Unjuk Kerja TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) dan TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) Pada Infrastruktur Jaringan HAPS (High Altitude Platform Stations) (Skripsi)
Oleh Nurhayati
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
ABSTRAK
UNJUK KERJA TD-CDMA (TIME DIVISION CODEDIVISION MULTIPLE ACCESS) DAN TD-SCDMA (TIME DIVISION SYNCRONOUS CODEDIVISION MULTIPLE ACCESS) PADA INFRASTRUKTUR JARINGAN HAPS (HIGH ALTITUDE PLATFORM STATIONS) Oleh NURHAYATI
Perkembangan teknologi telekomunikasi yang semakin pesat, dan bertambahnya permintaan kecepatan akses, menuntut penambahan lebar pita frekuensi di bidang telekomunikasi. Solusi yang paling rasional adalah dengan pemanfaatan teknologi insfrastruktur telekomunikasi baru yang mempunyai kemampuan tinggi, namun relatif murah biayanya yang dikenal dengan HAPS (High Altitude Platform Stations). Metode akses yang yang diperkirakan menjadi kandidat teknologi pada HAPS adalah TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Acces) dan TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access). Pada penelitian ini, dibahas mengenai unjuk kerja dari kedua teknologi tersebut yaitu TD-CDMA dan TD-SCDMA.Parameter yang diuji meliputi kecepatan akses, kapasitas transfer data, dan tingkat konsumsi daya. Pengujian unjuk kerja ini dilakukanmelaluiperhitungan matematis untuk menentukan efisiensi dari kedua teknologi tersebut setelah diimplementasikan pada HAPS. Berdasarkan hasil perhitungan yang diperoleh, menunjukan bahwa besarnya kapasitas data pada TD-CDMA lebih besar dibandingkan TD-SCDMA. Fenomena lain yang dapat diketahui adalah, semakin jauh jarak yang diberikan maka semakin besarpula daya yang ditransmisikan,dimana dayamaksimum yang ditransmisikan dari HAPS ke user sebesar 19,423W pada jarak 50000 m. Kata Kunci: HAPS, TD-CDMA, TD-SCDMA
ABSTRACT
The Performance of TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) and TD-SCDMA (Time Division Syncronous Code Division Multiple Access) on Network Infrastructures of HAPS (High Altitude Platform Stations) By NURHAYATI
The technology of telecommunication was developing rapidly and demand of speed access required the larger bandwith of telecommunication frequency. The use of emerging telecommunication infrastructures technology, known as HAPS (High Altitude Platform Stations),is the most rational solution due to the availability of high capacityand low costs. Two access methods, i.e., TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Acces) and TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) has been assigned as the main candidate of HAPS’ technology. In this research, the performance of both technologies (TD-CDMA and TDSCDMA) will be discussed. The access speed, capacity of data transfer and power consumption level are the parameters that has been considered and evaluated. Furthermore, the performance evaluation was conducted to determine eficiency of both technology. Based on calculations, the results show that data capacity of TD-CDMA is larger than TD-SCDMA. Additionaly, it can also be found that the transmitted power from HAPS is increase as the distance increased. The maximum transmitted power of 19,423 W was occurred at 50000 meters. Key words: HAPS, TD-CDMA, TD-SCDMA
Unjuk Kerja TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) dan TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) Pada Infrastruktur Jaringan HAPS (High Altitude Platform Stations) Oleh
Nurhayati
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK Pada
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
RIWAYAT HIDUP
Penulis
dilahirkan
di
kota
Bandarlampung,
Kelurahan
Kampung Baru pada tanggal 19 Maret 1992. Anak kedua dari pasangan Bapak (Alm) Ahmad Sanusi dan Ibu Runtah. Penulis diberi nama Nurhayati. Pendidikan Sekolah Dasar Negeri 2 Kampung Baru diselesaikan pada tahun 2003. Sekolah Menengah Pertama Negeri 8 Bandarlampung diselesaikan pada tahun 2006. Sekolah Menengah Atas Utama 2 Bandarlampung diselesaikan pada tahun 2010. Tahun 2011, penulis terdaftar sebagai mahasiswi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung melalui Program PMPAP (Penerimaan Mahasiswa Perluasan Akses Pendidikan). Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi Asisten Praktikum Laboratorium Pengukuran Besaran Elektrik (PBE) pada tahun 2013-2015 dan aktif di Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (HIMATRO). Pada tahun 2013, penulis melaksanakan Kerja Praktik di PT. Plasa Telkom Bandarlampung. Judul laporan Kerja Praktik yaitu “ Konfigurasi IPTV (Usee TV Cable)
pada
Bandarlampung.
PT.
Telekomunikasi
Indonesia,
Tbk
Cabang
Kedaton
PERSEMBAHAN
Skripsi ini Ananda persembahkan kepada Ayahanda dan Ibunda tercinta (Alm) Ahmad Sanusi dan Runtah
Kakanda dan Adinda Hanariah, Rudi Habibi, S.H., dan Ahmad Firdaus
MOTTO
MAN JADDA WAJADA “siapa bersungguh-sungguh pasti berhasil”
“Kerjakan apa yang bisa dikerjakan, jangan menunda-nunda hingga waktunya hampir habis”
Stop dreaming and start doing “berhenti berkhayal dan mulai melakukan”
SANWACANA
Bismillahirahmanirrahim… Dengan mengucapkan Alhamdulillah penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia-Nya telah memberikan kekuatan dan kemampuan berpikir kepada penulis dalam penyelesaian penulisan Tugas Akhir ini sehingga laporan ini dapat selesai tepat pada waktunya. Shalawat serta salam tak lupa penulis sampaikan kepada Rasulullah SAW karena dengan perantaranya kita semua dapat merasakan nikmatnya kehidupan. Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Unjuk Kerja TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) dan TD-SCDMA (Time Division Syncronous Code Division Multiple Access) Pada Infrastruktur Jaringan HAPS (High Altitude Platform Stations)” ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. Selama menjalani pengerjaan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan bantuan pemikiran serta dorongan moril dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Suharno, M.S, M.Sc, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik. 2. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
3. Bapak Herman Halomoan S, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro. 4. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc.. sebagai Pembimbing Utama, yang telah meluangkan waktunya untuk memberi arahan, bimbingan, saran serta kritikan yang bersifat membangun dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ing. Hery Dian Septama S.T., M.T. selaku Pembimbing Kedua, yang telah meluangkan waktunya untuk memberi arahan, bimbingan, saran, serta kritikan yang bersifat membangun dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 6. Ibu Melvi S.T., M.T. selaku Penguji Utama, yang telah memberikan masukan, saran serta kritikan yang bersifat membangun dalam Tugas Akhir ini. 7. Ibu Dr. Eng. Dikpride Despa, S.T., M.T. selaku Kepala Laboratorium Pengukuran Besaran Elektrik, yang telah memberikan semangat dan arahannya. 8. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung, atas pengajaran dan bimbingannya yang telah diberikan kepada penulis selama menjadi mahasiswa Teknik Elekto Universitas Lampung. 9. Mbak Ning, Mas Daryono dan seluruh jajarannya atas semua bantuannya dalam menyelesaikan urusan administrasi di Jurusan Teknik Elektro. 10. Kedua orang tuaku Bapak Alm. Ahmad Sanusi dan Ibuku Runtah serta Kakakku Rudi Habibi., S.H beserta Istri Rama Yeti., S.H dan adikku Ahmad Firdaus, yang sangat penulis cintai dan sayangi yang telah memberikan do’a, dorongan moril, cinta, kasih sayang dan semangat sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
11. Keponakanku Azizil, Alfar, Radit dan yang tidak bisa disebutkan satu per satu terimakasih untuk semangat dan doanya. 12. Special thanks for someone, yang selalu memberikan semangat dan doanya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 13. Sahabat seperjuangan, teman-teman, partner terbaik sekaligus sahabat terbaik “alin adilah dan annida puspa” yang selalu berjuang bersama, mendengarkan segala keluh kesah dalam mengerjakan Tugas Akhir dan segala bentuk curahan hati di kehidupan sehari-hari. 14. Semua rekan asisten Laboratorium Pengukuran Besaran Elektrik (PBE), Mba Ciki, Mba Ayu S.T., Mba Muth S.T., Bang Oka S.T., Dek Yona, Dek Citra, Dek Ubay, Dek Niken, Dek Nurul, Dek Riza, Dek Ikrom, Dek Rasyid, Teknisi (Mas Makmur Santosa) beserta staff Laboratorium PBE yang selalu memberi semangat dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 15. Abang-abang ElevenEngineer SIE & SKI atas kebersamaan dan dukungan yang sangat besar terhadap penulis. SALAM IKHLAS 16. Sahabat seperjuangan SIE ( Alin adilah, Annida Puspa, Prasetya Muharam, Sigit Santoso, dkk yang tidak dapat disebutkan satu per satu, Thank You untuk ilmu, persahabatan, persaudaraan, nasihat dan kasih sayang serta semangatnya selama ini yang telah tercurahkan untuk Penulis. 17. Ten Sister, Timbil (Alin Adilah), Deded (Annida Puspa), Punny sc (Fanny Retawati Simatupang), Minan (Eliza Hara), Cenuy (Nurhayati), Rancup (Rani Kusuma Dewi), Umi (Yunita Bahati), Enti (Fenti Triani), dan Inot (Octarina Firmaningtyas),
yang
sudah
memberikan
semangat,
kasih
sayang,
mengajarkan arti persahabatan dan kekeluargaan serta bantuan kepada penulis.
