BAB II
DASAR TEORI
2.1 Sistem Komunikasi Seluler
Teknologi komunikasi selular sebenarnya sudah berkembang dan banyak digunakan pada awal tahun 1980-an, diantaranya sistem C-NET yang
dikembangkan di Jerman dan Portugal oleh Siemens, sistem RC-2000 yang dikembangkan di Prancis, sistem NMT yang dikembangkan di Belanda dan Skandinavia oleh Ericsson, serta sistem TACS yang beroperasi di Inggris. Namun
teknologinya yang masih analog membuat sistem yang digunakan bersifat regional sehingga sistem antara negara satu dengan yang lain tidak saling
kompatibel dan menyebabkan mobilitas pengguna terbatas pada suatu area sistem teknologi tertentu saja (tidak bisa melakukan roaming antar negara) [1].
Teknologi analog yang berkembang, semakin tidak sesuai dengan
perkembangan masyarakat Eropa yang semakin dinamis, maka untuk mengatasi keterbatasannya, negara-negara Eropa membentuk sebuah organisasi pada tahun
1982 yang bertujuan untuk menentukan standar-standar komunikasi selular yang dapat digunakan di semua negara Eropa. Organisasi ini dinamakan Group Special Mobile (GSM). Organisasi ini memelopori munculnya teknologi digital selular
yang kemudian dikenal dengan nama Global System for Mobile Communication atau GSM.
terminal berpindah tempat. Dengan adanya perpindahan tempat ini, sistem
komunikasi bergerak tidak menggunakan kabel sebagai medium transmisi.
Sebuah sistem komunikasi bergerak selular menggunakan sejumlah besar
pemancar berdaya rendah untuk menciptakan sel (daerah geografis) layanan dasar dari sistem komunikasi nirkabel (tanpa kabel). Variabel tingkat daya antena pemancar, memungkinkan sel-sel diubah ukurannya menyesuaikan kepadatan
pelanggan dan permintaan dalam suatu wilayah tertentu. Arsitektur umum komunikasi seluler dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Arsitektur umum komunikasi selular
Dari Gambar 2.1, dapat dilihat bahwa sistem komunikasi seluler terdiri dari
komponen berikut [1]:
1. PSTN, tersusun atas local networks, exchange area networks, dan long-haul
network. PSTN menginterkoneksikan antara telepon dengan peralatan komunikasi
lain.
2. Mobile Switching Center (MSC) atau Mobile Telephone Switching Office
dapat menangani 100.000 pelanggan seluler dan 5.000 panggilan dalam waktu
yang bersamaan.
3. Base Station, sering disebut juga sebagai Base Transceiver Station (BTS)
pada sistem GSM, cell site (site). Pada base station, terdapat beberapa pemancar (seringkali disebut sebagai transmitter atau TX) dan penerima (receiver atau RX). TX dan RX akan megangani komunikasi full duplex secara serempak. Biasanya,
TX dan RX dikombinasikan menjadi transceiver (TRX) yang diletakkan di dalam suatu Radio Base Station (RBS). Base station biasanya juga mempunyai menara
untuk membantu proses pemancaran atau penerimaan sinyal pada antena.
4. Mobile Station (MS). MS merupakan suatu perangkat yang digunakan oleh
pelanggan jasa komunikasi seluler untuk memperoleh layanan. Beberapa
komponen yang ada pada MS adalah transceiver, antena, rangkaian pengontrol, dan sebagainya. Selain itu, MS juga dilengkapi dengan kartu Subscriber Identity
Module (SIM) yang berisi nomor identitas pelanggan.
5. Visitor Location Register (VLR) ,penyimpan data-data temporer yang
masuk dari MSC lain dan sifatnya resident.
6. Home Location Register (HLR), penyimpan data-data tetap dari pelanggan
dalam MSC itu sendiri.
