TKE 2102
TEKNIK TELEKOMUNIKASI DASAR
Kuliah 10 – Komunikasi Bergerak
Indah Susilawati, S.T., M.Eng.
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Mercu Buana Yogyakarta 2009
BAB X KOMUNIKASI BERGERAK ( MOBILE COMMUNICATION ) Tujuan Instruksional 1. Umum Setelah menyelesaikan mata kuliah ini, mahasiswa dapat menjelaskan prinsipprinsip dasar telekomunikasi. 2. Khusus Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa dapat menjelaskan komunikasi tanpa kabel, meliputi konsep dasar, teknik akses, penggunaan ulang frekuensi, sistem pager, penjatahan kanal, pindah tangan, interferensi, dan peningkatan kapasitas sistem.
10.1 Pendahuluan Dalam kehidupan sehari-hari dikenal berbagai macam komunikasi bergerak, yang pada dasarnya adalah komunikasi menggunakan gelombang radio. Pembuka pintu garasi, pengendali jarak jauh (remote control), telepon nirkabel (cordless), radio panggil (pager), dan telepon seluler adalah contoh-contoh sistem komunikasi bergerak. Kerumitan, unjuk kerja, dan macam pelayanan yang ditawarkan masing-masing sistem tersebut berbeda satu sama lain. Istilah
“bergerak”
atau
mobile
biasanya
digunakan
untuk
mengelompokkan sebarang terminal radio yang dapat dapat dipindahkan pada saat terminal tersebut bekerja. Dalam perkembangan selanjutnya, istilah tersebut lebih banyak digunakan untuk menunjuk sebuah terminal radio yang terhubung dengan platform yang bergerak dengan kecepatan tinggi (yaitu telepon seluler dalam kendaraan yang bergerak cepat). Sedangkan istilah portable digunakan untuk menunjuk terminal radio genggam yang digunakan pada kecepatan berjalan manusia (yaitu telepon nirkabel di dalam rumah). Pemakai atau pelanggan sistem
103
komunikasi bergerak saling berhubungan melalui stasiun basis yang terhubung ke sumber daya dan jaringan tulang-punggung tetap (fixed backbone network). Pada awal perkembangan sistem komunikasi bergerak, digunakan antena pengirim tunggal berdaya tinggi untuk memperoleh daerah cakupan yang luas. Untuk keperluan ini, antena harus dipasang pada menara yang tinggi. Rancangan yang demikian dapat memberikan daerah cakupan yang bagus, namun tidak memberikan kemungkinan untuk menggunakan frekuensi yang sama di dalam satu sistem. Hal ini disebabkan karena penggunaan frekuensi yang sama pada satu daerah cakupan akan menimbulkan interferensi. Bersamaan dengan meningkatnya permintaan pelayanan dan terbatasnya spektrum frekuensi yang tersedia, maka dikembangkan suatu konsep telepon bergerak yang mempunyai kapasitas tinggi (dengan menggunakan spektrum frekuensi yang terbatas) dan sekaligus dapat mencakup daerah yang luas. Konsep ini yang kemudian terkenal dengan nama konsep seluler.
10.2 Konsep Seluler Konsep seluler hingga saat ini dapat dikatakan sebagai penyelesaian yang terbaik untuk mengatasi masalah terbatasnya spektrum frekuensi dan kapasitas pelanggan. Pada konsep ini ditawarkan kapasitas yang sangat tinggi dalam alokasi spektrum yang terbatas tanpa perubahan teknologi yang amat besar. Konsep dasarnya adalah 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 selsel yang ada. Interferensi antar stasiun basis dapat diminimalkan jika stasiun basis yang berdekatan menggunakan grup kanal yang berbeda. Dengan memisahkan stasiun-stasiun basis dan grup-grup kanal denngan cara yang sistematis, kanalkanal didistribusikan dan digunakan berulang kali. Dalam hal ini interferensi antar
