BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Perkembangan Sistem Komunikasi Bergerak Sistem komunikasi bergerak mulai berkembang ketika AMPS (Advanced Mobile
Phone System) untuk pertama kali diuji coba pada tahun 1978 di Chicago, dan kemudian pada tahun 1981 mulai digunakan di Jepang. AMPS masih menggunakan teknologi analog dan merupakan Generasi Pertama (1G) dalam perkembangan komunikasi bergerak. AMPS menggunakan teknologi FDMA (Frequency Division Multiple Access), dimana dalam teknologi ini pengguna dibedakan berdasarkan frekuensi radio (kanal) yang digunakan. Sehingga penggunaan suatu kanal akan diperuntukkan bagi satu pelanggan saja. Untuk lebih jelas dalam perkembangan teknologi komunikasi dapat dilihat pada gambar 2.1 Perkembangan Sistem Komunikasi Bergerak.
Gambar 2.1 Perkembangan Sistem Komunikasi Bergerak
5
Generasi Kedua (2G) dalam perkembangan komunikasi bergerak mulai menggunakan teknologi digital. Transmisi digital memungkinkan kapasitas telepon yang lebih pada jumlah spektrum yang sama. Teknologi GSM (Global System for Mobile Communications) merupakan 2G yang menggunakan akses gabungan antara FDMA (Frequency Division Multiple Access) dan TDMA (Time Division Multiple Access). Selain GSM, CDMAOne (Code Division Multiple Access) merupakan Generasi Kedua yang standardnya dikeluarkan oleh Telecommunication Industry Association (TIA) dengan menggunakan teknologi Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS). Dalam teknologi CDMA seluruh pengguna menggunakan frekuensi yang sama dalam waktu yang sama. CDMA menggunakan kode tertentu untuk membedakan pengguna yang satu dengan yang lain. Generasi Kedua Setengah (2,5G) , esensi jaringan pada generasi ini adalah GPRS (General Packet Radio Service) yang berjalan dalam jaringan 2G selain meningkatkan kemampuan GSM dan TDMA dengan membuatnya jaringan berbasis paket, GPRS juga mampu menyediakan tingkat kecepatan pengiriman data. GPRS juga disebut-sebut sebagai upgrading software jaringa GSM. Generasi Ketiga (3G), teknologi 3G didapatkan dari dua
jalur teknologi
telekomunikasi bergerak. Pertama adalah kelanjutan dari teknologi GSM/GPRS/EDGE dan yang kedua kelanjutan dari teknologi CDMA (IS-95 dan CDMAOne). Teknologi ini mampu menyediakan bandwidth (tingkat transfer data) berkecepatan tinggi, untuk berbagai perangkat genggam. Secara khusus jaringan nirkabel 3G mampu mendukung tingkat transfer data hingga 2,05 Mbps (Megabits per detik) untuk perangkat tetap, 3,84 Kbps (Kilobits per detik) untuk perangkat yag bergerak lambat, seperti ponsel yang dibawa oleh pejalan kaki, 128 Kbps (Kilobits per detik) ketika ponsel bergerak maju, misalnya ponsel yang digunakan didalam mobil berjalan.
6
2.2
Evolusi Teknologi CDMA
Gambar 2.2 Evolusi Teknologi CDMA 1.
CDMAOne CDMAOne menggambarkan suatu sistem wireless yang berbasis pada standar TIA/EIA IS-95 CDMA, termasuk IS-95A dan IS-95B. Istilah CDMAOne dimaksudkan untuk mewakili sistem end to end wireless dan spesifikasi yang diperlukan yang menentukan operasi. Teknologi CDMAOne menyediakan layanan seperti seluler, PCS dan fixed wireless. CDMAOne merupakan trademark CDMA Development Group (CDG).
2. IS-95A: Standard Seluler CDMA yang Pertama TIA/EIA IS-95 (Telecommunication Industry Association/Electronic Industries Association Interim Standard-95) pertama kali diterbitkan pada bulan Juli 1995. Revisi IS-95A diterbitkan pada bulan Mei 1995 dan merupakan basis untuk sistem 2G CDMA komersil diseluruh dunia. IS-95A menggambarkan struktur kanal wideband CDMA 1,25 MHz, power control, call processing, handoff dan teknik registrasi untuk sistem operasi. Sebagai tambahan dari layanan suara (voice), banyak operator IS-95A menyediakan 7
koneksi data circuit-switched pada 14,4 Kbps. IS-95A pertama kali digunakan pada bulan September oleh Hutchison (HK). 3. IS-95B:2,5 G Revisi IS-95B juga ditetapkan berdasarkan TIA/EIA-95, yang menggabungkan IS-95A, ANSI J-STD-008 dan TSB-74 menjadi satu. Spesifikasi ANSI J-STD-008 diterbitkan pada tahun 1995, menegaskan standar kompatibilitas untuk sistem PCS CDMA 1,8 sampai 2,0 GHz . TSB-74 menciptakan interaksi antara IS-95A dan PCS CDMA yang sesuai dengan ANSI J-STD-008. Banyak operator yang memiliki sistem komersil IS-95B
menawarkan packet-switched data berkecepatan 64 Kbps sebagai
tambahan untuk layanan voice. IS-95B pertama kali digunakan pada bulan September 1999 di Korea dan telah diadopsi oleh operator Jepang dan Peru. 4. 2G – Keuntungan pada CDMAOne Ketika
diimplementasikan
pada
jaringan
seluler,
teknologi
CDMAOne
menawarkan banyak keuntungan pada operator seluler dan pelanggannya, antara lain: a. Kapasitas meningkat 8 sampai 10 kali dari sistem analog AMPS (Advanced Mobile Phone System) dan 4 sampai 5 kali dari sistem GSM . b. Memeperbaiki kualitas suara dibandingkan dengan sistem AMPS. c. Menyederhanakan perencanaan sistem dengan menggunakan frekuensi yang sama pada setiap sektor dan sel. d. Meningkatkan privasi. e. Jangkauan yang lebih luas. f. Meningkatkan waktu bicara. g. Bandwidth sesuai kebutuhan.