Komunikasi selular juga dibedakan antara sistem komunikasi konvensional dan sistem komunikasi modern. Sistem konvensional memiliki karakteristik sebagai berikut :
1. Daerah jangkauan luas 2. Daya yang digunakan besar
4. Modulasi analog berupa frequency modulation (FM) sehingga memerlukan
bandwidth yang besar
5. Belum menggunakan handoff
6. Belum terhubung ke jaringan Public Service Telephone Network (PSTN) 7. Untuk suara
Komunikasi seluler modern memiliki karakteristik sebagai berikut :
1. Alokasi bandwidth kecil
2. Efisiensi pemakaian frekuensi tinggi, karena penggunaan frequency refuse.
3. Modulasi digital
4. Daerah pelayanan dibagi atas daerah - daerah kecil yang disebut sel, sering
disebut sebagai sistem seluler. 5. Kapasitas besar
6. Daya yang dipergunakan kecil
7. Memiliki handoff
8. Efisiensi kanal tinggi karena menggunakan mode akses jamak (multiply access)
seperti frequency division multiple access (FDMA), time divisin multiple access (TDMA), dan code division multiple access (CDMA).
2.2 Konsep Seluler
Cell adalah Area Cakupan (coverage area) dari Radio Base Station, daerah
Selular artinya adalah sistem komunikasi jarak jauh tanpa kabel, selular
adalah bentuk komunikasi modern yang ditunjukkan untuk menggantikan telepon rumah yang masih menggunakan kabel. Pada sistem seluler semua daerah dapat
dicakup tanpa adanya gap sel satu dengan yang lain sehingga bentuk sel secara heksagonal lebih mewakili di banding bentuk lingkaran. Bentuk lingkaran lebih mewakili perserbaran daya yang ditransmisikan oleh antena .
Bentuk seperti itu adalah bentuk ideal, didalam prakteknya bentuk seperti itu tidak pernah di temukan, karena radiasi antena tidak bisa membentuk daerah
cakupan seperti itu, disamping itu keadaan geografis (kontur) turut mempengaruhi bentuk sel, sehingga bentuk sel sebenarnya bisa di gambarkan seperti Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Bentuk sel sebenarnya
Pada Gambar 2.3 pada setiap sel-sel dipegang oleh 1 BTS pada suatu daerah
Gambar 2.3 konsep sel
Sebagai pengguna ponsel yang bergerak dari sel ke sel, percakapan dilakukan dengan teknik handoff antara sel-sel untuk mempertahankan layanan komunikasi agar berjalan lancar (tidak terputus). Saluran frekuensi yang
digunakan dalam satu sel dapat digunakan kembali di sel lain yang letaknya agak jauh. Sel dapat ditambahkan untuk mengakomodasi pertumbuhan pelanggan ,
menciptakan sel-sel baru di daerah yang belum terlayani atau overlay sel di daerah yang telah terlayani.
Satu sel akan dilayani oleh site. Dalam satu site bisa memiliki lebih dari satu
sel. Setiap site biasanya terdiri atas sebuah menara (tower) antena dan shelter. Ada juga yang hanya menjadi pengulang (repeater) untuk minilink saja.
Penempatan site biasanya dilakukan di atas tanah, namun untuk daerah yang padat site ditempatkan di atas gedung-gedung yang tinggi.
Dalam selular pola-pola untuk penyusunan kanal frekuensi dalam satu
2.2.1 Frekuensi Reuse
Konsep frekuensi reuse yaitu memungkinkan penggunaan frekuensi yang sama pada sel yang berbeda, diluar jangkauan interferensinya. Parameter yang
menjadi ukuran adalah perbandingan daya sinyal/carrier terhadap daya total interferensinya.
Pada frequency reuse, penggunaan kanal tidak tergantung pada frequency
carrier yang sama untuk beberapa wilayah cakupan. Pada Gambar 2.4 dapat
dilihat penggunaan ulang kanal frekuensi. Pada sel a yang menggunakan kanal
radio f1 mempunyai radius R dapat digunakan ulang pada sel yang berbeda dengan jangkauan yang sama pada jarak D dari sel yang sebelumnya.