104
stasiun ko-kanal harus tetap rendah. Stasiun ko-kanal adalah stasiun-stasiun yang menggunakan frekuensi yang sama. Jika permintaan pelayanan terus meningkat, yang berarti jumlah kanal yang dibutuhkan juga meningkat, maka jumlah stasiun basis dapat diperbanyak. Dengan cara ini kapasitas sistem menjadi lebih besar tanpa harus menambah lebar spektrum frekuensi yang digunakan. Untuk menghindari tambahan interferensi maka daya pengirim yang digunakan harus dikurangi. Prinsip ini merupakan dasar semua sistem komunikasi tanpa kabel modern, karena dengan sejumlah kanal yang tertentu (tetap) konsep seluler dapat melayani sejumlah besar pelanggan melalui penggunaan ulang frekuensi (kanal). Sistem seluler terdiri atas tiga bagian dasar, yaitu unit bergerak, tapak sel (cell site) dan MTSO (Mobile Telephone Switching Office), dengan hubunganhubungan yang mengaitkan ketiga subsistem tersebut. 1. Unit bergerak. Sebuah unit telepon bergerak terdiri atas unit pengendali, sebuah pancarima, dan sebuah antena. 2. Tapak sel. Tapak sel menyediakan antarmuka antara MTSO dan unit-unit bergerak. Tapak sel mempunyai unit pengendali, kabinet-kabinet radio, antena-antena, catu daya, dan terminal-terminal data. 3. MTSO. Pusat pensaklaran, yaitu elemen pengatur pusat untuk semua tapak sel, terdiri atas prosesor seluler dan saklar seluler. MTSO berantarmuka dengan kantor-kantor daerah perusahaan telepon, mengendalikan proses panggilan, dan menangani kegiatan penagihan. MTSO juga sering disebut dengan MSC (Mobile Switching Center). 4. Hubungan. jalur radio akan menghubungkan ketiga subsistem dalam konsep seluler tersebut di atas. Setiap unit bergerak hanya dapat menggunakan satu kanal pada satu waktu tertentu untuk hubungan komunikasinya. Kanal yang digunakan tersebut tidak tetap, tetapi dapat merupakan sebarang kanal dalam sistem seluler yang menyediakan pelayanan. Setiap tapak sel dapat menghubungkan sejumlah besar unit bergerak secara bersamaan (simultan). Perhatikan gambar 10.1.
105
MTSO atau MSC merupakan jantung sistem seluler. Prosesor yang terdapat didalamnya menyediakan pengaturan pusat dan administrasi sistem tersebut. Saklar seluler, baik analog maupun digital, menghubungkan pelanggan bergerak dengan pelanggan bergerak yang lain dan dengan jaringan telepon nasional. Saklar seluler ini terdiri atas trunk suara dan juga jalur-jalur data untuk mengawasi hubungan antara pemroses dengan saklar dan antara tapak sel dengan prosesor. Jalur radio ini membawa sinyal antara unit bergerak dengan tapak sel.
Gambar 10.1 Bagian-bagian dasar sistem seluler
10.3 Teknik Akses Jaringan Teknik akses jaringan memungkinkan pelanggan-pelanggan menggunakan kanal secara bersama. Ada beberapa jenis teknik akses jaringan yang dipergunakan dalam system seluler, yaitu: 1. FDMA Dengan FDMA, bidang frekuensi dibagi menjadi segmen-segmen dengan lebar-bidang yang tertentu dan setiap segmen dapat diakses oleh pengguna pada suatu saat.
106
2. TDMA Dengan TDMA, domain kerja adalah waktu. Setiap pengguna mempunyai jatah slot waktu untuk menggunakan seluruh bidang frekuensi yang ada untuk mengirimkan sinyal. 3. CDMA Dengan CDMA, setiap pengguna dapat mengirimkan sinyal pada setiap saat dengan
menggunakan
seluruh
bidang
frekuensi
yang
ada,
dengan
menggunakan kode yang berbeda-beda.