8
5. CDMA 2000 Istilah 3G digunakan untuk menggambarkan generasi selanjutnya dari layanan mobile yang menyediakan kualitas suara yang lebih baik, Internet berkecepatan tinggi dan layanan multimedia. International Telecommunication Union (ITU) bersama beberapa organisasi dunia lainnya mendefinisikan dan mengesahkan persyaratan teknis dan standar sesuai dengan penggunaan frekuensi untuk sistem 3G di bawah program International Mobile Telecommunication-2000 (IMT-2000).
Gambar 2.3 Standar IMT-2000 Berdasarkan persyaratan tersebut, pada tahun 1999 ITU mengesahkan lima antarmuka radio untuk standar IMT-2000 sebagai bagian dari ITU-R M.1457 Recommendation. CDMA 2000 merupakan salah satu dari lima standar tersebut. Juga dikenal dengan IMT CDMA Multi Carrier.
9
CDMA 2000 mewakili teknologi yamg mencakup CDMA 2000-1x, CDMA20001xEV dan CDMA-3x. Berikut adalah penjelasannya. a.
CDMA 2000-1x (menggunakan spreading rate 1x1,2288 Mbps) dapat menggandakan kapasitas suara dari jaringan CDMAOne dan mengirim peak packet data berkecepatan 307 Kbps pada lingkungan mobile.
b.
CDMA 2000-1xEV mencakup:
CDMA 2000-1xEV-DO (1x Evolution Data Optimized) CDMA 2000-1xEV-DO mengirimkan data dengan kecepatan 2,4 Mbps dan mendukung aplikasi seperti transfer MP3 dan video conferencing.
CDMA 2000-1xEV-DV CDMA 2000-1xEV-DV menyediakan layanan suara terpadu dan paket data multimedia berkecepatan tinggi yang simultan pada kecepatan sampai 3,09 Mbps.
1xEV-DO dan 1x-EV-DV backward compatible dengan CDMA 20001x dan CDMAOne. c. CDMA 2000-3x (menggunakan spreading rate 3x1,2288 Mbps), teknologi ini tidak popular dalam komunikasi. Sistem komersial 3G (CDMA 2000-1x) dunia yang pertama kali dipublikasikan oleh SK Telecom (Korea) pada bulan Oktober 2000. Sejak saat itu, CDMA 2000-1x digunakan di Asia, Amerika Utara dan Selatan serta Eropa. CDMA 2000-1xEV-DO dipublikasikan pada tahun 2002 oleh SK Telecom dan KT Freetel. 2.3
Konsep Dasar CDMA Code Division Multiple Access (CDMA) memiliki kelebihan dibandingkan dengan
teknologi sebelumnya yaitu meningkatkan kapasitas suara, melewatkan lebih banyak data, fleksibilitas band frekuensi, meningkatkan daya tahan baterai, sinkronisasi, power control, 10
soft handoff, backward compatibility, meningkatkan layanan multiplexing dan manajemen QoS (Quality of Service) dan struktur kanal yang fleksible dengan bermacam QoS dan rate transmisi yang bervariasi. Tetapi CDMA juga memiliki kekurangan, yaitu sangat komplek dan perlu ada strategi pengaturan daya MS/BTS ke dua arah agar daya menjadi efisien dan membutuhkan alokasi frekuensi yang besar. Dalam sistem Frequency Division Multiple Access (FDMA), frekuensi dibedakan menjadi beberapa kanal yang lebih sempit, tiap kanal pengguna akan mendapatkan kanal frekuensi yang berbeda untuk berkomunikasi secara bersamaan. Dalam sistem Time Division Multiple Access (TDMA), tiap pengguna akan menggunakan seluruh spektrum frekuensi tertentu yang disediakan tetapi dalam waktu yang singkat yang disebut slot waktu (time slot). Sedangkan dalam sistem CDMA (Code Division Multiple Access), setiap pengguna menggunakan frekuensi yang sama dalam waktu bersamaan tetapi menggunakan sandi unik yang saling orthogonal. Sandi-sandi ini membedakan antara pengguna satu dengan pengguna yang lain. Perbandingan FDMA, TDMA dan CDMA dapat dilihat dari gambar berikut ini.