Gambar 2.4 Konsep Frekuensi Reuse
Sedangkan jarak pemisah relatif terhadap radius sel dinyatakan dengan D/R. Persamaan rumus di bawah ini [1]:
D/R= √3K (2.1)
Di mana :
D = jarak antara BS dengan BS yang lain R = radius sel
K = jumlah pola frekuensi
Cluster adalah sekelompok sel yang masing-masing selnya memiliki 1 set
sering juga dilambangkan = N) adalah jumlah sel yang terdapat dalam 1 cluster.
Ukuran cluster tergantung dari syarat C/I (Carrier to Interference) sistem seluler. Beberapa cluster dapat disusun atau diulang-ulang menjadi suatu kelompok
cluster dalam suatu sistem. Gambar 2.5 adalah gambar cluster 3 dan 4 dimana
K=3 maka dalam satu cluster ada terdapat 3 sel demikian dengan K=4 terdapat 4 sel yang berbeda dalam satu cluster.
Gambar 2.5 Frekuensi Reuse dengan 3 dan 4 Kluster
Kaidah penetuan nomor sel atau kaidah parameter geser dengan cara lalui
sejauh i sel dari sel referensi sepanjang rantai heksagonalnya ( garis lurus yang menghubungkan dua pusat sel), lalu berputar 60̊ berlawanan dengan arah jarum jam, kemudian lalui sepanjang j sel pada arah tersebut. Pada posisi akhir disitulah letak frekuensi reusenya. Kaidah penentuan nomor sel dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Dimana ukuran cluster dihitung dengan [1]:
Interferensi ada 2 yaitu Co-channel Interference dan Adjancent Interference. Interferensi sangat berpengaruh pada kriteria performansi sistem
komunikasi seluler yaitu: kualitas suara (voice quality ), kualitas layanan (service quality), dan fasilitas tambahan (special features) [2].
Co-channel Interference ( CCI ) atau interferensi antar kanal disebabkan
oleh sel yang menggunakan frekuensi yang sama. Sedangkan interferensi merupakan faktor masalah utama yang membatasi kinerja dari sistem radio
selular, dapat disebut dengan crosstalk. Sehingga interferensi co-channel adalah crosstalk dari dua pemancar radio yang berbeda menggunakan frekuensi yang
sama. CCI tidak dapat dihilangkan dengan memperbesar daya pembawa di
pemancar karena bila daya dinaikkan maka akan menaikkan daya interferensi yang berasal dari sel co-channel. Untuk menghilangkan pengaruh interferensi,
maka jarak sel co-channel harus dipisahkan sehigga secara fisik tidak terpengaruh oleh propagasi gelombang. Interferensi co-channel merupakan fungsi dari parameter q yang didefinisikan sebagai [2]:
�
=
�� (2.3)
Dimana:
R = radius sel
Nilai q disebut faktor pengurangan interferensi co-channel (co-channel reductionfactor) dapat ditentukan untuk setiap level dari perbandingan sinyal
terhadap interferensi yang diinginkan.
Interferensi Adjacent merupakan interferensi kanal berdekatan. Interferensi ini terjadi karena filter yang digunakan di penerima bukan merupakan suatu filter
ideal, sehingga sebagian daya dari kanal lain dapat diterima / menginterferensi sinyal utama. Atau tidak sempurnanya frekuensi operasi dari filter pada receiver.
Penggunaan receiver ini mengakibatkan frekuensi yang berdekatan dapat lolos dari filter. Interferensi ini akan menjadi masalah yang serius bila kanal yang bersebelahan.
Ada beberapa cara untuk mengurangi pengaruh adjacent channel interference, yaitu :
1. Mempertajam karakteristik peredaman pada filter. (Hal ini sulit atau
tergantung pada perkembangan teknologi)
2. Memberi jarak / spasi frekuensi operasi dalam satu cakupan yang sama
(merupakan paling realisitis untuk dilakukan).
Efek dari adjacent channel interference dapat diperkecil dengan proses
filterisasi yang baik dan pembagian kanal (channel assignment) yang baik. Channel assignment dilakukan dengan memberikan jarak frekuensi pemisah yang
2.2.2 Konsep Handoff
Konsep handoff yaitu memungkinkan seorang pengguna pindah dari suatu sel ke sel yang lain tanpa adanya pemutusan hubungan. Terjadi pemindahan
frekuensi/kanal secara otomatis yang dilakukan oleh sistem.