10.4 Penggunaan Ulang Frekuensi Sistem radio seluler mengandalkan pengalokasian kanal yang cerdas dan penggunaan ulang frekuensi pada keseluruhan daerah cakupan. Setiap stasiun basis seluler dialokasikan untuk satu grup kanal yang akan digunakan dalam satu wilayah geografis kecil yang disebut sel. Stasiun-stasiun basis yang berdekatan harus dialokasikan untuk grup kanal yang berbeda. Antena stasiun basis dirancang untuk melayani daerah tertentu saja. Dengan membatasi daerah cakupan antena sebatas satu sel saja, maka grup-grup kanal yang sama dapat digunakan kembali pada sel-sel yang letaknya berjauhan. Proses perancangan pemilihan dan pengalokasian grup-grup kanal untuk semua stasiun basis seluler dalam suatu sistem disebut penggunaan ulang frekuensi (frequency reuse) atau perencanaan frekuensi. Gambar 10.2 memperlihatkan penggunaan ulang frekuensi pada konsep seluler, dimana sel-sel yang berlabel sama menggunakan grup kanal yang sama pula. Sel-sel berbentuk segienam merupakan pemodelan cakupan radio tiap-tiap stasiun basis yang telah disederhanakan untuk mempermudah analisis. Daerah cakupan sel yag sebenarnya disebut footprint dan dapat ditentukan melalui pengukuran medan atau dari model-model perkiraan perambatan gelombang. Pemilihan bentuk sel ini adalah karena segienam dapat mencakup dengan tepat keseluruhan wilayah pelayanan tanpa tumpang tindih, dan paling mendekati pola
107
radiasi lingkaran yang dihasilkan oleh antena stasiun basis omni-direksional dan perambatan ruang bebas. Dengan menggunakan sel berbentuk segienam, antena pengirim pada stasiun basis dapat diletakkan di pusat atau di sudut sel. Eksitasi di pusat sel biasanya menggunakan antena omni-direksional, sedangkan eksitasi di sudut sel menggunakan antena direksional tersektor. Pertimbangan praktis biasanya tidak memugkinkan penempatan antena di pusat atau di sudut sel dengan tepat. Sebagian besar sistem memperbolehkan penempatan antena hinga sejauh 1/4 kali radius sel dari letak idealnya. Jika suatu sistem seluler mempunyai kanal total sebanyak S, setiap grup kanal terdiri atas k kanal (k < S), dan S dibagi sama banyak untuk N sel, maka jumlah total kanal radio yang dapat digunakan adalah S=kN
(1)
Jumlah sel yang dengan tepat menggunakan keseluruhan frekuensi, yaitu N sel, disebut kelompok sel atau kluster. Jika sebuah kelompok sel digandakan dalam sebuah sistem sebanyak M kali, maka jumlah kanal total C yang merupakan ukuran kapasitas sistem tersebut adalah C=MkN=MS
(2)
Sesuai dengan persamaan (2), kapasitas sistem seluler sebanding dengan jumlah penggandaan kluster. Faktor N disebut ukuran kelompok sel dan biasanya berjumlah 4, 7, atau 12 sel. Jika ukuran atau besar N diperkecil dan raius sel tetap, maka dibutuhkan lebih banyak kelompok sel yang berarti memperbesar kapasitas total C. Ukuran kelompok sel yang besar menandakan bahwa perbandingan radius sel dan jarak antara sel-sel yang ko-kanal juga besar. Sebaliknya, ukuran kelompok sel yang kecil menunjukkan bahwa jarak antara sel-sel yang ko-kanal juga kecil. Nilai N merupakan fungsi dari besar interferensi yang dapat diterima oleh pelanggan atau stasiun basis untuk tetap menjaga kualitas komunikasi. Sudut pandang perancangan akan mengusahakan nilai N yang sekecil mungkin untuk menghasilkan kapasitas total C yang sebesar-besarnya. Faktor penggunaan ulang frekuensi dari sebuah sistem seluler adalah 1/N, karena tiap sel dalam suatu
108
kelompok sel hanya mempunyai 1/N kali jumlah kanal yang dapat digunakan di dalam sistem.
Gambar 10.2 Penggunaan ulang frekuensi pada konsep seluler (N=4)
10. 5 Sistem Pager Sistem pager adalah sistem radio satu arah yang digunakan untuk memberitahu seseorang bahwa orang lain menginginkan orang tersebut untuk menghubunginya melalui telepon. Rentang frekuensi untuk pager adalah sbb: 26,1 – 50 MHz 146 – 174 MHz 806 – 960 MHz 68 – 88 MHz 450 – 470 MHz
10.6 Strategi Pembagian Kanal Spektrum radio dapat digunakan secara efektif jika tersedia suatu skema penggunaan ulang frekuensi yang sesuai dengan perkembangn kebutuhan kapasitas dan menjaga interferensi tetap kecil. Berbagai macam strategi telah dikembangkan, yang terbagi dalam pembagian tetap dan dinamis. Strategi pembagian kanal ini akan mempengaruhi unjuk kerja sistem, khususnys pada bagaimana penanganan komunikasi pada saat pelanggan berpindah sel.