Gambar 2.4 Perbandingan FDMA, TDMA dan CDMA CDMA (Code Division Multiple Access) merupakan teknik modulasi dan akses ganda yang didasarkan pada teknik spread spectrum direct sequence dimana pengiriman sinyal menduduki lebar pita frekuensi melebihi spektrum minimal yang dibutuhkan. CDMA
11
merupakan sistem digital standard yang memiliki kapasitas 8 sampai 15 kali lebih besar daripada sistem analog. Karena user diisolasi atau dibedakan dengan kode yang unik, maka user dapat menggunakan frekuensi yang sama. Metode CDMA dapat dianalogikan dengan cara berkomunikasi secara bersama-sama dalam satu ruangan yang besar. Setiap pasangan dapat berkomunikasi secara bersama-sama tetapi dengan bahasa yang berbeda, sehingga pembicaraan pasangan satu bisa dianggap seperti suara noise bagi pengguna yang lain, karena tidak diketahui maknanya. Pada saat banyak yang berkomunikasi maka ruangan menjadi bising. Kondisi ini membuat ruang menjadi tidak kondusif lagi untuk berkomunikasi. CDMA menggunakan sistem power control untuk menyeimbangkan daya yang diterima agar tidak ada user yang menghasilkan terlalu banyak interferensi, dimana hal tersebut dapat menurunkan kualitas komunikasi user lainnya.
Gambar 2.5 Analogi Sistem CDMA Untuk menjamin bahwa pembicaraan akan terus tersambung diperlukan adanya fasilitas Handover. Handover merupakan suatu karakteristik dari mobile networks. Pengaruh dari Handover pada Quality of Service (QoS) adalah sebanding dengan jumlah intensitasnya.
12
Sel yang kecil dan mobilitas pemakai yang lebih tinggi meningkatkan intensitas Handover dan pengaruh pada nilai Quality of Service (QoS) secara signifikan. Karakteristik CDMA digambarkan bahwa dalam membentuk cluster cukup satu frekuensi carrier A yang digunakan pada semua sel. Penggunaan frekuensi carrier sangat berbeda dengan sistem GSM. Jadi desain frekuensi pada CDMA sangat sederhana, frekuensi yang digunakan pada setiap site adalah sama.
Gambar 2.6 Pola Reuse Frekuensi antara GSM dan CDMA CDMA merupakan teknologi akses jamak berbasis spread spectrum, dimana sinyal informasi disebar pada pita frekuensi yang lebih besar daripada lebar pita sinyal aslinya (informasi). Dengan penyebaran ini maka rapat daya spektral sinyal informasi yang telah terkodekan makin kebal terhadap interferensi. 2.3.1
Spread Spectrum Spread Spectrum dapat diartikan sebagai teknik pengiriman sinyal informasi
yang menggunakan suatu kode untuk menebarkan spektrum energi sinyal informasi dalam bandwidth yang jauh lebih lebar dibandingkan dengan bandwidth sinyal informasi. Proses pelebaran bandwidth sinyal informasi ini dilakukan pada sisi pengirim dan disebut spreading. Sebaliknya, proses penyempitan kembali bandwidth sinyal informasi dilakukan di sisi penerima, dan disebut de-spreading.
13
Sistem Spread Spectrum sinyal informasi disebar pada pita frekuensi yang jauh lebih lebar dari pada lebar pita informasinya. Penyebaran ini dilakukan oleh suatu fungsi penebar yang bebas terhadap sinyal informasinya berupa pseudo random yang memiliki karakteristik spektral mirip Pseudo Noise (PN code). Prinsip inti dari spread spectrum adalah penggunaan gelombang carrier mirip Pseudo Noise (PN) sehingga bandwidth yang dipergunakan lebih lebar dari pada yang dibutuhkan untuk komunikasi point to point sederhana pada data rate sama. Pseudo Noise (PN) adalah rangkaian bit dengan kecepatan tinggi yang bernilai 1 ke-1 atau non polar 1 ke 0 yang akan dikalikan dengan sinyal informasi untuk mendapatkan sinyal dalam bit-bit kecil dalam kode PN dari sinyal asli sehingga bandwidth menjadi bertambah. Teknik modulasi yang dapat digunakan untuk menghasilkan Spread Spectrum antara lain adalah Direct Squence Spread Spectrum (DSSS). 2.3.2
Direct Squance Spread Spectrum Pada sistem komunikasi Direct Sequence Spread Spectrum ini, sebuah sinyal
informasi akan dimodulasi oleh sebuah sinyal kode digital dengan laju kode bit yang jauh lebih besar dibanding laju bit sinyal informasinya. Pada intinya adalah perkalian antara gelombang sinyal komunikasi dengan suatu Pseudo Noise (PN) yang merupakan deretan biner 1 pada transmitter. Pada receiver, sinyal hasil perkalian tersebut dikali kembali dengan deretan biner 1 yang sama dengan pada transmitter untuk mendapatkan sinyal asli.