2.3 Penugasan Kanal ( Channel Assignment )
Channel assignment merupakan pengalokasian kanal frekuensi ke setiap sel
berdasarkan atas beban trafik yang diketahui. Pengalokasian kanal frekuensi ini
bergantung pada kemampuan reuse pada kelompok sel dan trafik yang ada.
Secara umum strategi penempatan kanal adalah untuk peningkatan kapasitas kanal dari setiap sel dan meminimalkan interferensi sesuai dengan yang
diinginkan. Strategi penempatan kanal yang telah dikembangkan untuk memenuhi tujuan di atas, dapat dikelompokkan menjadi fixed atau dinamic. Pemilihan
strategi penempatan kanal dapat mempengaruhi kinerja dari sistem, terutama pengaturan panggilan saat sebuah pengguna berpindah dari satu sel ke sel yang lain.
Channel assignment dapat dibagi menjadi Fixed Channel Allocation (FCA)
dan Dynamic Channel Allocation (DCA).
2.3.1 Fixed Channel Allocation ( FCA )
Merupakan teknik pengalokasian kanal secara tetap, pada setiap sel
terduduki maka sel akan diblok dan kadang digunakan strategi peminjaman kanal
dari sel tetangga [2].
Syarat-syarat fixed channel allocation yaitu: 1. Setiap sel memiliki kelompok kanal yang tetap 2. Bila seluruh kanal terduduki, maka sel akan “block”.
3. Kadang digunakan strategi “peminjaman” kanal dari sel tetangga.
Kelebihan FCA dibandingkan dengan DCA adalah relatif lebih cepat untuk mengatur panggilan yang terjadi dalam sel, lebih murah untuk instalasi dan
investasi awal karena tidak dibutuhkan komputer switching yang super cepat untuk pengambilan keputusan saat adanya alokasi kanal baru. Kelemahan dari FCA adalah:
1. Butuh perencanaan alokasi kanal yang sangat matang saat instalasi
2. Butuh pengecekan berkala untuk melihat optimasi pembagian kanal dalam
satu cluster atau dalam satu sistem keseluruhan.
3. Operator harus sering mencek perkembangan pelanggan dalam tiap area,
perkembangan pelanggan harus diikuti tersediamya kanal di area tersebut,
sehingga harus mengatur ulang pola kanal frekuensi.
Operator harus mengecek keadaan di lapangan apakah ada perkembangan
beban trafik atau ada daerah yang banyak pelanggannya tapi tidak tercover ataupun jelek performasinya.
2.3.2 Dynamic Channel Allocation ( DCA )
Dynamic Channel Allocation (DCA) merupakan salah satu strategi untuk
strategi DCA adalah bila beban trafik tidak merata dalam tiap sel maka pemberian
kanal frekuensi pada tiap sel akan sering tidak terpakai dalam sel yang kurang padat, dan terjadi blocking pada sel dengan beban trafik padat. Teknik DCA dapat
mengalokasi kanal frekuensi bila hanya beban trafik meningkat dan melepaskan kanal frekuensi bila beban trafik menurun. Beberapa teknik DCA tersebut adalah sebagai berikut [2]:
1. First Avaible (FA) 2. Nearest Neighbour (NN)
3. Hybrid Assigment Strategy
4. Borrowing with Channel Ordering Strategy (BCO) 5. Borrowing with Directional Channel Locking
Strategi DCA inilah yang diangkat dalam Tugas Akhir ini, dimana trafik pada setiap sel berubah-ubah dalam kurun waktu tertentu.
2.4 Perumusan Channel Assignment
Permasalahan channel assignment (CAP) muncul dalam jaringan telepon
seluler yakni rentang frekuensi diskrit dengan spektrum frekuensi radio tersedia yang disebut sebagai kanal, diperlukan untuk dialokasikan ke daerah lain guna
meminimumkan bentangan frekuensi total, tergantung pada permintaan (demand) dan pembatas bebas interferensi (interference-free constraint).