18. Semua pihak yang tidak dapat disebut satu per satu yang telah membantu serta mendukung penulis dari awal kuliah sampai dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini. 19. Almamater tercinta, atas kisah hidup yang penulis dapatkan semasa kuliah. 20. Laptopku tercinta si hitam, terima kasih selama hampir 4 Tahun ini telah banyak membantu dalam segala tugas dan selesainya pengerjaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Alhamdulillahirrabbilalamin...
Bandar Lampung, Juni 2016 Penulis,
Nurhayati
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK ................................................................................................... i HALAMAN JUDUL ................................................................................... iii LEMBAR PERSETUJUAN ....................................................................... iv LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................ v RIWAYAT HIDUP ..................................................................................... vi PERSEMBAHAN........................................................................................ vii MOTTO ....................................................................................................... viii SANWACANA ............................................................................................ ix DAFTAR ISI................................................................................................ xii DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiii DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiv DAFTAR ISTILAH ................................................................................... xv
I.
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ....................................................................................
1
1.2 Tujuan Penelitian .................................................................................
3
1.3 Manfaat Penelitian ...............................................................................
3
1.4 Rumusan Masalah ................................................................................
4
1.5 Batasan Masalah...................................................................................
4
1.6 Sistematika Penulisan ..........................................................................
4
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kajian Pustaka......................................................................................
6
2.2
8
TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) .............
xii
2.2.1 TD-CDMA Blok Fungsional dan Parameter.........................
8
2.3 TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)................................................................................................ 9 2.3.1 TD-SCDMA Blok Fungsional dan Parameter....................... 10 2.3.2 Standar TD-SCDMA ............................................................. 11 2.3.3 Keunggulan Dari TD-SCDMA.............................................. 17 2.3.4 Kekurangan TD-SCDMA...................................................... 18 2.4 Penentuan Nilai Kapasitas Transfer Data ........................................... 19 2.4.1 Persamaan Matematis Kapasitas Transfer Data .................... 19 2.5 Penentuan Nilai Daya Konsumsi dengan Perhitungan Matematis ...... 22 2.5.1 Persamaan Matematis Daya Transmisi ................................. 22 2.6 High Altitude Platform Station (HAPS) .............................................. 25 2.6.1 Karakteristik Kanal Komunikasi HAPS................................ 27 2.6.2 Redaman Hujan (Rain Attenuation) ...................................... 28 2.6.3 Delay Spread ......................................................................... 28 2.6.4 Doppler Spread ..................................................................... 28 2.6.5 Sudut Elevasi Antara Platform HAPS dengan Penerima ...... 29 2.6.6 K Factor ................................................................................ 30 2.6.7 Kanal Rician .......................................................................... 30 2.7 Framework Penelitian ......................................................................... 31
III.
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................. 32 3.2 Jadwal Kegiatan ................................................................................... 33 3.3 Tahap Penelitian.................................................................................... 34 3.4 Diagram Alir penelitian.......................................................................... 35 3.5 Diagram Sistem...................................................................................... 36
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Penentuan metrik-metrik TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Acces) dan TD-SCDMA (Time Division Syncronous Code xiii
Division Multiple Acces pada infrastruktur HAPS ............................. 38 4.2 Hubungan Besar Kapasitas Data (NHAPS) Dengan Variabel Lain.......... 39 4.3 Hubungan Besar Kecepatan Akses (N) Dengan Variabel Lain ............. 42 4.4 Hubungan Besar Daya Konsumsi Dengan Variabel Lain...................... 43
V.
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan ............................................................................................... 48 5.2 Saran...................................................................................................... 49
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
Gambar 2.1
Perbandingan FDD dan TDD ..................................................... 11
Gambar 2.2
Mode Operasi FDD .................................................................... 12
Gambar 2.3
Mode Operasi TDD .................................................................... 12
Gambar 2.4
Pembagian Kanal FDMA .......................................................... 13
Gambar 2.5
Sistem FDMA ........................................................................... 14
Gambar 2.6
Pembagian Kanal TDMA .......................................................... 14
Gambar 2.7
Struktur Frame TDMA .............................................................. 15
Gambar 2.8
Pembagian Kanal CDMA .......................................................... 16
Gambar 2.9
Balon Udara (HAPS).................................................................. 25
Gambar 2.10 Arsitektur layanan teknologi HAPS........................................... 26 Gambar 2.11 Komunikasi HAPS dengan perbedaan sudut elevasi ................. 29 Gambar 2.12 Framework penelitian ................................................................ 31 Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ............................................................. 35
Gambar 3.2
Diagram system skenario penelitian .......................................... 36
Gambar 4.1
Grafik hubungan antara NHAPS dengan Bandwidth (BT) ............ 41
Gambar 4.2
Grafik hubungan antara N dengan Bandwidth (BT)................... 43
Gambar 4.3
Grafik hubungan daya transmisi (Pt) dengan jarak ................... 45
Gambar 4.4
Grafik hubungan daya receiver (Pr) dengan jarak...................... 47
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
Tabel 2.1 TD-CDMA Sistem Parameter....................................................... 9 Tabel 2.2 TD-SCDMA Sistem Parameter..................................................... 10 Tabel 2.3 Hubungan TD-SCDMA dengan standar 3G lainnya ................... 17 Tabel 2.4 Perbedaan karakteristik komunikasi Terestrial, Satelit dan HAPS . ........................................................................................... 27 Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan Penelitian ........................................................... 33 Tabel 4.1 Parameter Sistem........................................................................... 39
xiv
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem telekomunikasi nirkabel telah menjadi kegiatan penelitian yang intensif beberapa tahun belakangan. Sistem komunikasi bergerak generasi kedua seperti GSM (Global System for Mobile Communications) dan IS-95 telah menyebar di seluruh dunia dan memenuhi kebutuhan untuk perangkat mobile yang lebih canggih. Kebutuhan akan jasa multimedia seperti ini disamping menuntut penambahan lebar pita frekuensi juga kecepatan akses.