2.3.3
Proses Spread Spectrum Bagian utama dari pembangkitan sinyal spread spectrum pada sistem
komunikasi Direct Squance CDMA adalah proses spreading. Pada proses ini 14
dilakukan penebaran terhadap spektrum frekuensi sinyal informasi yang relatif sempit yaitu narrowband b(t), oleh PN code s(t). Hasil yang didapatkan berupa sinyal wideband y(t), yaitu sinyal spread spectrum yang memiliki spektrum frekuensi lebar identik dengan spektrum frekuensi kode PN, yang selanjutnya akan dikirimkan.
Gambar 2.7 Proses Spreading Untuk melindungi sinyal dari berbagai interferensi dan jamming, digunakan kode Pseudorandom atau disebut juga Pseudo Noise (PN). Terlihat seperti acak tetapi sebenarnya detemenistik dan periodik, sehingga receiver dapat merekonstruksi kode untuk deteksi sinkron karena diketahui baik oleh penerima maupun pengirim. 2.3.4
Power Control Power Control merupakan hal yang sangat penting pada sistem CDMA karena
semua pelanggan menggunakan frekuensi yang sama saat yang bersamaan. Kontrol daya penting agar seorang pelanggan tidak memancarakan daya yang tinggi yang akan
15
menyebabkan melemahnya daya pelanggan yang lain. Ini yang disebut dengan nearfar problem. Untuk mengatasi masalah tersebut, diperlukan mekanisme di mana user equipment dapat mengatur daya pancarnya (menaikan atau menurunkan) sehingga semua transmisi dari pelanggan dalam suatu sel yang ditangani oleh base station mempunyai level daya yang sama. Power Control tidak hanya digunakan untuk mengatasi near-far problem akan tetapi digunakannya juga untuk mengatasi Raleigh fading, yang menyebabkan sinyal yang diterima mengalami dropped beberapa dB akibat dari propagasi multipath. Oleh karena itu, kontrol daya digunakan pada uplink dan downlink. 2.3.5
Sinya Pilot Mobile Station senantiasa memantau kekuatan sinyal pilot dan melaporkan
kembali kekuatan sinyal pilot yang diterima kepada BTS. Pilot diidentifikasikan oleh pilot offset dan penempatan frekuensi. Kanal inilah yang menjadi acuan dalam penentuan kondisi handover. Pilot diidentifikasikan oleh MS dan dikategorikan menjadi 4 group yaitu:
Active Set adalah pilot set dari sektor BTS yang sedang digunakan dan menunjukan kanal polit yang diterima oleh mobile station pada hubungan forward link.
Candidate Set adalah pilot set yang menunjukan kanal pilot dari base station yang akan diterima mobile station ketika terjadi proses handover. Pilot ini harus diterima dengan sinyal yang baik untuk mengindikasikan bahwa kanal trafik forward link yang dibawa dapat dimodulasikan dengan baik.
16
Neighbor Set adalah pilot set yang menunjukan kanal-kanal pilot yang dipancarakan berbagai base station yang berada di sekitar active set.
Remaining Set adalah pilot set yang menunjukan kanal-kanal pilot yang dipancarkan berbagai base station yang berada pada suatu jaringan radio seluler CDMA.
2.4
Arsitektur Jaringan CDMA 2000-1x
Gambar 2.8 Arsitektur CDMA 2000-1x Pada Gambar 2.8 dapat dilihat skema struktur jaringan CDMA 2000-1x yang terdiri dari: 1. User terminal, terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut:
Fixed terminal, berfungsi untuk membentuk, memelihara dan memutuskan hubungan dengan Radio Network melalui antar muka radio-packet.
Portable/ handheld, berfungsi mengumpulkan data autentifikasi, autorisasi dan akunting yang diperlukan oleh AAA.
17
2. Radio Access Network (RAN), terdiri dari beberapa komponen berikut:
Base Transceiver Station (BTS) BTS bertanggung jawab untuk mengalokasikan daya yang digunakan oleh pelanggan serta berfungsi sebagai antarmuka yang menghubungkan antara jaringan CDMA 2000-1x dengan perangkat pelanggan. BTS terdiri dari perangkat radio yang digunakan untuk mengirimkan dan menerima sinyal CDMA.
Base Station Controller (BSC) BSC bertanggung jawab untuk mengontrol semua BTS yang berada di dalam daerah cakupannya serta mengatur rute paket data dari BTS dan PDSN atau sebaliknya serta trafik dari BTS ke MSC atau sebaliknya.