Batasan electromagnetic compatibility (EMC) ditentukan melalui jarak
minimum dimana dua kanal harus dipisahkan agar rasio S/I diterima kuat dapat dijamin dalam wilayah yang salurannya telah ditugaskan, dapat ditunjukkan
Ada tiga jenis batasan kanal dalam penugasan kanal, yaitu [3] : 1. Cochannel Constraint (CCC) disebut cij dengan nilai = 1 atau 0
Dimana frekeunsi yang sama tidak dapat dialokasikan pada satu kanal
dengan pasangan frekuensi lain secara bersamaan.
2. Adjacent Channel Constraint (ACC) disebut cij dengan nilai ≥ 2
Dimana frekuensi yang berdekatan tidak dapat dialokasikan untuk sel radio
yang berdekatan secara bersamaan.
3. Cosite Constraint (CSC) disebut cii dengan nilai = α
Dimana setiap pasangan frekuensi yang ditetapkan dalam sel yang sama harus memiliki jarak frekuensi minimum α. Nilai α merupakan nilai positif mulai dari 0 ditugaskan ke sel i. Nilainya tergantung pada standar komunikasi yang
digunakan. Pada umumnya nilai α dimulai dengan 5 untuk menyatakan jarak antar kanal dalam satu sel.
Dari ketiga hal tersebut dapat dihitung jumlah kanal minimun yang dapat disediakan untuk penugasan kanal, dengan rumus [3]:
Kanal minimun yang dibutuhkan = (cii(di−1) + 1) (2.4)
Dimana : cii = nilai maksimum CSC pada matrik C di = nilai maksimum demand (kanal tertinggi)
Ilustrasi pada Gambar 2.7 menunjukan strategi Channel Assignment
Gambar 2.7 Matriks dan Bentuk Layout Sel
Dari ilustrasi Gambar 2.7 dapat diperoleh jumlah kanal/frekuensi minimum yang di butuhkan dengan melihat matriks demand dimana cii = 5, di = 3. Maka
dapat dihitung jumlah kanal minimum, 5 (3-1) + 1 = 11 kanal. Gambar 2.8 adalah cara penentuan letak kanal pada tiap-tiap sel.
c44 = 5 c44 = 5
c43 = 3
c42 = 2 c24 = 3
sel
kanal/frekuensi
Gambar 2.8 Strategi Fequency Exhaustive Assignment
Untuk menugaskan kanal pada Gambar 2.8, langkah pertama adalah terlebih dahulu perlu dilihat pola layout sel bersamaan dengan memperhatikan kendala Electromagnetic Compability (EMC) yaitu CCC, ACC, dan CSC.
Tugaskan/tempatkan demand D terbesar yang ada. Pada ilustrasi Gambar 2.7 demand D terbesar adalah 3 yaitu pada sel ke 4 dengan jarak antara cosite (CCC)
adalah 5 yaitu menempati kanal (f1, f6, dan f11). Kemudian tempatkan demand D berikutnya yaitu 1 pada sel ke 3 yang menempati kanal (f4). Selanjutnya pada demand yang sama yaitu 1 untuk sel 2 dan demand 1 untuk sel 1 yang menempati
2.5 Utilisasi
Utilisasi disini adalah memanfaatkan kanal yang kosong agar semua kanal
dapat dialokasikan secara maksimal. Utilisasi bertujuan mengefisienkan biaya pemakaian kanal dengan cara mengurangi kanal yang tidak terpakai.