Solusi yang paling rasional adalah dengan pemanfaatan teknologi infrastruktur telekomunikasi yang mempunyai kemampuan tinggi, tetapi relatif murah biayanya yang dikenal dengan HAPS (High Altitude Platform Station). HAPS dapat menjadi alternatif bagi infrastuktur telekomunikasi selular lain dari dua metode yang sudah ada saat ini yaitu (terestrial dan satelit). HAPS merupakan platform komunikasi udara kuasi-stationer berupa balon udara atau pesawat yang beroperasi pada lapisan stratosfer yang lokasinya 17-22 km diatas permukaan bumi. Metode akses yang diperkirakan menjadi kandidat teknologi pada HAPS adalah TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Acces) / UMTS-TDD (Universal Mobile Telecomunication System Time Division Duplexing) atau TDSCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access).
2
TD-CDMA/ UMTS-TDD adalah teknologi jaringan data 3G yang dibangun pada jaringan telepon selular yang berbasis pada standar UMTS/WCDMA. UTRA TDD (Universal Terrestrial Radio Access Time Division Duplexing) direncanakan untuk beroperasi dalam spektrum yang tidak berpasangan [1]. TDD adalah dasar dari teknik akses radio yang diusulkan oleh kelompok ETSI Delta pada spesifikasi 1999. TD-CDMA menggunakan pembagian waktu dan kode dalam skema gabungan.
Teknologi lainnya TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) adalah teknologi 3G yang masih dikembangkan China melalui Chinese Academy of Telecomunications Technology (CATT) [1]. Teknologi ini dikembangkan untuk menghilangkan ketergantungan pada teknologi barat, tetapi kurang banyak diminati para operator di Asia dikarenakan memerlukan perangkat keras (hardware) yang benar-benar baru dan tidak bisa menggunakan teknologi sebelumnya (CDMA2000 1x).
TD-SCDMA menggunakan mode Time Division Duplex (TDD), yang mentransmisikan trafik uplink (lalu lintas dari terminal mobile ke base station) dan downlink (lalu lintas dari base station ke terminal) di frame yang sama namun pada slot waktu yang berbeda. Hal ini berarti bahwa uplink dan downlink spektrum ditempatkan fleksibel, tergantung pada jenis informasi yang dikirimkan. Ketika data asimetris seperti e-mail dan internet dihubungkan dari base station, slot waktu lebih digunakan untuk downlink daripada uplink. Sebuah perpecahan simetris di uplink dan downlink berlangsung dengan layanan simetris seperti telepon.
3
Dengan demikian sebuah sistem infrastruktur yang dibentuk oleh HAPS akan menjadi generasi sistem baru untuk komunikasi nirkabel. ITU (International Telecommunication Union) sendiri menjelaskan bahwa HAPS merupakan stasiun yang berada di sebuah objek pada ketinggian 20-50 km. Sehingga dikenal juga sebagai Stratospheric Platform/SPFs [5]. Didalam platform ini dapat dimuati berbagai perangkat keras dan perangkat lunak sesuai dengan aplikasi yang akan didukungnya sehingga dapat berlaku sebagai perangkat pemancar, penerima, dan pengolah sinyal komunikasi dengan menggunakan gelombang radio.
1.2 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu: 1. Mengetahui mekanisme kerja dari TD-CDMA dan TD-SCDMA untuk High Altitude Platform Station (HAPS) 2. Menganalisis
unjuk
kerja
dari
TD-CDMA
dan
TD-SCDMA
saat
diimplementasikan pada HAPS
1.3 Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Meningkatkan pengetahuan mengenai teknologi TD-CDMA dan TDSCDMA saat diimplementasikan pada HAPS 2. Mengetahui
bagaimana
teknologi
diimplementasikan dalam jaringan.
TD-CDMA
dan
TD-SCDMA
4
1.4 Rumusan Masalah HAPS merupakan teknologi terbaru berupa balon udara yang berada pada ketinggian 20-50 Km di atas permukaan bumi. Mekanisme teknologi TD-CDMA dan TD-SCDMA yang diimplementasikan pada HAPS merupakan salah satu solusi yang dipilih untuk mengetahui bagaimana perbedaan unjuk kerja dan mekanisme kerja dari teknologi TD-CDMA dan TD-SCDMA, sehingga tingkat efisiensi diantara kedua teknologi tersebut dapat diketahui.
1.5 Batasan Masalah Pada penelitian ini terdapat batasan masalah, yaitu sebagai berikut: 1. Hanya membahas perbedaan unjuk kerja dan mekanisme kerja TD-CDMA dan TD-SCDMA yang diimplementasikan pada HAPS. 2. Tidak membahas konstruksi HAPS, kecuali konsep teknis dan layanannya. 3. Parameter unjuk kerja yang dianalisis meliputi kecepatan akses, kapasitas transfer data, dan tingkat konsumsi daya.
1.6 SistematikaPenulisan Adapun sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Memuat latar belakang, tujuan, perumusan masalah, batasan masalah, metode penelitian dan sistematika penulisan.
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi penjelasan secara umum yang berkaitan dengan materi yang dibahas, seperti penjelasan umum mengenai HAPS, karakteristik HAPS. Teknologi TD-CDMA dan TD-SCDMA, pengertian, cara kerja Teknologi TDCDMA dan TD-SCDMA, parameter Teknologi TD-CDMA dan TD-SCDMA.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN Bab ini memuat langkah-langkah penelitian yang dilakukan, di antaranya waktu dan tempat penelitian, tahap-tahap penelitian dan skenario penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi penjelasan spesifik tentang mekanisme kerja antara TD-CDMA dan TD-SCDMA yang diimplementasikan dengan HAPS dan perbedaan unjuk kerja TD-CDMA dan TD-SCDMA.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Memuat kesimpulan berdasarkan hasil pembahasan dari penelitian yang telah dilakukan dan berisi saran yang diharapkan dapat menjadi acuan untuk menjadikan penelitian selanjutnya yang membahas hal yang sama diwaktu mendatang dan meningkatkan wawasan serta kemajuan bersama.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kajian Pustaka Penulis [1] menjelaskan tentang teknologi komunikasi terbaru yaitu 3G (Third Generation) atau generasi ketiga untuk komunikasi selular. Teknologi 3G (Third Generation) bukanlah teknologi terakhir tetapi merupakan teknologi yang akan ditingkatkan kemampuannya. Terdapat lima teknologi untuk 3G yaitu WCDMA (Wide Code Division Multiple Access), didukung oleh ETSI (Eurpean Telecomunications Standards Institute), CDMA2000 (CDMA2000 IX EV-DO dan CDMA2000 IX EV-DV) didukung oleh komunitas CDMA Amerika Utara, TD-SCDMA (Time Division Syncronous Code Division Multiple Access) didukung oleh China, UWC-136, dan DECT+. Kelima teknologi 3G tersebut merupakan pengembangan dari teknologi sebelumnya untuk menambah kemampuan aplikasi yang bersifat mobile.
Penulis [2] menjelaskan tentang Evolusi dan Global Roaming yang merupakan salah satu manfaat penting dari TD-CDMA yaitu sebagai pendekatan evolusi, bandwidth yang dibutuhkan per-operator untuk TD-CDMA, dan rencana spektrum UMTS Operator publik. Layanan multimedia dengan bitrate 100 kbps memiliki lalu lintas bursty dan asimetris dengan faktor sekitar 10:1 antara uplink dan downlink. Perhitungan spektrum hanya mempertimbangkan berapa kali transfer data efektif dalam setiap sesi, dengan asumsi sebuah antar muka udara yang
7
dioptimalkan
untuk
datagram
switching.