109
Pada pembagian tetap, setiap sel mempunyai sejumlah kanal yang tetap. Panggilan yang terjadi dalam sel hanya dapat dilayani oleh kanal bebas yang ada di dalam sel tersebut. Jika semua kanal yang dimiliki telah digunakan maka panggilan yang datang tidak dapat dilayani. Dalam pembagian tetap ini juga telah dilembangkan strategi peminjaman, dimana sel dapat meminjan kanal dari sel yang berdekatan jika semua kanal yang dimikinya telah terpakai. Prosedur peminjaman kanal ini diatur oleh pusat pensaklaran atau MTSO, untuk menghindari gangguan dan interferensi dengan komunikasi (panggilan) lain yang sedang berlangsung. Pada pembagian dinamis, kanal tidak terbagi secara permanen tetapi sel akan meminta kanal dari MTSO setiap kali ada permintaan pelayanan komunikasi (panggilan). MTSO akan mengatur penggunaan kanal agar tidak terjadi interferensi dalam sel atau antar sel yang berdekatan. Pembagian kanal secara dinamis akan mengurangi kemungkinan bloking panggilan sehingga dapat menningkatkan kapasitas pelayanan sistem karena semua kanal dapat diakses oleh seluruh sel yang ada. Selain dua jenis penjatahan ini, terdapat sistem yang menggunakan strategi peminjaman (borrowing strategy) yang memungkinkan sistem dengan penjatahan tetap untuk meminjam kanal bebas dari sel yang lain.
10.7 Strategi Lepas-Tangan (Handoff) Jika pelanggan telepon bergerak memasuki sel yang lain pada saat komunikasi
sedang
berlangsung,
maka
MTSO
secara
otomatis
akan
memindahkan komunikasi tersebut ke kanal yang baru milik sel yang dimasukinya. Proses ini disebut lepas-tangan. Proses lepas-tangan meliputi identifikasi stasiun basis baru, alokasi sinyal suara, dan alokai sinyal pengendali ke kanal yang baru. Penanganan lepas-tangan merupakan hal yang penting dalam sistem radio seluler. Beberapa strategi lebih mengutamakan untuk melayani permintaan lepastangan daripada permintaan panggilan baru. Supaya komunikasi tidak terputus
110
pada lepas-tangan harus dilakukan dengan baik. Berdasarkan kebutuhan ini, sistem harus menentukan tingkat daya sinyal tertentu untuk memulai proses lepas tangan. Pemilihan tingkat daya sinyal ini harus cukup besarnya sehingga tidak menyebabkan terputusnya komunikasi. Dalam proses lepas-tangan harus dipastikan bahwa turunnya daya sinyal yang diterima bukan karena pudaran sementara dan bahwa pemakai benar-benar bergerak menjauhi stasiun basis. Stsiun basis memantau tingkat sinyal pada selang waktu tertentu sebelum lepas-tangan dimulai. Pengukuran kuat sinyal ini harus dapat menghindari lepas-tangan yang tidak perlu, dan sebaliknya harus memastikan terjadinya lepas-tangan yang perlu sebelum komunikasi terputus (drop call). Waktu yang dibutuhkan untuk menentukan perlu atau tidaknya lepastangan ditentukan oleh kecepatan gerak pelanggan. Jika kemiringan rerata sinyal yang diterima curam, maka harus segera lepas-tangan. Kecepatan gerak pelanggan, yang merupakan hal penting dalam menentukan keputusan lepastangan, dapat dihitung dari statistik pudaran sinyal jangka pendek yang diterima oleh stasiun basis. Lamanya waktu suatu komunikasi berada dalam satu sel tanpa lepastangan disebut waktu tinggal atau dwell time. Faktor-faktor yang mempengaruhi waktu tinggal antara lain perambatan, interferensi, dan jarak antara pelanggan dengan stasiun basis. Bahkan untuk pemakai yang diam, pudaran dapat terjadi karena gerakan benda-benda lain disekitar pemakai dan di sekitar stasiun basis. Hal ini menyebabkan waktu tinggal menjadi acak dan tertentu meskipun untuk pemakai yang diam. Pada sistem seluler generasi yang pertama, pengukuran kuat sinyal dilakukan oleh stasiun basis dan diatur oleh MTSO. Masing-masing stasiun basis memantau kuat sinyal yang diterima pemakai baik dalam sel itu sendiri maupun pemakai yang berada dalam sel didekatnya. MTSO akan menentukan perlu atau tidaknya lepas-tangan berdasarkan informasi tersebut. Pada sistem seluler generasi kedua yang menggunakan teknologi digital TDMA, keputusan lepas-tangan ditangani oleh unit bergerak itu sendiri atau
111