Packet Data Serving Network (PDSN) Merupakan komponen baru yang terdapat dalam sistem seluler berbasis CDMA 2000-1x yang bertujuan untuk membentuk, memelihara dan memutuskan sesi Point-to Point Protocol (PPP) dengan pelanggan.
3. Circuit Core Network (CCN), terdiri dari beberapa komponen berikut:
Mobile Swiching Center (MSC) MSC diletakan di pusat jaringan mobile communication dan juga bekerja dengan jaringan lain seperti PSTN, PLMN dll.
Home Location Register (HLR) HLR merupakan tempat yang berisi informasi pelanggan yang digabungkan dengan pengantar layanan paket data. Layanan informasi dari HLR diambil dalam Visitor Location Register (VLR) pada jaringan switch selama proses registrasi berhasil.
18
Visitor Location Register (VLR) VLR secara temporari menyimpan dan mengontrol semua informasi dari Mobile Station (MS) yang berada pada area kontrol. Ketika pelanggan melakukan panggilan maka VLR mentransmit semua informasi yang berhubungan dengan MSC.
SMSC (Short Message Service Center) SMSC bertanggung jawab dalam penyampaian, penyimpanan dan pengajuan suatu pesan singkat.
ISMSC (Intelligent Short Message Service) Merupakan gateway untuk menyelenggarakan interworking dengan jaringan PSTN dan GSM.
4. Packet Core Network (PCN), terdiri dari beberapa komponen berikut:
Router berfungsi untuk merutekan paket data dari dan ke berbagai elemen jaringan yang terdapat pada jaringan CDMA 2000-1x serta bertanggung jawab untuk mengirimkan dan menerima paket data dari jaringan internal ke jaringan eksternal atau sebaliknya.
Fire Wall berfungsi untuk mengamankan jaringan terhadap akses dari luar.
Authentication, Authorization and Accounting (AAA), menyediakan fungsi untuk authentication bertalian dengan PPP dan hubungan mobile IP, melakukan autorisasi yaitu layanan profil dan kunci keamanan distribusi dan manajemen dan accounting untuk jaringan paket data dengan menggunakan protokol Remote Access Dial in User Service (RADIUS), AAA server juga digunakan oleh PDSN untuk berhubungan dengan jaringan suara dari HLR dan VLR.
Home Agent, berfungsi untuk menelusuri lokasi Mobile Station (MS) sekaligus mengecek apakah paket data telah diteruskan ke MS tersebut. 19
2.5
Handover Pada sistem komunikasi yang memiliki tingkat mobilitas yang tinggi, ada
kemungkinan pelanggan bergerak dari satu sel menuju sel lain. Untuk menjamin bahwa pembicaraan akan terus tersambung diperlukan fasilitas handover. Handover adalah proses otomatisasi pergantian frekuensi ketika Mobile Station (MS) bergerak kedalam daerah atau sel yang mempunyai kanal dengan frekuensi berbeda dengan sel sebelumnya, sehingga pembicaraan dijamin akan terus tersambung tanpa perlu melakukan pemanggilan ulang atau inisialisasi ulang. Handover adalah proses otomatis perpindahan frekuensi, jika kekuatan sinyal jatuh dibawah level threshold. Hal ini tidak diketahui oleh pemakai karena terjadi dengan cepat antara 200 – 300 ms. Kebutuhan akan handover mungkin disebabkan oleh radio, Operation and Management (O&M), atau oleh traffic. Radio penyebab utama permintaan handover. Parameter yang dilibatkan adalah tingkatan low singal atau high error rate. Ini disebabkan oleh pergerakan mobile pindah ke suatu sel atau sinyal terhalang oleh suatu objek.
