata interferensi base station asal yang berada dalam daerah So
adalah :
[
10 ; ( , )10 ( , )10]
( , ) ) , ( 0 0 0 0 1 0 10 / 0 10 / 1 10 / ) ( 1 x y E r x y r x y kdA x y R I S n n n S =∫∫
< −ς ς ς ς (3.6)Gambar 3.2 Daerah So dan jarak diantara dua sel terbaik
Sedangkan untuk daerah diluar six pointed star (S0) ada dua base station
terdekat yang terlibat. Total rata-rata interferensi base station asal yang berada dalam daerah S0 adalah :
[
<]
+ =∫∫
− ) , ( 10 ) , ( 10 ) , ( ; 10 ) , ( ( )/10 1 /10 2 /10 1 2 1 0 1 r x y r x y kdA x y E y x R I o o S n n n S ς ς ς ς[
10 ; ( , )10 ( , )10]
( , ) ) , ( 1 /10 10 / 2 10 / ( 2 1 2 0 2 r x y r x y kdA x y E y x R o S n n n∫∫
ς −ς ς < ς (3.7)Sehingga total interferensi relatif dari base station asal dan dua base station
terdekatnya yang dinormalisasikan oleh jumlah user per sel adalah :
( ) ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = + =
∫∫
R Q M M dA∫∫
R Q M M dA e k I I f So So n n u So So σ βσ σ βσ βσ 2 1 1 0 1 1 2 / 2 2 3 3 2 2 (3.8) Dengan :f : faktor interferensi dari user lain
So
: interferensi di daerah sel asal (dB)
So I
: rata – rata jumlah user per sel
u k
ß : faktor tambahan daya, yaitu ln(10)/10
σ : standar deviasi dari variasi distribusi level sinyal (dB)
n : exponent pathloss
So : asumsi batasan nilai seluruh daerah di dalam six pointed star
o
S : asumsi batasan nilai seluruh daerah di luar six pointed star
R1 : r1/r0 (x,y)
M0 : 10 m log 10 r0
M1 : 10 m log 10 r1
M2 : 10 m log 10 r2
A : luas daerah yang diperhitungkan (mil2) Q : faktor koreksi
Dari hasil percobaan Andrew J. Viterbi (tahun 1994) dengan memperhitungkan interferensi di daerah sel asal dan di daerah luar sel asal, maka diperoleh hasil pada tabel 3.3 dengan nilai masukan exponent pathloss dan standar deviasi yang berbeda.
Tabel 3.3 Harga f pada soft handoff
Nilai faktor interferensi pada soft handoff Standar deviasi σ (dB) n = 3 n = 4 n = 5 0 0.77 0.44 0.30 2 0.78 0.43 0.30 4 0.87 0.47 0.31 6 1.09 0.56 0.36 8 1.60 0.77 0.47 10 2.80 1.28 0.73 12 5.93 2.62 1.42
