BAB II LANDASAN TEORI. standarisasi yang dibentuk di Eropa tahun 1982 untuk menciptakan sebuah

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Komunikasi Seluler Global System for Mobile communication (GSM) adalah sebuah standar global untuk komunikasi bergerak digital. GSM adalah nama dari sebuah group standarisasi yang dibentuk di Eropa tahun 1982 untuk menciptakan sebuah standar bersama telepon bergerak seluler di Eropa yang beroperasi pada daerah frekuensi 900-1800 MHz. GSM merupakan teknologi infrasturktur untuk pelayanan telepon selular digital dimana bekerja berdasarkan Time Division Multiple Access (TDMA) dan Frequency Division Multiple Access (FDMA). Jaringan Global System for Mobile Communication (GSM) adalah jaringan telekomunikasi seluler yang mempunyai arsitektur yang mengikuti standar European Telecommunication Standard Institute ETSI GSM 900 / GSM 1800. Arsitektur jaringan GSM tersebut terdiri atas tiga subsistem yaitu Base Station Subsystem (BSS), Network Switching Subsystem (NSS) dan Operation Subsystem (OSS)

serta perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk melakukan

pembicaraan yang disebut Mobile System (MS).

2.2 Konsep Seluler Hingga saat ini dapat dikatakan sebagai penyelesaian yang terbaik untuk mengatasi masalah terbatasnya sepektrum frekuensi dan kapasitas pelanggan. Pada konsep ini ditawarkan kapasitas yang sangat tinggi dalam alokasi sepektrum yang terbatas tanpa perubahan teknologi yang amat besar. Konsep dasarnya adalah

Universitas Sumatera Utara

mengganti pengirim tunggal berdaya tinggi dengan beberapa pengirim berdaya lebih rendah yang masing-masing melayani daerah cakupan yang lebih kecil. Daerah pelayanan yang lebih kecil ini disebut sel. Pada tiap-tiap sel ini dialokasikan sejumlah kecil kanal dari keseluruhan kanal yang ada, sehingga keseluruhan kanal yang dimiliki sistem tersebut terbagi-bagi dalam sel-sel yang ada. Interferensi antar setasiun basis dapat diminimalkan jika setasiun basis yang berdekatan menggunakan grup kanal yang berbeda. Dengan memisahkan setasiunsetasiun basis dan grup-grup kanal dengan cara yang sistematis, kanal-kanal didistribusikan dan digunakan berulang kali. Dalam hal ini interferensi antar setasiun co-channel harus tetap rendah. Setasiun co-channel adalah setasiunsetasiun yang menggunakan frekuensi yang sama. Bentuk jaringan sistem seluler berkaitan dengan luas cakupan daerah pelayanan. Bentuk sel yang terdapat pada sistem komunikasi bergerak seluler digambarkan dengan bentuk hexagonal dan lingkaran. Bentuk sel yang hexagonal lebih mewakili untuk dapat mencakup keseluruhan area. Berikut bentuk sel hexagonal dan lingkaran ditunjukan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Bentuk sel hexagonal dan lingkaran

Universitas Sumatera Utara

2.3 Frekuensi Reuse Penggunaan frekuensi yang sama pada sel yang berbeda pada waktu yang bersamaan oleh beberapa pengguna merupakan inti dari komunikasi seluler. Pada konsep frequency reuse, suatu kanal frekuensi tertentu dapat melayani beberapa panggilan pada waktu yang bersamaan. Maka dapat dikatakan penggunaan sepektrum frekuensi yang efisien dapat dicapai. Semua frekuensi yang tersedia dapat digunakan oleh tiap-tiap sel, sehingga dapat mencapai kapasitas jumlah pemakai yang besar menggunakan pita frekuensi yang efektif. Pada frequency reuse, penggunaan kanal tidak tergantung pada frequency carrier yang sama untuk beberapa wilayah cakupan. Pada Gambar 2.2 [1] 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 sebelumnya.