disebut Mobile Assisted Handoff (MAHO). Setiap unit bergerak akan mengukur daya yang diterima dari stasiun-stasiun basis sekitar dan melaporkannya ke stasiun basis tempat unit bergerak berada, pada tingkat daya dan selang waktu tertentu. Dengan cara ini penanganan lepas-tangan menjadi lebih cepat, dan cocok untuk lingkungan mikroseluler dimana lepas-tangan lebih sering terjadi. Pemakai bergerak dengan kecepatan yang berbeda-beda, dari kecepatan berjalan manusia hingga kecepatan kendaraan bermesin. Hal ini menimbulkan permasalahan dalam perancangan sistem. Kendaraan bermesin yang mempunyai kecepatan tinggi akan melintasi daerah cakupan sel hanya dalam waktu beberapa detik saja, sedangkan pejalan kaki mungkin tidak akan pernah memerlukan lepastangan. Jika sistem menggunakan sel-sel mikro (untuk meningkatkan kapasitas), maka MTSO akan terbebani, terutama saat pemakai berkecepatan tinggi sering melintasi sel-sel. Berbagai skema dibuat untuk menangani lalu-lintas pemakai berkecepatan tinggi dan rendah secara bersamaan. Meskipun konsep seluler memungkinkan penambahan kapasitas melalui penambahan sel-sel baru, tetapi pada prakteknya hal ini sulit dilakukan terutama di daerah perkotaan. Pada penyedia layanan lebih tertarik untuk memasang kanalkanal dan stasiun basis baru pada lokasi yang sama daripada mencari loasi yang baru. Dengan menggunakan ketinggian antena dan tingkat daya yang berbeda, dimungkinkan untuk membuat sel besar dan sel kecil pada lokasi yang sama (bertumpang tindih). Teknik ini disebut pendekatan sel payung. Sel payung digunakan untuk menyediakan daerah cakupan yang luas bagi pemakai berkecepatan tinggi dan menyediakan daerah cakupan yang sempit bagi pemakai yang bergerak dengan kecepatan rendah. Gambar 10.3 memperlihatkan sel payung yang bertumpanng tindih dengan beberapa sel mikro yang lebih kecil. Pendekatan payung akan meminimalkan jumlah lepas-tangan untuk pemakai kerkecepatan tinggi dan menyediakan kanal-kanal tambahan melalui sel-sel mikro untuk pemakai berkecepatan rendah atau pejalan kaki.
112
Gambar 10.3 Pendekatan sel payung
10.8 Interferensi dan Kapasitas Sistem Interferensi merupakan faktor keterbatan utama dalam unjuk kerja sistem radio seluler. Sumber interferensi dapat berupa pemakai lain dalam sel yang sama, komunikasi yang sedang berlangsung pada sel yang berdekatan, stasiun basis lain yang bekerja pada pita frekuensi yang sama, atau sistem nonseluler yang membocorkan dayanya ke dalam pita frekuensi yang digunakan oleh sistem seluler. Interferensi pada kanal suara akan menimbulkan cakap silang dimana pemakai mendengar interferensi karena pengaruh transmisi yang tidak diinginkan. Didalam kanal pengendali, interferensi akan menyebabkan kegagalan panggilan karena kesalahan pensinyalan digital. Interferensi di daerah perkotaan menjadi lebih besar karena pengaruh permukaan derau RF (RF noise floor) yang lebih tinggi, banyaknya stasiun basis, dan juga banyaknya jumlah pemakai. Interferensi menjadi suatu penghalang dalam usaha penambahan jumlah kapasitas dan seringkali menjadi penyebab utama terputusnya suatu komunikasi. Ada dua macam interferensi yang terjadi oleh pengaruh sistem seluler itu sendiri, yaitu interferensi ko-kanal dan interferensi kanal yang berdekatan. Meskipun timbul oleh sistem seluler itu
113
sendiri, kedua jenis interferensi ini sulit dikendalikan. Hal ini terutama karena pengaruh perambatan yang acak. Selain kedua macam interferensi tersebut, juga terdapat interferensi yang disebabkan oleh sumber luar seperti interferensi dari pemancar milik sistem seluler yang lain.
10.8.1 Interferensi Ko-Kanal Dengan penggunaan ulang frekuensi maka di dalam suatu daerah pelayanan seluler terdapat beberapa sel yang menggunakan frekuensi yang sama. Sel-sel ini disebut sel-sel kanal yang sama (atau disebut sel ko-kanal) dan interferensi yang terjadi antar sel-sel ko-kanal ini disebut interferensi ko-kanal. Interferensi ko-kanal tidak dapat diatasi dengan cara meningkatkan SNR. Hal ini karena penambahan daya pancar pengirim justru akan menaikkan interferensi dengan sel ko-kanal tetanggga. Untuk mengurangi interferensi ko-kanal maka selsel ko-kanal harus dipisahkan sejauh jarak minimal tertentu yang akan mengurangi pengaruh perambatan. Dalam sistem seluler dengan ukuran sel yang seragam, interferensi kokanal tidak terpengaruh oleh daya pancar tetapi akan merupakan fungsi radius sel (R), dan jarak ke pusat sel ko-kanal yang terdekat (D). Dengan memperbesar perbandingan D/R, pemisahan antara sel-sel ko-kanal relaif terhadap jarak jakupan sel dapat diperbesar. Interferensi dikurangi dengan cara memperbaiki isolasi daya RF yang berasal dari sel ko-kanal. Jika D/R besar maka kualitas transmisi dapat ditingkatkan karena hal ini akan mempunyai arti interferensi kokanal yang rendah. Sebaliknya, untuk memperoleh kapasitas yang besar maka ukuran kelompok sel (N) harus kecil yang berarti nilai D/R yang lebih kecil. Dalam perancangan sistem seluler yang sebenarnya, besarnya perbandingan D/R harus dipertimbangkan dengan melihat kebutuhan kapasitas dan kualitas pelayanan yang akan disediakan. Perhatikan gambar 10.4.