UMTS
(Universal
Mobile
Telecomunications System) muncul untuk memperkirakan spektrum untuk memenuhi permintaan pasar, jika transfer data yang optimal pada interface udara tidak dapat dicapai, permintaan spektrum UMTS untuk multimedia akan jauh lebih tinggi.
Penulis [6] mengambil judul Evaluasi Interferensi High Altitude Platform Stations (HAPS) dengan Fixed Satellite Sarvice (FSS) pada Frekuensi 28 GHz. Dalam jurnal ini menggunakan 4 skenario, diantaranya skenario 1 yaitu interferensi HAPS dengan station bumi satelit, skenario 2 yaitu interferensi station bumi satelit dan HAPS, skenario 3 yaitu interferensi HAPS GS dengan station bumi satelit, skenario 4 yaitu interferensi HAPS dengan satelit. Hasil simulasi dari penelitian pada skenario 1 yaitu interferensi terbesar yang diterima oleh stasiun bumi satelit adalah berasal dari HAPS yang terletak pada tier (lingkaran) pertama, pada skenario 2 hasil yang didapat yaitu interferensi berasal dari stasiun bumi satelit dan diterima oleh HAPS Space Shuttle. Interferensi ini terjadi dikarenakan adanya side lobe dari stasiun bumi satelit yang mentransmisikan sinyal kedaerah yang tidak seharusnya. Hasil pada skenario 3 yaitu terlihat bahwa untuk sudut elevasi HAPS GS adalah 20 derajat, terlihat bahwa yang membutuhkan jarak pisah dikarenakan besarnya interferensi melebihi batas maksimal adalah untuk sudut elevasi FSS 20 derajat, dan hasil pada skenario 4 yaitu besarnya interferensi ini sangat kecil berada di kisaran -250 sampai dengan – 285 dBW/Mhz.
8
2.2 TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) TD-CDMA (Time Division Code Division Multiple Access) adalah teknologi jaringan data 3G yang dibangun pada jaringan telepon selular dengan standar UMTS-TDD/WCDMA (Universal Mobile Telecomunication System – Time Division Duplexin/ Wideband Code Division Multilpe Access. Keduanya baik UMTS/WCDMA maupun TD-CDMA/UMTS-TDD tidak saling mendukung dikarenakan perbedaan cara kerja, desain, teknologi, dan frekuensi yang dipakai. Di Eropa frekuensi yang dipakai UMTS-TDD berada pada frekuensi 2010-2020 MHz yang dapat mentransfer data pada kecepatan 16 Mbps (pada saat kecepatan maksimum baik Downlink maupun Uplink).
Salah satu manfaat paling penting dari TD-CDMA adalah pendekatan evolusi. Hal ini dibangun pada keberhasilan GSM (Global System for Mobile Communications), sehingga TD-CDMA yang paling cocok untuk pengenalan di jaringan generasi ke-2 dan untuk jaringan baru. Sistem 2G akan ditawarkan oleh kombinasi radio lapisan jaringan UMTS dan GSM. GSM dengan cakupan area yang luas menawarkan langkah awal terbaik dan kombinasi TD-CDMA / GSM dengan biaya terendah, dibandingkan dengan solusi lainnya.
2.2.1 TD-CDMA Blok Fungsional dan Parameter
Bagian ini membahas blok fungsional TD-CDMA dan bagaimana parameter sistem yang ditunjukan pada tabel 2.1 digunakan dalam konteks penerima dan pemancar.
9
Tabel 2.1 TD-CDMA Sistem Parameter [3]. Parameter
Value
Carrier Bandwidth
1.6 MHz
Carrier Spacing
1.6 MHz
Chip Rate Duplex Type Multiple Access Scheme Frame Length Number of Slots/Frame
3.84 Mcps TDD TDMA, CDMA, FDMA 10 ms 15
Radio Frame Length
10 ms
Radio Sub-Frame Length
10 ms
Data Modulation
QPSK
Voice Data Rate
8 Kbit/s
Receiver
Joint Detector
Spreading Factors
1,2,4,8 dan 16
Max Data Rate per User Synchronization
3.3 Mbps Downlink and Uplink
2.3 TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)
TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) merupakan teknologi generasi ketiga yang masih dikembangkan China oleh CATT (Chinese Academy of Telecomunications Technology). TD-SCDMA diusulkan oleh kelompok CWTS (China Wireless Telecommunication Standards)
10
dan disetujui oleh ITU pada tahun 1999. TD-SCDMA menggunakan mode TDD (Time Division Duplex) yang mentransmisikan trafik uplink (dari terminal mobile ke base station) dan downlink (dari base station ke terminal) di frame yang sama namun slot waktu yang berbeda. Hal ini menunjukan spektrum uplink dan downlink ditugaskan fleksibel, tergantung pada jenis informasi yang dikirimkan. Ketika data asimetris seperti e-mail dan internet dihubungkan dari base station, slot waktu lebih digunakan untuk downlink daripada uplink, TD-SCDMA memiliki kecepatan transfer data dari 9.6 kbits/s sampai 2048 kbits/s [3].
2.3.1 TD-SCDMA Blok Fungsional dan Parameter
Bagian ini membahas blok fungsional TD-SCDMA dan bagaimana parameter sistem yang ditunjukan pada tabel 2.2 digunakan dalam konteks penerima dan pemancar. Tabel 2.2 TD-SCDMA Sistem Parameter [3] Parameter
Value
Carrier Bandwidth
1.6 MHz
Carrier Spacing
1.6 MHz
Chip Rate Duplex Type Multiple Access Scheme Frame Length Number of Slots/Frame Radio Frame Length
1.28 Mcps TDD TDMA, CDMA, FDMA 10 ms 7 10 ms
11
Radio Sub-Frame Length
5 ms
Data Modulation
QPSK or 8 PSK
Voice Data Rate
8 Kbit/s
Receiver
Joint Detector
Spreading Factors
1,2,4,8 dan 16
Max Data Rate per User Synchronization
2 Mbps Downlink and Uplink
Antenna Processing
Smart Antena with beam forming
2.3.2 STANDAR TD-SCDMA Sistem nirkabel menggunakan teknik dupleks baik dalam domain waktu atau domain frekuensi yang memungkinkan pengguna untuk mengirim dan menerima informasi. Gambar 2.1 dibawah ini merupakan perbandingan antara FDD dan TDD.
Gambar 2.1 Perbandingan FDD dan TDD
Frekuensi Division Duplexing (FDD) : Menyediakan dua band frekuensi yang berbeda untuk digunakan dalam sistem, satu untuk uplink dan yang lainnya untuk downlink (lihat Gambar 2.2) [3].
12
Gambar 2.2 Mode Operasi FDD
Time Division Duplexing (TDD) : Menggunakan pita frekuensi tunggal untuk uplink dan downlink, tetapi uplink dan downlink terjadi pada slot waktu yang telah ditentukan (lihat Gambar 2.3) [3].
Gambar 2.3 Mode Operasi TDD Dengan demikian, mengingat sistem dengan bandwidth yang lebar, FDD akan menggunakan Wide / 2 untuk uplink dan Wide / 2 untuk downlink, sehingga kedua link mengirimkan secara bersamaan. Sebuah sistem TDD akan menggunakan Wide bandwidth yang sama untuk uplink dan downlink, tetapi tidak akan mengirimkan pada waktu yang sama [3].