Gambar 2.9 Mekanisme Handover Suatu Handover dilakukan melalui tiga langkah. Mobile Station (MS) terus menerus mengumpulkan informasi level sinyal yang diterima dari Base Station (BS) yang telah dihubungkan, dan semua Base Station (BS) yang lain dapat mendeteksi. Informasi ini
20
kemudian merata-rata untuk menyaring efek fast fading. Ketika memutuskan untuk melakukannya, handover dieksekusi oleh kedua Base Station (BS) dan Mobile Station (MS). 2.5.1
Handover Pada Sistem CDMA Handover bertujuan menyediakan kontinuitas hubungan kepada pelanggan
yang bergerak melingkupi sel dalam infrastruktur seluler. Bagi pelanggan yang terus menerus berkomunikasi dan melintasi pinggiran sel, akan lebih menguntungkan jika menggunakan sumber radio dalam sel baru (target sel) karena kuat sinyal terima pada sel lama memburuk selama pelanggan memasuki sel target. Terdapat beberapa macam Tipe Handover, diantaranya adalah: 1. Intersector/Softer Handover, terjadi ketika suatu MS berkomunikasi pada dua sektor dalam satu sel. 2. Intercell/Soft Handover, terjadi ketika suatu MS berkomunikasi pada sel yang berbeda. Base station yang memiliki kontrol langsung pada MS tersebut dinamakan BTS primer dan yang tidak memiliki kontrol langsung disebut BTS sekunder. 3. Soft-Softer Handover, terjadi ketika suatu MS berkomunikasi pada dua sektor dari suatu sel dan satu sektor dari sel lainnya. Pada keadaan ini akan terjadi soft handover antarsel dan softer handover dalam satu sel. 4. Hard Handover, tipe ini menggunakan metode break before make yang berarti harus terjadi pemutusan hubungan dengan kanal trafik lama sebelum terjadi hubungan baru. Tipe soft handover adalah yang paling sering digunakan dalam CDMA. Keuntungan dari soft handover adalah jalur diversitas pada kanal reverse dan forward. Penguatan diversitas akan lebih baik karena daya yang dibutuhkan lebih sedikit, sehingga diduduki dahulu sebelum proses handover terjadi. Saat MS memulai 21
komunikasi dengan BTS yang baru, MS tidak langsung memutuskan hubungan dengan BTS asal sehingga dapat menghasilkan kualitas yang baik. 2.5.2
Soft Handover Soft Handover adalah cara efektif untuk meningkatkan kapasitas dan
keandalan jaringan Code Division Multiple Access (CDMA). Pada jaringan 2G dan 3G Soft Handover diperluas oleh macro diversity. Micro diversity menyatakan terminal mobile diijinkan untuk berkomunikasi dengan Base Station (BS) secara bersama-sama. Seperti halnya pada Soft Handover komunikasi terminal mobile melalui Base Station (BS) yang dikenal dengan active set, sedangkan Base Station (BS) yang berdekatan disebut neihbour Base Station (BS). Ketika sinyal Base Station (BS) menjadi lebih besar dari threshold yang mana dikenal sebagai ADD_threshold. Sama halnya ketika sinyal menjadi lebih rendah dari threshold yang dikenal dengan DROP_threshold. Soft Handover memungkinkan kedua sel, baik sel asal ataupun sel baru untuk melayani Mobile Station (MS) secara bersama-sama selama transisi Handover. Transisinya adalah ketika Mobile Station (MS) bergerak dari sel asal ke sel baru dan akhirnya berada di sel baru. Hal ini dimungkinkan karena semua sel memakai frekuensi kerja yang sama. Soft Handover selain mengurangi kemungkinan putusnya pembicaraan juga menyebabkan proses handover berjalan dengan halus sehingga tidak menggangu pengguna. Dalam sistem analog dan digital TDMA dilakukan pemutusan hubungan sebelum fungsi switching berhasil dilakukan (breakbefore-make switching frekuensi) sementara pada sistem Code Division Multiple Access (CDMA) hubungan dengan sel lama tidak diputuskan sampai Mobile Station (MS) benar-benar mantap dilayani oleh sel yang baru (make – before – break switching function). Setelah semua panggilan dilakukan Mobile Station (MS) selalu 22
mencek sel-sel tetangga untuk menentukan apakah sinyal dari sel yang lain cukup besar jika dibandingkan dengan sinyal sel asal. Jika hal ini terjadi, ini merupakan indikasi bahwa Mobile Station (MS) telah memasuki daerah cakupan sel yang baru dan handover dapat mulai dilakukan. Mobile Station (MS) mengirim pesan (control message) ke Mobile Transmitter Station Operation (MTSO) yang menunjukan sinyal dari sel baru semakin menguat. Mobile Transmitter Station Operation (MTSO) melakukan handover dengan menyediakan sebuah link kepada Mobile Station (MS) melalui sel baru tetapi link yang lama tetap dipertahankan. Sementara Mobile Station (MS) berada pada daerah perbatasan antar kedua sel, panggilan dilayani oleh kedua sel site,
hal ini
mengakibatkan berkurangnya efek ping pong atau mengulang permohonan untuk menangani kembali panggilan diantara kedua sel site. Sel asal akan memutuskan hubungan jika Mobile Station (MS) sudah benar-benar mantap dilayani oleh sel yang baru.