114
Gambar 10.4 Perbandingan radius sel (R) dengan jarak ke pusat sel ko-kanal (D)
Perbandingan antara sinyal yang dikehendaki dengan sinyal interferensi ko-kanal dapat diketahui dengan cara menghitung daya sinyal yang diterima dari sebuah stasiun basis dan jumlah daya yang diterima dari stasiun-stasiun sel-sel ko-kanal. Pengukuran perambatan dalam kanal radio bergerak menunjukkan bahwa rerata sinyal yang diterima meluruh sebanding dengan pangkat n jarak antara pengirim dan penerima. Daya rerata yang diterima pada jarak d dari antena pengirim adalah ⎛d⎞ Pr = P0 ⎜ ⎟ ⎝ d0 ⎠
−n
⎛d⎞ Pr ( dBm) = P0 ( dBm) − 10n log⎜ ⎟ ⎝ d0 ⎠
(3)
(4)
P0 adalah daya yang diterima pada jarak d0 dari antena pengirim, dan n adalah eksponen rugi-rugi lintasan. Besarnya n untuk sistem seluler di daerah perkotaan berkisar antara 2 dan 4.
115
Dengan melihat kedua persamaan di atas, jika eksponen rugi-rugi lintasan dan daya pancar masing-masing stasiun basis adalah sama besar, maka perbandingan daya dan interferensi adalah sebagai berikut S = I
R−n i0
∑ (D )
(5) −n
i
i =1
S (watt) adalah daya sinyal dari stasiun basis yang dikehendaki, I (watt) adalah daya sinyal interferensi yang disebabkan oleh sel-sel ko-kanal, R adalah radius sel, D adalah jarak terdekat antar dua sel ko-kanal, dan I0 adalah jumlah sel kokanal yang menyebabkan terjadinya interferensi. Besarnya S/I dapat dinyatakan dalam satuan dB (desiBell).
10.8.2 Interferensi Kanal yang Berdekatan Interferensi yang diakibatkan oleh sinyal-sinyal pada frekuensi yang berdekatan disebut interferensi kanal yang berdekatan (adjacent channel). Interferensi jenis ini terjadi karena tapis penerima yang tidak sempurna yanng mengakibatkan frekuensi lain masuk kedalamnya. Permasalahan akan timbul jika dua orang pelanggan yang berdekatan menggunakan kanal yang berdekatan; satu mengirim sinyal dan yang lain sedang menerima sinyal dari stasiun basis. Selain itu permaslahan juga dapat terjadi jika pelanggan yang berada dekat dengan stasiun basis menggunakan kanal yang berdekatan dengan kanal yang digunakan oleh pelanggan berdaya rendah (weak mobile). Interferensi kanal yang berdekatan dapat diminimalkan dengan penapisan dan pembagian kanal yang tepat. Pembagian kanal pada tiap sel dapat diatur sedemikian rupa sehingga kanal-kanal yang berdekatan frekuensinya tidak berada dalam satu sel. Jarak frekuensi antara tiap kanal harus dijaga sebesar mungkin untuk mengurangi interferensi. Kanal-kanal dapat dibagi dengan menghindari kanal-kanal yang membentuk pita frekuensi kontinyu berada pada sel yang sama.
116
10.9 Peningkatan Kapasitas Sistem Seluler Permintaan pelayanan tanpa kabel yang terus meningkat menyebabkan jumlah kanal pada suatu sel tidak cukup lagi untuk mendukung jumlah pemakai. Dengan kenyataaan ini diperlukan suatu teknik perancangan seluler yang dapat menyediakan kanal yang lebih banyak pada setiap unit daerah cakupan. Ada tiga teknik yang digunakan untuk meningkatkan jumlah kapasitas dalam sistem seluler, yaitu : 1. pemecahan sel (cell splitting) 2. pembagian sektor (sectoring) 3. pendekatan zona cakupan (coverage zona approaches).