Sistem komunikasi nirkabel tidak hanya berbagi sumber daya seperti waktu dan frekuensi untuk uplink dan downlink tetapi mengharuskan pengguna untuk mengirim dan menerima informasi di kedua arah menggunakan sumber daya yang sama. Karena sumber daya bersama spektrum yang sangat terbatas, banyak
13
pengguna mungkin harus mengakses dan berbagi spektrum secara bersamaan. Berbagi sumber daya dicapai melalui teknik multiple access (MA). 1. Frekuensi Division Multiple Access (FDMA). Menempatkan setiap user pada kanal frekuensi yang berbeda. Kanal frekuensi ini disediakan berdasarkan permintaan user yang menginginkan layanan. Pada periode panggilan, tidak ada user manapun yang bisa menggunakan kanal frekuensi yang sama [14].
Gambar. 2.4 Pembagian Kanal FDMA Berikut adalah karakteristik dari FDMA yaitu: -
Pembagian kanal berdasarkan pembagian frekuensi
-
Pengiriman dan penerimaan informasi berlangsung dalam waktu yang bersamaan.
-
FDMA mempunyai bandwidth yang lebih sempit (+/- 30 kHz)
-
Lower transmission overhead.
-
Proses handoff cukup kompleks.
-
Tidak flexible terhadap layanan-layanan baru.
-
Control channel terletak di Frekuensi 1 untuk menghandle pemutusan hubungan.
-
Bersifat continous transmission.
14
Kapasitas FDMA Kapasitas kanal pada FDMA adalah sebagai berikut: =
Keterangan:
−2
Bt adalah total alokasi spektrum pada sistem FDMA Bguard adalah guard band yang letaknya berada pada ujung spektrum frekuensi Bc adalah bandwidth kanal. Berikut ini adalah gambar yang menunjukan sistem FDMA.
Gambar. 2.5 Sistem FDMA 2. Time Division Multiple Access (TDMA). Sistem TDMA membagi kanalnya menjadi beberapa time slot. Satu time slot digunakan oleh satu user untuk mengirimkan
informasi
maupun
untuk
menerima.
Sistem
TDMA
mengirimkan data dengan metode buffer and burst, sehingga proses transmisi dari tiap user tidak berlangsung secara kontinyu.
Gambar. 2.6 Pembagian kanal TDMA
15
Karakteristik TDMA -
Alokasi kanal berdasarkan time slot
-
TDMA menggunakan satu frekuensi carrier yang sama pada banyak user, tiap user dibedakan dari time slot.
-
Jumlah time slot per frame tergantung banyak hal diantaranya teknik modulasi, available bandwidth, dll.
-
Data transmission bersifat burst transmission.
-
Proses handoff menjadi lebih sederhana dibandingkan FDMA.
-
Memerlukan bit-bit sinkronisasi.
-
Alokasi slot bagi user bisa beragam tergantung pada kebutuhan traffic dari user.
Kanal dan struktur frame TDMA Jumlah kanal =
(
Gambar.2.7 Struktur frame TDMA
16
3. Code Division Multiple Access (CDMA). Merupakan teknologi komunikasi wireless dimana pengiriman data (voice) yang masuk kedalam saluran/kanal dan akan dipecah-pecah menjadi potongan yang kecil-kecil dan masuk kedalam saluran frekuensi yang terpisah-pisah, kemudian paket data yang kecil-kecil tersebut akan disebarkan dengan kode yang “unik” dan hanya dapat diterima pada penerima yang mempunyai kesesuaian data yang akan diambil [3].
Gambar. 2.8 Pembagian kanal CDMA Karakteristik CDMA -
User pada sistem CDMA menggunakan frekuensi yang sama, sistem duplexing dapat menggunakan TDD maupun FDD.
-
Meningkatkan jumlah user pada CDMA akan menaikan tingkat noise secara linier.
-
Performansi system akan berangsur-angsur menurun dengan bertambahnya jumlah user, dan akan naik bila jumlah user dikurangi.
-
Multipath fading akan terkurangi banyak, karena sinyal disebar pada spektrum yang lebih lebar. Jika bandwidth dari spread spektrum lebih besar dari bandwidth koheren kanal, maka perbedaan frekuensi akan mengurangi efek small scale fading.
17
-
Channel data rate yang besar. Konsekuensinya durasi symbol akan sangat pendek dan biasanya akan lebih kecil dari waktu delay spread kanal.
-
Selt jamming merupakan masalah pada CDMA. Selt jamming meningkat jika spreading sequence dari user yang berbeda tidak benar-benar orthogonal.
Table 2.3. Hubungan TD-SCDMA dengan standar 3G lainnya [3]. Standard
Acces Mode
Chip Rate
WCDMA
FDD
3,84 Mcps
TDD-CDMA
TDD
3,84 Mcps
TD-SCDMA
TDD
3,84 Mcps
Standar TD-SCDMA memiliki dukungan penuh dari pemerintah China, bersama dengan keuntungan yang membuat teknis TD-SCDMA menjadi pesaing tangguh untuk komunikasi mobile tidak hanya di Cina, tetapi di bagian dunia lain. Fitur unik TD-SCDMA menawarkan keuntungan yang berbeda atas teknologi 2G yang ada dan bahkan lebih dari standar 3G saat ini [3]. 2.3.3 Keunggulan Dari TD-SCDMA TD-SCDMA memiliki sejumlah keunggulan, yaitu sebagai berikut: a. Alokasi spektrum yang efisien. Untuk memberikan layanan data rate yang tinggi, kita perlu alokasi bandwidth yang besar. Sistem TD-SCDMA hanya membutuhkan satu pita frekuensi untuk komunikasi antar base stations dan mobile. b. Konsumsi daya yang rendah. TD-SCDMA menggunakan antena cerdas, base station dapat mengarahkan kekuatan untuk ponsel aktif daripada mengirim keseluruh sel. Dalam sistem TD-SCDMA, pengguna aktif hanya pada slot yang telah ditentukan dalam waktu.
18
c. Biaya rendah untuk RF karena sebagai sistem TDD, TD-SCDMA menggunakan pita frekuensi tunggal untuk transmisi dan penerimaan, sehingga perlu hanya satu bagian RF, tidak seperti sistem FDD yang membutuhkan dua bagian RF hampir identik untuk frekuensi uplink dan downlink [2]. 2.3.4 Kekurangan TD-SCDMA TD-SCDMA memiliki sejumlah kekurangan, yaitu sebagai berikut: a. Membutuhkan sinkronisasi akurat. Dalam uplink, sinkronisai dicapai sebagai base station memonitor sinyal dari ponsel dan penyesuaian waktu yang dibuat dalam transmisi. Sinkronisasi antar base station dan mobile harus sangat akurat. Semua BTS harus disinkronkan waktu untuk meminimalkan gangguan sel lain, terutama dalam situasi serah terima. Hal ini memerlukan prosedur sinkronisai jaringan canggih, seperti penggunaan sistem penentuan posisi global (GPS). b. Mobilitas tinggi. Sistem TDD secara inheren terbatas dalam kemampuan untuk mendukung. Sementara keterbatasan ini dapat diatasi dengan antena cerdas. Sistem TDD masih belum sebanding mencapai kinerja seperti sistem WCDMA. c. Complex dan teknologi mahal. TD-SCDMA menuntut informasi posisi yang akurat pada pengguna ponsel. Antena cerdas dapat memenuhi tuntutan tersebut, namun sistem ini bergantung pada teknologi yang kompleks dan mahal.