Sel a

Sel b

R

R

Gambar 2.2 Jarak pengulangan frekuensi Sedangkan jarak pemisah relatif terhadap radius sel dinyatakan dengan D/R. Dapat dilihat pada persamaan 2.1 [1] (𝐃𝐃⁄𝐑𝐑)𝟐𝟐 = 𝟑𝟑𝟑𝟑

(2.1)

Dimana : D = jarak pengulangan (reuse distance)

Universitas Sumatera Utara

R = jari–jari terjauh sel hexagonal (jarak terjauh dari pusat sel ke ujung sel) K = cluster Konsep frequency reuse dapat meningkatkan efisiensi pada penggunaan spektrum frekuensi, akan tetapi harus diikuti dengan pola tertentu dan teratur agar tidak terjadi interferensi kanal. Cluster adalah sekelomkpok sel yang masing-masing selnya memiliki 1 set frekuensi yang berbeda dengan sel yang lain. Ukuran cluster (dilambangkan = K, 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 2.3 adalah gambar cluster 3 dan 4 dimana K=3 maka dalam satu cluster ada terdapat 3 sel demikian dengan K=4 tedapat 4 sel yang berbeda dalam satu cluster [1].

Gambar 2.3 Frekuensi Reuse dengan 3 dan 4 Kluster Kaidah penentuan nomor sel atau kaidah parameter dengan cara lalui sejauh i sel dari sel referensi sepanjang rantai heksagonalnya (garis lurus yang menghubungkan dua pusat sel), lalu berputar 600 berlawanan dengan arah jarum

Universitas Sumatera Utara

jam, kemudian lalui sepanjang j sel pada arah tersebut. Pada posisi akhir disitulah letak frekuensi reusenya. Gambar 2.4 adalah cara penentuan kaidah penomoran sel.

Gambar 2.4 Kaidah Penentuan Nomor Sel Dimana ukuran kluster dihitung dengan :

Untuk :

𝑲𝑲 = 𝒊𝒊𝟐𝟐 + 𝒓𝒓𝟐𝟐 + 𝒊𝒊. 𝒋𝒋

(2.2)

i = 1 dan j = 1  K = 3 i = 1 dan j = 2  K = 7 i = 0 dan j = 2  K = 4 i = 1 dan j =0  K = 4

2.4 Alokasi Kanal Pada teknologi seluler perangkat telepon bergerak hanya dapat mengirimkan sinyal menuju base station melalui kanal dengan menggunakan salah satu dari skema multiple access. Karena adanya keterbatasan kanal maka sistem komunikasi seluler harus melakukan alokasi kanal. Ada beberapa strategi alokasi kanal diantarannya FCA (Fixed Channel Allocation) atau setrategi dimana jumlah kanal telah ditetapkan secara permanen dan DCA (Dynamic Channel

Universitas Sumatera Utara

Allocation) atau jumlah kanal diberikan berdasarkan permintaan jumlah trafik. Strategi yang akan digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah DCA (Dinamic Channel Allocation) yaitu sebagai berikut [2]: 1. Setiap sel yang membutuhkan kanal akan memintannya pada Mobile Switcing Center (MSC). 2. Kanal dialokasikan pada Base Transceiver Station (BTS) yang meminta, dengan memperhatikan probabilitas blocking, frequensi reuse dan faktor biaya. 3. Probabilitas blocking menurun dan kapasitas trunking meningkat.

2.4.1 Fixed Channel Allocation (FCA) Merupakan teknik pengalokasisn kanal secara tetap, pada setiap sel dialokasikan kanal secara tetap. Karena setiap sel dialokasikan secara tetap maka dalam sistem ini diperlukan management kanal yang tetap. Bila seluruh kanal terduduki maka sel akan diblok dan kadang digunakan setrategi peminjaman kanal dari sel tetangga. FCA memiliki kelebihan dibandingkan alokasi dinamis yaitu relatif lebih cepat untuk menangani panggilan yang terjadi dalam sel, lebih murah 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 clauster atau dalam satu sistem keseluruhan.