Gambar 2.10 Ilustrasi Kontinuitas Layanan 23
2.5.3
Proses Handover (Peralihan Frekuensi) Salah satu permasalahan berat yang berhubungan dengan Channel Assignment
(CA) adalah mekanisme handover, yang mana dihubungkan dengan pergerakan Mobile Station (MS). Handover digambarkan sebagai perubahan kanal radio yang digunakan Mobile Station (MS). Manajemen handover memungkinkan jaringan untuk memelihara koneksi dari user yang berpindah. Hal ini dilakukan dengan tiga tahap, yaitu: inisialisasi, koneksi, dan control data. Salah satu penyebab handover adalah perubahan kualitas radio yang lemah dalam suatu lingkungan atau pergerakan Mobile Station (MS). Ketika Mobile Station (MS) dalam melayani suatu area, propagasi dan interferensi mungkin dapat berubah sama seperti saat sel atau Base Station (BS) berbagai bentuk gelombang yang tidak dapat mendukung terminal. Secara umum handover disebabkan penurunan kualitas link radio atau inisialisasi, dengan cara sistem menyusun kanal radio untuk menghindari kebuntuan. Handover sangat penting pada mobile network karena arsitektur jaringan seluler dibuat untuk memaksimalakan penggunaan spektrum. 2.5.4
Mobile – Controlled Handover (Soft Handover) Soft Handover adalah kemampuan dari Mobile Station (MS) untuk memilih
antara sinyal yang diterima secara seketika dari Base Station (BS) yang berbeda. Soft Handover mengijinkan suatu Mobile Station (MS) untuk berkomunikasi dengan berbagai Base Station (BS) secara bersama-sama. Ini merupakan salah satu keuntungan yang dimiliki oleh sistem Code Division Multiple Access (CDMA) dibandingkan dengan Time Division Multiple Access (TDMA). Soft Handover adalah cara efektif untuk meningkatkan kapasitas (capacity), keandalan (reliability) dan cakupan (coverage) sistem CDMA (Code Division Multiple Access). 24
Dalam Time Division Multiple Access (TDMA) atau Advanced Mobile Phone System (AMPS), dalam kaitan dengan penggunaan kembali spektrum, penentuan slot dalam channel frekuensi tidak dapat digunakan pada sel tetangga. Jadi Jika suatu MobileTterminal (MT) yang mengalami panggilan bergerak dari satu sel ke sel yang lain pada saat tertentu harus melakukan switch diantara sel. Sebaliknya dalam sistem CDMA (Code Division Multiple Access) semua sel beroperasi pada sel yang sama. Mobile Station (MS) hanya mempunyai penerima Radio Frequency (RF) tunggal yang menkonversi Radio Frequency (RF) menuju ke baseband, tetapi dibalik itu mempunyai rake receiver dengan berbagai fingers. Ketika semua sel beroperasi pada frekuensi yang sama penerima Radio Frequency (RF) tunggal mengambil semua range yang ada. Mobile Station (MS) kemudian menugaskan finger dari rake receiver ke berbagai sinyal, dan kemudian digabungkan untuk menciptakan sinyal penuh menggunakan Mobile Station (MS). Kadang-kadang multiple path berasal dari sel yang sama. Tetapi Soft Handover akan menjadi lebih berguna ketika Mobile Station (MS) berada ditengah jalan antara dua sel. Pada saat terjadi panggilan Mobile Station (MS) tidak hanya menangani transportasi data yang datang dan pergi dari suatu sel tetapi juga secara aktif mengamati sel yang lain. Ketika Mobile Station (MS) menemukan sel dengan kekuatan sinyal yang baik kemudian akan diinformasikan ke sistem sel. Sel sistem mungkin akan memutuskan untuk mengarahkan panggilan melalui ke dua sel secara simultan. Spesifikasi yang terjadi mengijinkan Mobile Station (MS) untuk berbicara kepada enam sel secara bersamaan, meskipun sekarang ini tidak ada Mobile Station (MS) yang mempunyai kemampuan ini. Ada dua kunci untuk merealisaikan Soft Handover, yaitu: 1. Distribusi data seleksi.
25
Memisahkan salinan data yang sama untuk dikirimkan melalui Base Station (BS) kepada Mobile Station (MS) yang sama dan sebaliknya. 2. Sinkronisasi isi data. Jenis data yang tiba dari berbagai Base Station (BS) kepada Mobile Station (MS) pada waktu yang sama harus disalin data yang sama untuk dikirim Mobile Station (MS) agar dapat dengan tepat disalin menjadi data tunggal. Dalam arah yang berkebalikan hanya satu salinan data yang dikirimkan oleh Mobile Station (MS) ke berbagai Base Station (BS) harus diseleksi untuk diserahkan ke berbagai tujuan. Jadi ketika panggilan dalam sistem Code Division Multiple Access (CDMA) berlangsung dari sel satu ke sel yang lain, proses handover terjadi dalam beberapa tahap. Pertama, telepon mengirimkan pesan. Kedua, sel dan sistem membawa panggilan itu kepada kedua sel. Ketika telepon melanjutkan untuk bergerak, secepatnya kekuatan sinyal dari kedua sel yang sedang berpindah akan mengalami drop pada suatu titik dimana tidak mempunyai manfaat. Selanjutnya sel akan menginformasikan sel sistem berdasarkan fakta ini dan sistem akan meninggalkan sel yang asli. Untuk dapat mengetahui presentase tingkat rata-rata keberhasilan dari handover dapat dihitung dengan rumus: ܵ݁ݐܴܽݏݏ݁ܿܿݑሺΨ ሻൌ