19
2.4 Penentuan Nilai Kapasitas Transfer Data 2.4.1 Persamaan Matematis Kapasitas Transfer Data Parameter TD-CDMA dan TD-SCDMA terhadap sistem HAPS melibatkan bagian-bagian penting sebagai berikut yaitu bit data rate (Rb), chip rate (Rc), gain (G), durasi frame (Tf), guard time (Tg), jumlah bit per slot waktu (n), dan bit header frame (F) [10][11]. Dapat dilihat pada persamaan berikut: Nhd =
(2.1)
Jumlah saluran channel : N = Nhd /2 =
(2.2)
Proses gain dalam sistem TD-CDMA dan TD-SCDMA adalah Rc = GRb maka persamaan (4.2) menjadi: NTDMA =
(2.3)
Persamaan diatas memberikan jumlah saluran yang masing-masing operator CDMA dapat mendukung secara bersamaan ketika waktu akses dibagi menjadi slot. Maka jumlah saluran CDMA dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: N=1+
−
(2.4)
Karena kuasi-orthogonality antar kode CDMA, setiap operator CDMA tunggal menempati seluruh bandwidth transponder, BT oleh karena itu: G=
(2.5)
Dengan menggabungkan persamaan (4.4) dan (4.5), maka kita memperoleh nilai maksimum saluran yang dapat didukung pada frekuensi yang sama:
20
−
N=1+
(2.6)
Jumlah saluran CDMA dalam satu spot beam pada sistem HAPS dapat diperoleh dengan persamaan berikut: NCDMA = T +
(
−
)
(2.7)
Maka, jumlah saluran yang didukung spot beam tunggal dalam skema akses TDCDMA adalah: Nc = NCDMA NTDMA =
+
(
−
)
(2.8)
Maka untuk mencari jumlah saluran dalam sistem HAPS menggunakan Z spot beams adalah: NHAPS = ZNc
(2.9)
Maka metode perhitungan kapasitas sistem TD-CDMA pada HAPS telah diperoleh. Sistem kapasitas jaringan komunikasi HAPS dibatasi oleh tidak hanya sumber daya yang diberikan, tetapi juga daya transmisi terbatas. Kentungan dan kerugian yang disebabkan oleh keragaman besar faktor sepanjang jalur transmisi sinyal menurunkan tingkat data yang tersedia dalam satu atau cara lain yang mengarah ke penyusunan sistem. Hampir sama dengan anggaran satelit, maka persamaan link budget sebagai berikut: (
Atau
)=
+
−
−
(
)=
+
−
−
−
-
−
(2.10)
-
−
(2.11)
21
EIRP merupakan (Effective Isotropic Radiated Power), Gr adalah gain antena penerima, L adalah total kerugian Link, Ts menunjukan suhu kebisingan sistem, dan margin dikenal sebagai anggaran tambahan kompensasi kerugian yang disebabkan oleh multipath fading dan bayangan. Dengan asumsi P adalah daya transmisi dari kekuatan masing-masing operator CDMA dalam skema TD-CDMA sel adalah: [8] PCDMA =
(2.12)
Substitusikan EIRP pada persamaan (2.11) dengan PCDMA (2.12), dengan memperoleh: (
)=
Atau =
+
+
−
−
−
-
−
(2.13)
(2.14)
.
Dengan menggabungkan persamaan (2.8) dan (2.14), maka jumlah total saluran dalam satu berkas dapat dinyatakan sebagai berikut: Nc =
(
)
(
(
)
)
(2.15)
.
Maka jumlah saluran HAPS dengan Z spot beam adalah NHAPS = ZNc =Z
(
)
(
(
)
)
.
(2.16)
Untuk menyederhanakan perhitungan, maka persamaan (4.16) dinyatakan sebagai berikut: Nc =
(2.17)
22
Dimana: p= q=
(
(
)
.
r=
(2.18) )
=
(2.19) (2.20)
2.5 Penentuan Nilai Daya Konsumsi dengan Perhitungan Matematis 2.5.1 Persamaan Matematis Daya Transmisi Dalam pengoperasian metrik-metrik yang telah ditentukan sebelumnya digunakan beberapa teorema dalam menentukan besarnya daya konsumsi yang diterima maupun yang dipancarkan oleh (High Altitude Platform Stations) HAPS. Adapun persamaan teorema yang dapat digunakan dalam perhitungan ini adalah sebagai berikut: a. Teorema Nyquist Teorema Nyquist menyatakan bahwa sebuah sinyal sampling harus memiliki frekuensi dua kali lebih besar dari frekuensi sinyal yang akan disampling. Teorema Nyquist menunjukan hubungan antara data rate dengan frekuensi ataupun bandwidth dari sinyal yang terukur [9][13]. Dapat dilihat pada persamaan Teorema Nyquist sebagai berikut: RN = 2W Log2M dimana: R = Data Rate (Bits Per Second) W = Bandwidth (Hz) M = Maximum Bits
(2.21)
23
b. Teorema Shannon Teorema Shannon menunjukan hubungan kapasitas sistem sebuah kanal dengan daya sinyal rata-rata yang diterima, rata-rata daya noise dan bandwidth [13]. Teorema Shannon dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut: RS = W Log 2 (1 +
)
(2.22)
dimana:
P = Daya (Watts) NO = Kerapatan spectral derau (Watts/Hz) = k.T K = Konstanta Boltzman (1,38.10-23 J/K) T = Temperature (K) Selanjutnya untuk menentukan persamaan mencari nilai daya pada receiver (P) dengan mensubstitusikan kedua persamaan dari masing-masing teorema tersebut, yaitu persamaan (2.21) dan (2.22) RN = RS 2W Log2M = W Log 2 (1 + 2Log2M = Log 2 (1 + Log2M2 = Log 2 (1 +
)
)
)
M2 = 1 + M2 – 1 =
Maka diperoleh, P = (M2 – 1) (NOW)
(2.23)
24
c. Rumus Friss Rumus Friss digunakan untuk menghitung daya yang diterima dari satu antena (dengan gain G1), ketika ditransmisikan dari antena laim (dengan gain G2), dipisahkan oleh jarak (r), dan beroperasi pada frekuensi (f) atau panjang gelombang (λ) [10] [11] [12]. Persamaan friss dinyatakan sebagai berikut: )
Pr = PtGtGr ( Dimana:
(2.24)
Pt = Daya pada transmitter (Watts) Pr = Daya pada receiver (Watts) Gt = Gain antena pada transmitter Gr = Gain antena pada receiver r = Jarak antena (m) λ = Panjang gelombang (m) = c/f c = Kecepatan elektromagnetik (3.108 m/s) f = Frekuensi spektrum (Hz) Dengan mensubstitusikan nilai daya receiver (Pr) yang diperoleh dari persamaan (4.6) ke persamaan (4.7) maka diperoleh: (M2 – 1) (NOW) = PtGtGr ( Maka nilai Pt , Pt =
(
– )( (
)
)
)
(2.25)
(2.26)
25
2.6 High Altitude Platform Station (HAPS) Sudah lebih dari satu dekade, ada alternatif lain dari dua metode layanan komunikasi nirkabel yang sudah ada (terestrial dan satelit) yaitu High Altitude Platform Station (HAPS). HAPS bisa dipertimbangkan sebagai solusi yang baru dalam menyediakan layanan telekomunikasi. HAPS merupakan platform komunikasi udara kuasi-stasioner berupa balon udara atau pesawat yang beroperasi pada lapisan stratosfir (sehingga dikenal juga dengan nama Stratospheric Platforms / SPFs) dan lokasinya 17 - 22 km di atas permukaan bumi. ITU sendiri menjelaskan bahwa HAPS adalah stasiun yang berada di sebuah obyek pada ketinggian 20 - 50 km dan pada titik yang tetap dan tertentu, relatif terhadap bumi. Di dalam platform ini dapat dimuati berbagai perangkat keras dan perangkat lunak sesuai dengan aplikasi yang akan didukungnya sehingga dapat berlaku sebagai perangkat pemancar, penerima, dan pengolah sinyal komunikasi dengan menggunakan gelombang radio [5]. Apabila teknologi platform baik balon udara maupun pesawat telah tersedia, maka platform tersebut dapat mengakomodasi penggelaran berbagai wireless network baik itu selular IMT, WMAN, maupun DVB-T/H dengan jangkauan yang jauh lebih luas. Selain itu, platform ini pun mampu mengakomodasi point-to-point broadband microwave link [4].