Universitas Sumatera Utara

3. Operator harus sering mencek perkembangan pelanggan dalam tiap area, perkembangan pelanggan harus diikuti tersediamya kanal di area tersebut,

sehingga

harus

meng-aranggement

ulang

pola

kanal

frekuensi.Operator harus mencek keadaan di lapangan apakah ada perkembangan beban trafik atau ada daerah yang banyak pelanggannya tetapi tidak tercover ataupun buruk performasinya. Syarat-syarat fixed channel allocation (FCA) yaitu: a. Setiap sel memiliki kelompok kanal yang tetap b. Bila seluruh kanal terduduki, maka sel akan “block”. c. Kadang digunakan setrategi “peminjaman” kanal dari sel tetangga.

2.4.2 Dynamic Channel Allocation (DCA) Merupakan teknik dimana kanal yang dialokasikan secara tetap di dalam sel. Dengan demikian semua kanal yang dialokasikan dapat digunakan dalam seluruh sel. Pengaturan kanal dilakukan secara otomatis oleh pengontrol. Pada teknik DCA pemberian kanal dilakukan berdasarkan permintaan. DCA merupakan salah satu setaregi untuk mengatasi penambahan beban trafik dalam sistem seluler. Konsep dasar dari 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 bloking 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[1]: 1. First Available (FA)

Universitas Sumatera Utara

2. Nearest Neighbour (NN) 3. Hybrid Assigment Strategi 4. Borrowing with Channel Ordering Strategi (BCO) 5. Borrowing with Directional ChanneL Locking Strategi alokasi kanal DCA inilah yang diangkat dalam Tugas Akhir ini, dimana trafik pada setiap sel berubah-ubah dalam kurun waktu tertentu. Diagram blok di bawah ini menggambarkan proses frequency assignment in celuler network [Kotrotsos, 2001] ditunjukan pada Gambar 2.5.

Layout Sel

Kendala Interferensi

Permintaan Kanal per Sel

Proses Optimasi Ant Colony

Alokasi Kanal

Kanal yang Tersedia

Input

Proses

Output

Gambar 2.5 Diagram blok proses penugasan frekuensi dalam jaringan seluler

2.5 Masalah Alokasi Kanal Tujuan penugasan kanal adalah untuk menempatkan beberapa resource yang tepat. Dengan menempatkan beberapa kanal pada setiap sel tanpa melanggar batasan yang ditetapkan, maka dapat dinyatakan pada persamaan 2.3 [3]. 𝑭𝑭 = 𝒇𝒇𝟎𝟎 + 𝒏𝒏 𝒙𝒙 𝜟𝜟𝜟𝜟

(2.3)

Universitas Sumatera Utara

Dimana :∆f = kanal bandwidth f0 = frekuensi terendah dari pita frekuensi yang diberikan n = bilangan bulat (n>0) F = bervariasi dari F1 (n=1), F2 (n=2), F3(n=3),…,Fmak(n=maksimum) Untuk memenuhi persyaratan dalam penugasan kanal, kita harus mencari nilai terendah dari Fmak, atau rentang minimum sehingga kanal yang dialokasikan pada sel akan memenuhi trafik dan kualitas layanan. Kualitas layanan akan puas jika semua kendala interferensi diminimalkan. Kendala kompatibilitas elektromagnetik dalam jaringan n cell diwakili oleh kompatibilitas matrik C, yang merupakan n x n matrik simetris. Nilai dari setiap elemen cij nondiagonal dari matrik kompabilitas c merupakan co-channel dan saluran kendala saluran yang berdekatan yang berarti pemisah jarak frekuensi minimum antar frekuensi ditugaskan untuk sel i dan sel j. Ada tiga kendala kompabilitas elektromagnetik (EMC) dengan 3 jenis gangguan, yaitu [3]: a. Kendala Co-channel (CCC)cij - nilai = 0 yang mana kanal yang sama tidak dapat ditugaskan secara bersamaan pada sel yang berada dalam jarak yang ditetapkan secara bersamaan. b. Kendala Adjacent Channel (ACC) cij - nilai = 2 dimana kanal yang berdekatan tidak boleh ditugaskan ke sel yang berdekatan secara bersamaan. c. Kendala Co-site (CSC)cii – nilai = α dimana kanal setiap pasang kanal yang ditugaskan ke sel harus lebih besar dari ambang batas minimum pemisah α. Nilai α merupakan nilai positif mulai dari 0 ditugaskan ke sel i. Nilainya tergantung pada