Teknik pemecahan sel adalah suatu proses membagi suatu sel besar menjadi sel-sel yang lebih kecil. Sel-sel kecil ini masing-masing akan dilayani oleh satu stasiun basis dengan ketinggian antena dan daya transmisi yang lebih rendah. Pemecahan sel akan menambah jumlah kapasitas total sistem karena pemecahan sel juga berarti menambah jumlah perulangan M pada persamaan (2). Dengan menentukan sel-sel baru yang mempunyai radius yang lebih kecil dari sel semula (disebut mikrosel) dan menempatkannya di antara sel-sel yang sudah ada, kapasitas total dapat diperbanyak. Pemecahan sel mengembangkan sistem dengan cara menggantikan sel-sel besar dengan sel-sel kecil. Gambar 10.5 dan 10.6 memperlihatkan contoh pemecahan sel. Pada gambar-gambar tersebut, stasiun basis diletakkan di sudut sel, dan daerah yang dilayani oleh stasiun basis A dianggap telah dikelilingi oleh tiga stasiun basis mikrosel yang baru. Dalam contoh ini ketiga mikrosel ditambahkan sedemikian rupa sehingga pola penggunaan ulang frekuensi dalam sistem tersebut tetap terjaga. Sebagaimana terlihat pada gambar, pemecahan sel pada dasarnya adalah penskalaan geometri kelompok sel, yaitu radius mikrosel sama dengan setengah radius sel asal. Untuk sel-sel yang mempunyai ukran lebih kecil tersebut, daya pancar antena stasiun basisnya juga harus dikurangi. Daya pancar untuk sel-sel baru ini
117
dapat ditentukan dengan menguji daya yang diterima pada perbatasan sel baru dan sel asal. Kedua daya yang diterima kemudian disamakan. Hal ini dilakukan supaya penggunaan ulang frekuensi pada sel-sel baru tersebut dapat menggunakan pola yang sama dengan pola sebelumnya. Dengan perhitungan yang teliti, ternyata daya pancar harus diturunkan sebesar 10 dB untuk dapat menjangkau daerah cakupan semula (sebelum pemecahan sel) dengan menggunakan mikrosel dan tetap menjamin perbandingan sinyal-derau yang telah ditentukan.
Gambar 10.5 Pemecahan sel
Pada kenyataanya tidak semua sel akan atau harus dipecah pada saat yang sama. Dalam sistem seluler biasanya terdapat sel-sel dengan ukuran yang berbeda-beda secara bersamaan. Keadaan ini membuat pembagian kanal menjadi lebih rumit. Lepas-tangan harus dapat dilaksanakan baik untuk pemakai berkecepatan tinggi maupun untuk pemakai berkecepatan rendah. Pendekatan payung dapat digunakan untuk mengatasi masalah ini. Jika dalam suatu sistem seluler terdapat dua macam sel dengan ukuran yang berbeda seperti pada gambar 10.5, maka daya pancar yang digunakan harus memperhitungkan kepentingan masing-masing sel. Jika digunakan daya pancar sel besar untuk semua sel, maka beberapa kanal yang digunakan oleh sel-sel kecil
118
akan lebih mudah berinterferensi dengan sel-sel ko-kanal. Dipihak lain, jika digunakan daya pancar sel kecil untuk semua sel, maka akan terdapat daerahdaerah pada sel besar yang tidak terlayanii. Untuk mengatasi hal ini maka kanalkanal dalam sel asal harus dibagi menjadi dua kelompok, satu kelompok untuk sel besar dan yang lain untuk sel kecil. Masing-masing kelompok kanal tersebut dapat digunakan secara berulang sesuai dengan konsep penggunaan ulang frekuensi. Sel yang lebih besar melayani pemakai berkecepatan tinggi sehingga tidak banyak terjadi lepas-tangan.