Gambar 2.5 Balon Udara (HAPS) [4].
26
Teknologi
HAPS
dapat
digunakan
untuk
berbagai
macam
aplikasi
telekomunikasi. Aplikasi HAPS yang dapat digunakan dalam satu buah platform seperti mobile wireless, pemancaran siaran TV (Broadcast TV), teknologi multimedia pita lebar, remote sensing dan high speed fixed acces system seperti ditunjukan pada gambar 2.7 di bawah ini.
Gambar 2.6 Arsitektur layanan teknologi HAPS [4] Layanan komunikasi yang disediakan HAPS dapat dibagi menjadi dua kategori utama, yaitu: -
Low data rate service yang digunakan untuk terminal yang bergerak.
-
High data rate service yang digunakan untuk terminal tetap.
Teknologi HAPS dinilai memiliki kelebihan yang dapat menutupi kekurangan dari teknologi terestrial maupun satelit. Sebagai contoh penggunaan IEEE 802.16 (jaringan terestrial) untuk menjangkau sampai daerah rural area membutuhkan biaya yang begitu besar karena harus menambah base station. Begitu pula jika dibandingkan dengan teknologi satelit, biaya untuk membangun satelit sangat membutuhkan biaya yang sangat besar. Untuk lebih jelasnya berikut tabel perbandingan teknologi HAPS dengan teknologi terestrial dan satelit [7].
27
Tabel. 2.4 Perbedaan Karakteristik Komunikasi Terestrial, Satelit dan HAPS [7]. No. Aspek
Terestrial
HAPS
Satelit
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Sedang Sedang Kecil Lokal Besar Besar Kecil Kecil Besar
Kecil Sedang Sedang Lokal Sedang Besar Besar Kecil Kecil
Besar Besar Besar Internasional Besar Kecil Sangat Besar Besar Kecil
Investasi Biaya Operasional Resiko Koordinasi Biaya Upgrade Kapasitas Sistem Cakupan Geografis Delay Time Fading
2.6.1 Karakteristik Kanal Komunikasi HAPS Penting sekali untuk memahami karakteristik kanal wireless. Hal ini bertujuan untuk memudahkan kita mendesain sinyal yang sesuai untuk model kanal tersebut. Juga dengan memahami karakteristik kanal kita bisa mengembangkan teknologi yang lebih cerdas dan lebih canggih untuk perkembangan sistem komunikasi. Penggunaan teknologi yang berbeda akan memberikan perilaku yang berbeda pada kanal wireless. Pada suatu kanal ideal, sinyal yang diterima oleh stasiun penerima adalah sinyal yang hanya terdiri dari satu lintasan sinyal langsung yang merupakan suatu rekonstruksi sempurna dari sinyal yang dikirimkan. Tetapi sesungguhnya, pada kanal real, sinyal yang diterima oleh stasiun penerima merupakan penjumlahan dari beberapa versi sinyal yang dikirimkan dengan redaman dan waktu tunda (delay) yang bervariasi. Hal yang terpenting adalah kanal akan menambahkan derau pada sinyal sehingga menyebabkan pergeseran frekuensi carrier jika stasiun pemancar atau stasiun penerima dalam keadaan bergerak (efek Doppler). Oleh karena itu, perlu untuk memahami karakteristik suatu kanal, karena kinerja sistem
28
komunikasi nirkabel sangat bergantung pada karekteristik kanal itu sendiri [4].
2.6.2 Redaman Hujan (Rain Attenuation) Redaman atau atenuasi adalah penurunan daya sinyal ketika transmisi dari suatu titik ke titik lainnya. Redaman yang diakibatkan oleh hujan dapat memberi pengaruh yang cukup besar ketika menggunakan frekuensi yang tinggi (diatas 20 GHz). Semakin besar frekuensi yang digunakan semakin besar redaman yang terjadi dan semakin besar pula pengaruhnya pada performansi system. Hujan akan meredam sinyal dengan cara penghamburan ataupun penyerapan radiasi. Bukan hanya hujan yang berpengaruh tetapi kabut, uap air dan oksigen juga ikut menambah redaman yang terjadi [4].
2.6.3 Delay Spread Delay Spread adalah perbedaan waktu antara kedatangan sinyal yang pertama dan sinyal multipath dilihat oleh stasiun penerima. Dalam sistem digital, spread bisa memicu terjadinya ISI (Inter Symbol Interference). Hal ini dikarenakan sinyal multipath yang tertunda bertumpuk (overlapping) dengan simbol-simbol berikutnya, dan dapat menyebabkan error yang signifikan pada sistem dengan bit rate yang tinggi. Karena bit rate transmisi ditingkatkan, maka jumlah ISI juga akan meningkat. Pengaruhnya mulai menjadi sangat signifikan ketika delay spread lebih besar dari ~50% durasi bit.
2.6.4 Doppler Spread Pergeseran
relatif antara platform HAPS dan penerima akan menimbulkan
pelebaran spektrum yang disebabkan oleh laju perubahan waktu terhadap kanal (time varying). Jika suatu sinyal sinusoidal fc dikirim, spektrum sinyal yang
29
diterima (spektrum Doppler) akan memiliki rentang frekuensi fc – fd , dimana fd merupakan Doppler Shift.
2.6.5 Sudut Elevasi Antara Platform HAPS dengan penerima Propagasi sinyal radio dari HAPS menuju penerima (user terminal) atau sebaliknya dipengaruhi oleh kanal aeronautical untuk beberapa kondisi kanal. Namun masih ada faktor lain yang lebih penting dan mendominasi propagasi sinyal tersebut yaitu fenomena multipath. Pada kondisi kanal terpengaruh multipath, sudut elevasi antara antenna penerima (user terminal) dengan antenna HAPS sangat memegang peranan penting [6]. Dapat diilustrasikan dengan gambar berikut ini:
Gambar 2.7 Komunikasi HAPS dengan perbedaan sudut elevasi [4].
Dari gambar diatas kita dapat mengetahui bahwa dalam mendisain system komunikasi HAPS sudut elevasi menjadi faktor yang perlu dikaji lebih dalam. Semakin besar sudut elevasi maka menyebabkan sinyal mengalami multipath fading jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan keadaan dimana area tercover dengan sudut elevasi kecil, penghalang-penghalang yang ada disekitar user terminal menjadi sangat berpengaruh dalam menghasilkan multipath. Masing-
30
masing lintasan sinyal dari HAPS memiliki power fading dan delay yang berbedabeda [4].
2.6.6 K Factor Ketika platform stratosfer (HAPS) dikembangkan sebagai base station pada ketinggian di sekitar 21 km, kemungkinan untuk mendapat keadaan LOS menjadi sangat besar. Oleh karena itu, daerah jangkauan kanal HAPS dapat ditinjau sebagai kanal Rician yang mendekati kanal Gaussian (tidak ada fading) daripada kanal Rayleigh fading (deep fading). 2.6.7 Kanal Rician Kanal yang sesuai dengan karakteristik teknologi HAPS adalah kanal Rician dan kanal AWGN. Hal ini disebabkan karena posisi HAPS yang berada pada ketinggian 21 km dari permukaan bumi sehingga pancaran dari stasiun pengirim yang ada pada HAPS dengan ground station memiliki satu lintasan (path) yang bersifat LOS tetapi tidak memungkinkan juga terjadinya multipath fading karena struktur bumi, bangunan maupun pepohonan di sekitar ground station yang menjadi acuan yang dapat digambarkan dalam distribusi Rician. Perbandingan daya sinyal LOS dan daya sinyal multipath disebut Rician K-factor yang menggambarkan kekuatan relatif komponen LOS.