∑ ுை̴ ோ௨௦௧ି∑ ுை̴ ி௨௦ ∑ ுை̴ ோ௨௦௧
× 100%
(2.1)
Untuk mengetahui besarnya kegagalan yang terjadi dapat dihitung dengan rumus: ݁ݐܴܽݏ݁ݎݑ݈݅ܽܨሺΨ ሻൌ 2.5.5
∑ ுை̴ ி௨௦ × ∑ ுை̴ ோ௨௦௧
100%
(2.2)
Peningkatan Kapasitas dan Handover Overhead Pada sistem handover yang konvensional suatu panggilan hanya dilayani oleh
satu Base Station (BS) yang dapat menyebabkan suatu panggilan mengalami efek 26
ping pong, yaitu permohonan untuk menangani kembali panggilan secara bolak balik antara dua sel site. Efek ini dapat menyebabkan kemungkinan suatu panggilan terputus meningkat. Soft Handover diperkenalkan pada sistem Code Division Multiple Access (CDMA) yang memungkinkan suatu panggilan ditangani oleh lebih dari satu Base Station (BS). Soft Handover pada sistem Code Division Multiple Access (CDMA) dimungkinkan karena semua sel frekuensi kerjanya sama. Pada sistem Code Division Multiple Access (CDMA) digunakan penerima rake sebagai diversitas. Sebagai hasil dari diversitas diperoleh faktor penguatan oleh adanya diversitas yang memungkinkan untuk mengurangi daya pancar rata-rata pada Base Station (BS) dan Mobile Station (MS) tanpa menurunkan kualitas suara. Pada sistem Code Division Multiple Access (CDMA) pengurangan daya pancar rata-rata berarti penurunan interferensi yang dialami oleh pengguna lain pada sistem dan akhirnya meningkatkan kapasitas sistem secara keseluruhan. Peningkatan kapasitas sistem oleh adanya proses handover telah dianalisa. Analisa ini dilakukan dengan menggunakan sebuah antena omnidirectional dan sel diasumsikan berbagai
heksagonal. Peningkatan kapasitas dievaluasi dengan
membandingkan kontribusi interferensi dari sel sendiri dan dari sel lain sampai pada lapisan ketiga. Eksponen path loss dianggap memenuhi hukum fourth power low dimana daya berkurang menurut faktor empat pada eksponen path loss, asumsi lain adalah distribusi dari pengguna uniform. Ukuran dari daerah Soft Handover (ditandai dengan γdB) seperti digambarkan pada gambar dibawah ini. Peningkatan kapasitas sistem tergantung secara proposional dengan jumlah pengguna yang berada di daerah Soft Handover dan pengurangan dari daya pancar.
27
Gambar 2.11 Fraksi Peningkatan Kapasitas CDMA Soft Handover pasa sistem seluler Code Division Multiple Access (CDMA) dikontrol berdasarkan hasil pengukuran perbandingan sinyal terhadap noise kanal pilot dari Base Station (BS) yang dilakukan oleh Mobile Station (MS). Hasil pengukuran ini dibandingkan dengan nilai threshold T_ADD dan T_DROP, kemudian berdasarkan ukuran waktu tertentu, suatu Base Station (BS) dihapuskan atau ditambahkan dari daftar kandidat untuk proses Soft Handover. Daerah Soft Handover ditunjukan pada gambar berikut.
Gambar 2.12 Daerah Soft Handover Ketika Mobile Station (MS) memasuki daerah Soft Handover, panggilan dilayani oleh dua sel site. Hal ini akan memboroskan peralatan yang ada (hardware overhead) sehingga jumlah pengguna yang dapat dilayani tidak sama dengan jumlah 28
kanal tarfik yang tersedia karena satu pengguna memakai lebih dari satu kanal traffic. Besarnya hardware overhead ini tergantung pada besarnya daerah Soft Handover. 2.5.6
Faktor Kegagalan Handover pada Sistem CDMA Pada saat dilakukan handover terdapat beberapa faktor yang dapat
menyebabkan terjadinya kegagalan. Faktor-faktor ini antara lain adalah sebagai berikut:
Tidak tercantumnya BTS tujuan pada neighbour list BTS semula, sehingga kedua BTS tidak saling mengenal, akibatnya handover tidak dapat dilaksanakan dan terjadi kegagalan handover.
Pada saat akan dilakasnakan handover, sel tujuan sudah penuh kapasitas kanalnya (traffik overload), sehingga panggilan dipertahankan oleh Base Station sampai kuat sinyal mencapai level minimum dan terjadi pemutusan panggilan.
Adanya efek ping pong. MS tidak dapat melakukan handover karena level daya yang diterima MS dari Base Station maupun sel tujuan saling tarik menarik.
Adanya interferensi Broadcast Control Channel (BCCH). MS menerima frekuensi BCCH yang sama dari dua BTS. Hal ini disebabkan oleh luas coverage kedua BTS yang terlalu lebar. Interferensi BCCH menyebabkan kualitas sinyal yang diterima MS mengalami penurunan, baik pada parameter level sinyal penerimaan, Bit Error Rate (BER) ataupun Eb/No.
Kondisi propagasi lintasan sinyal terima MS mengalami multifath fading (sinyal yang diterima oleh MS merupakan penjumlahan dari beberapa sinyal akibat pantulan medan dekat) yang bersifat melemahkan.
29