2.6 Algoritma Tabu Search
Tabu Search berasal dari Tongan, suatu bahasa Polinesia yang digunakan
oleh suku Aborigin Pulau tonga untuk mengindikasikan suatu hal yang tidak boleh “disentuh” karena sakralnya. Menurut kasus Webster, Tabu berarti larangan yang dipaksakan oleh kebudayaan sosial sebagai suatu tindakan pencegahan atau
sesuatu yang dilarang karena berbahaya. Bahaya yang harus dihindari dalam Tabu Search adalah penjadwalan yang tidak layak, dan terjebak tanpa ada jalan keluar
[4]. Dalam konteks lebih luas, larangan perlindungan dapat diganti jika terjadi tuntutan yang mendadak. Pada tahun 1986 ,Fred Glover mengutarakan konsep dasar dari tabu search adalah merupakan suatu algoritma yang menuntun setiap
tahapannya agar dapat menghasilkan kriteria aspirasi yang paling optimum tanpa terjebak ke dalam solusi awal yang ditemukan selama tahapan itu berlangsung [5].
2.6.1 Pengertian Algoritma Tabu Search
Tabu Search adalah sebuah metode optimasi yang berbasis pada local
search. Proses pencarian bergerak dari satu solusi ke solusi berikutnya, dengan
cara memilih solusi terbaik neighbourhood solusi sekarang (current) yang tidak
mencegah proses pencarian dari local search agar tidak melakukan pencarian
ulang pada ruang solusi yang sudah pernah ditelusuri, dengan memanfaatkan suatu struktur memori yang mencatat sebagian jejak proses pencarian yang telah
dilakukan. Struktur memori fundamental dalam tabu search dinamakan tabu list [4].
Tabu list menyimpan atribut dari sebagian move (transisi solusi) yang telah
diterapkan pada iterasi-iterasi sebelumnya. Tabu search menggunakan tabu list untuk menolak solusi-solusi yang memenuhi atribut tertentu guna mencegah
proses pencarian mengalami cycling pada daerah solusi yang sama, dan menuntun proses pencarian menelusuri daerah solusi yang belum dikunjungi. Tanpa menngunakan strategi ini, local search yang sudah menemukan solusi optimum
local dapat terjebak pada daerah solusi optimum local tersebut pada iterasi-iterasi
berikutnya.
2.6.2 Mekanisme Algoritma Tabu Search
Secara umum, algoritma tabu search dapat dituliskan sebagai berikut [6]: 1. Membangkitkan solusi awal
Mempunyai acuan awal sebelum tabu search dimulai. 2. Menentukan kriteria aspirasi
Suatu penanganan khusus terhadap move yang dinilai dapat menghasilkan solusi yang baik namun move tersebut berstatus tabu. Umumnya diterapkan jika
pergerakan tabu tersebut menghasilkan kandidat solusi yang memiliki nilai yang lebih baik daripada solusi terbaik yang telah dihasilkan. Pada tugas akhir ini
optimasi algoritma tabu search. Nilai kriteria aspirasi ini yang akan digunakan,
yang nilainya berasal dari nilai cosite constraint atau cii. Adapun nilai kriteria aspirasi yang digunakan pada tugas akhir ini adalah 5,6, dan 7.
3. Melakukan move
Ada beberapa macam move yang dapat dipilih selama proses pencarian ini berlangsung [4]:
Local search, yang terdiri dari dua macam yaitu insertion (memilih secara acak
satu bagian struktur untuk dipindah ke bagian yang lain) dan swap (memilih
secara acak dua bagian struktur untuk selanjutnya ditukar posisinya).
Neighborhood search, pada setiap perulangan local search atau tabu search,
perubahan bentuk lokal dapat dipakai untuksolusi yang ada yang ditandai dengan
S, menggambarkan suatu set solusi-solusi berdekatan di dalam ruang pencarian, ditunjukkan N(S). N(S) adalah suatu subset ruang pencarian yang digambarkan
dengan, N(S) = {solusi-solusi yang diperoleh dengan menerapkan perubahan bentuk local tunggal untuk S}.
4. Melakukan intensifikasi
Memori jangka menengah menyimpan sejumlah solusi yang berkualitas (elite solution) yang dihasilkan selama proses pencarian. Memori jangka
menengah ini bertujuan untuk memberikan prioritas kepada atribut dari solusi berkualitas tersebut.
5. Melakukan diversifikasi
Memori jangka panjang menyimpan infromasi tentang kandidat solusi yang pernah dikunjungi. Berdasarkan infromasi tersebut, memori ini dapat