Gambar 10.6 Pemecahan sel pada seluruh wilayah pelayanan
Ukuran kelompok kanal tergantung pada tingkat pemecahan sel. Pada awal proses pemecahan sel, hanya dibutuhkan lebih sedikit kanal untuk sel kecil. Bersamaan dengan naiknya permintaan maka kebutuhan kanal untuk sel-sel kecil ini juga akan bertambah. Proses pemecahan sel akan terus berlangsung hingga seluruh kanal digunakan pada kelompok berdaya rendah (sel kecil). Ini terjadi saat pemecahan sel sudah meliputi seluruh daerah pelayanan sistem seluler, sehinngga sistem seluler akan mempunyai sel yang lebih kecil. Perhatikan gambar 10.6. Antena yang dimiringkan ke bawah dapat digunakan untuk membatasi daerah
119
cakupan radio pada mikrosel. Dengan cara ini pancaran daya dari antena akan mengarah ke bawah (bukan ke arah horison). Pada gambar 10.7 dan 10.8 diperlihatkan ilustrasi peningkatan kapasitas kanal dengan cara sektorisasi sel.
Gambar 10.7 Sektorisasi sel (a) 3 sektor (b) 6 sektor
10.10 Sistem Komunikasi Personal Keberhasilan telepon bergerak seluler mendorong berkembangnya sistem komunikasi tanpa kabel yang lain, seperti pelayanan komunikasi personal (PCS, Personal Communication Services), jaringan komputer tanpa kabel (W-LAN, wireless Local Area Network), dan W-PBX. Sistem-sistem ini bekerja pada pita UHF (300 Hhz - 3 Ghz), atau bahkan pada frekuensi gelombang mikro. Pada sistem makrosel, antena diletakkan di atas bangunan yang tinggi untuk melayani daerah hingga radius 20 km. Sistem seluler seperti ini dalam perkembangan selanjutnya dianggap mahal dan mempunyai beberapa kelemahan. Salah satu diantaranya adalah adanya gangguan saat telepon digunakan di dalam gedung. Hal ini disebabkan karena sistem telepon seluler mengalami kesulitan untuk menembus kulit-kulit gedung bangunan perkantoran maupun perumahan.
120
Gambar 10.8 Arah pancaran antena pada sel dengan sektorisasi
Sistem PCS juga dikembangkan dengan menggunakan konsep seluler. Radius sel membentang hingga sejauh 1 km (mikrosel), dengan antena stasiun basis yang dipasang setinggi kira-kira 10 meter. Penggunaan mikrosel ini akan memperbesar kapasitas dan diharapkan dapat menjangkau pemakai baik di dalam kendaraan, di luar maupun di dalam gedung. PCS mempunyai dua mode operasi, yaitu jaringan radio private dan jaringan radio publik, sehingga dapat mengatasi komunkasi di dalam gedung. Dalam pengoperasian mode jaringan radio private, telepon genggam PCS akan berantarmuka dengan peralatan pancarima private yang ada di dalam rumah atau gedung perkantoran. Peralatan ini dihubungkan dengan jaringan telepon umum berkabel sehingga komunikasi dengan pemakai yang berada di dalam
121
gedung dapat dilakukan. Gambar 10.9 memperlihatkan konsep arsitektur seluler yang menggabungkan antara berbagai ukuran sel di dalam satu sistem seluler.
antenna makrosel antenna pikosel
antenna mikrosel
Gambar 10.9 Arsitektur sel campuran
Pada Gambar 10.9 di atas, terdapat ukuran sel yang lebih kecil yaitu pikosel. Istilah pikosel ini biasa digunakan untuk menunjuk mikrosel dalam gedung di lingkungan PBX DECT. Radius pikosel berkisar antara 10 hingga 30 meter, tergantung pada kebutuhan pelayanan dan geometri bangunan. Lingkungan radio di dalam gedung merupakan hal yang baru dalam komunikasi tanpa kabel. Penelitian pada lingkungan ini muncul bersamaan dengan kenyataan bahwa penerapan komunikasi di dalam gedung ternyata lebih kompleks daripada komunikasi di luar gedung. Penyedia layanan komunikasi melihat bahwa dunia bisnis sangat membutuhkan sistem telepon tanpa kabel di
122
dalam gedung. Hal ini terutama disebabkan oleh permasalahan yang ditimbulkan oleh sistem berkabel, yang antara lain : 1. tidak dapat menjangkau pemakai yang berada jauh dari meja atau kantor, 2. berada jauh dari telepon dan menjadi kehilangan informasi yang penting, 3. permasalahan perkabelan sistem, 4. penggunaan telepon nirkabel, telepon seluler, atau radio panggil yang kurang praktis karena permaslahan teknologi dan keuangan.
Produk-produk komersial untuk komunikasi tanpa kabel di dalam gedung antara lain telepon nirkabel VHF (46/49 Mhz), LAN data UHF (915 Mhz), PBX gelombang mikro (1,8 Ghz), sistem suara/data gelombang milimeter (1,8 Ghz), hingga LAN inframerah berkecepatan tinggi.