Universitas Sumatera Utara

setandar komunikasi yang digunakan. Pada umumnya nilai α dimulai dengan 5 dan menyatakan jarak antar kanal dalam satu sel. Dari ketiga hal tersebut dapat dihitung jumlah kanal minimun yang dapat disediakan untuk penugasan kanal dengan rumus 2.4 [3]: 𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲𝑲 = (𝒄𝒄𝒊𝒊𝒊𝒊 (𝐝𝐝𝐢𝐢 − 𝟏𝟏) + 𝟏𝟏)(2.4) Dimana : cii di

= nilai maksimum CSC pada matrik C

= nilai maksimum demand (kanal tertinggi)

2.6 Frequency Exhaustive Assignment Merupakan strategi penugasan kanal pada tiap-tiap sel dengan tetap memperhatikan aturan kendala kompabilitas elektromagnetik (EMC). Kendala cosite yaitu tiap kanal pada sel yang sama harus mempunyai rentang minimum yaitu 5, untuk kendala berdekatan sel rentang minimum 2 kanal, dan untuk kendala cochannel renang minimum ≥ 0. Ilustrasi berikut ini menunjukan strategi Frequency Exhaustive Assignment (FEA) ditunjuukan pada Gambar 2.6 [4]. a. Bentuk Layout Sel

b. Matrik

Gambar 2.6 a. Bentuk Layout Sel dan b. Matrik Matrik D adalah matrik call of demand, yaitu jumlah panggilan yang ada pada setial sel. Dari ilustrasi di atas dapat diperoleh jumlah kanal/frekuensi

Universitas Sumatera Utara

minimum yang di butuhkan dengan menghitung persamaan (2.4) dengan melihat matrik demand dimana cii = 5, di = 3. Maka dapat dihitung jumlah kanal minimum, 5 (3-1) + 1 = 11 kanal. Gambar 2.7 adalah cara penentuan letak kanal pada tiaptiap sel. c44 = 5

c44 = 5

c43 = 3 c42 = 2

c24 = 3

sel

kanal/frekuensi Gambar 2.7 Strategi Fequency Exhaustive Assignment Untuk menugaskan kanal pada Gambar 2.7 langkah pertama adalah terlebih dahulu perlu dilihat pola layout sel bersamaan dengan memperhatikan kendala Electromagnetic Compabily (EMC) yaitu CCC, ACC, dan CSC. Alokasikan/tempatkan deman D terbesar yang ada. Pada ilustrasi Gambar 2.6 dimand 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 call of dimand 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 kanal (f3) untuk sel 2 dan kanal (f6) untuk sel 1[2]. Berikut ini flowchart struktur dasar untuk setrategi Frequency Exhaustive Assignment (FEA) ditunjukan pada Gambar 2.8[2].

Universitas Sumatera Utara

Mulai

Urutan Panggilan/Call

Menentukan Panggilan Pertama untuk Kanal “1”

Apakah Semua Panggilan Sudah Ditempatkan ?

Ya Selesai

Tidak Memilih Panggilan Berikutnya

Memilih dan Menempatkan Sebuah Kanal

Gambar 2.8Flowchart Struktur Dasar Strategi Frequency Exhaustive Assignment (FEA)

Universitas Sumatera Utara