31
2.7 Framework penelitian Gambar 2.9 berikut ini merupakan gambar dari kerangka kerja penelitian “ Unjuk Kerja Teknologi TD-CDMA dan TD-SCDMA yang diimplementasikan pada jaringan HAPS ”.
Gambar 2.8 Framework penelitian
32
III. METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan dibahas rencana unjuk kerja teknologi TD-CDMA dan TDSCDMA pada implementas HAPS. Pembahasan diawali dengan skenario penelitian, penentuan parameter dari kedua teknologi tersebut, kemudian dilanjutkan dengan analisis perhitungan yang telah dlakukan dan diakhiri oleh analisis terhadap mekanisme unjuk kerja antara TD-CDMA dan TD-SCDMA pada HAPS.
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian tugas akhir ini dilaksanakan pada: Waktu
: November 2015 – Mei 2016
Tempat
: Laboratorium Teknik Universitas Lampung
33
3.2 Jadwal Kegiatan
Jadwal kegiatan penelitian yang akan dilakukan yaitu: Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan Penelitian
November
No.
Aktifitas
1
Seminar Usul
2
Studi Pustaka dan Literatur
3
Penentuan parameter TDCDMA dan TD-SCDMA terhadap HAPS Melakukan perhitungan matematis Menganalisis dan membahas hasil perhitungan Seminar Hasil
4
5
6 7
Ujian Komprehensif
1
2
3
Desember
4
1
2
3
Januari
4
1
2
3
Februari
4
1
2
3
Maret
4
1
2
3
April
4
1
2
3
4
34
3.3 Tahap Penelitian
Pada penyelesaian tugas akhir ini ada beberapa tahapan kerja yang dilakukan yang meliputi: 1. Studi Pustaka dan Literatur Dalam tahap ini dilakukan pencarian informasi yang bersumber dari buku, jurnal, maupun bahan dari internet yang berhubungan dengan penelitian ini diantaranya adalah: a. Pengertian TD-CDMA dan TD-SCDMA b. Parameter TD-CDMA dan TD-SCDMA c. Teknologi HAPS d. Karakteristik HAPS
2. Penentuan parameter Pada tahap ini akan dilakukan penentuan parameter TD-CDMA dan TD-SCDMA terhadap HAPS. Meliputi karakteristik HAPS, parameter TD-CDMA dan TDSCDMA. Hal ini diharapkan dapat mempermudah dalam peritungan matematis untuk mekanisme kerja dari kedua teknologi tersebut.
3. Perhitungan Mekanisme unjuk kerja TD-CDMA dan TD-SCDMA pada HAPS Pada tahap ini akan dihitung hasil dari perhitungan berdasarkan parameter dari kedua tetkologi TD-CDMA dan TD-SCDMA pada HAPS dan dapat diketahui mekanisme unjuk kerja TD-CDMA dan TD-SCDMA pada teknologi HAPS.
35
4. Melakukan Analisa dan pembahasan
Dalam tahap ini akan dilakukan analisa dan pembahasan terkait dengan mekanisme kerja TD-CDMA dan TD-SCDMA untuk High Altitude Platform Station (HAPS) dan unjuk kerja dalam teknologi TD-CDMA dan TD-SCDMA yang di implementasikan dengan teknologi HAPS.
5. Menarik hasil dan kesimpulan
Pada tahap ini merupakan tahap akhir dalam penelitian, yaitu memperoleh simpulan berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan.
3.4 Diagram Alir Penelitian
Dalam bab ini, langkah-langkah penelitian dibuat dalam bentuk flowchart untuk memudahkan dalam memahami tiap tahap penelitian yang telah direncanakan.
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
36
3.5 Diagram Sistem
Gambar 3.2 Diagram sistem skenario penelitian TD-CDMA dan TDSCDMA pada infrastruktur HAPS Skenario: Berdasarkan gambar 3.2 yang merupakan skenario model sistem, diasumsikan pada jaringan LTE, UE akan mengakses permintaan layanan kepada HAPS. Bandwidth pada masing-masing teknologi TD-CDMA dan TD-SCDMA yaitu sebesar 2010 MHz, 2015 MHz, dan 2020 MHz. Pertama UE1 atau dalam hal ini TD-CDMA meminta layanan terhadap HAPS dengan jarak HAPS yang sangat jauh maka dalam hal ini diasumsikan jaraknya berkisar dari 20 Km sampai 50 Km. Kemudian UE1 memancarkan sinyal yang diterima oleh HAPS, dan HAPS memancarkan sinyal
dan diterima oleh UE1. Pada tahap ini pengujian unjuk
kerja dari TD-CDMA terhadap HAPS dengan parameter pengujian kecepatan akses, kapasitas transfer data, dan tingkat konsumsi daya.
37
Kedua UE2 atau dalam hal ini TD-SCDMA meminta layanan terhadap HAPS dengan jarak HAPS yang sangat jauh maka dalam hal ini diasumsikan jaraknya berkisar dari 20 Km sampai 50 Km Kemudian UE2 memancarkan sinyal yang diterima oleh HAPS, dan HAPS memancarkan sinyal dan diterima oleh UE2. Pada tahap ini pengujian unjuk kerja dari TD-SCDMA terhadap HAPS dengan parameter pengujian kecepatan akses, kapasitas transfer data, dan tingkat konsumsi daya.
48
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan Berdasarkan hasil perhitungan matematis serta pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Berdasarkan perhitungan yang dilakukan teknologi TD-CDMA dan TDSCDMA pada HAPS menunjukan bahwa besarnya kapasitas data TD-CDMA lebih besar dibandingkan TD-SCDMA dengan besarnya nilai kapasitas pada TD-CDMA sebesar 249,48 Mbps sedangkan pada TD-SCDMA sebesar 117,018 Mbps. 2. Jarak maksimum user pada TD-CDMA untuk menerima daya (Pt) sebesar 19,423 W pada jarak 50000 m sedangkan jarak maksimum user pada TDSCDMA untuk menerima daya (Pt) sebesar 7,314 W pada jarak 50000 m atau dalam kata lain semakin jauh jarak maka semakin besar pula daya yang ditransmisikan atau sebaliknya. 3. Besarnya daya maksimum receiver (Pr) pada user TD-CDMA sebesar 53,087 W pada jarak 20000 m atau dengan kata lain semakin kecil jarak maka semakin besar pula daya receivernya atau sebaliknya. 4. Pada jarak yang sama pada TD-CDMA maupun TD-SCDMA menghasilkan daya Pt yang lebih besar pada TD-CDMA dibandingkan pada TD-SCDMA hal ini dikarenakan besarnya data rate pada kedua teknologi tersebut berbeda.
49
5.2 Saran Selama pengerjaan tugas akhir ini tentu saja tidak terlepas dari berbagai kekurangan, baik dari segi sistem atau perancangan yang dilakukan. Untuk itu demi kesempurnaan hasil pada penelitian selanjutnya, maka disarankan: 1. Agar dapat dikembangkan dengan melakukan simulasi berdasarkan parameter yang telah dibuat. 2. Dalam perkembangan selanjutnya agar dapat mencari nilai-nilai lainya misalnya daya Threshold (Pth) dan daya Noise (Pnoise) atau nilai-nilai lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Oktaviani,Skom., MMSI. 2009. Mengenal Teknologi 3G. Universitas Gunadarma [2] SMG. 2010. “TD-CDMA (delta) the true global solution for multimedia service”. Journal. Hal. 19-98. [3] Martinez, Ed. 2004. “Introduction to TD-SCDMA on the MRC6011 RCF Device”. Freescale Semiconductor. Rev. 1. [4] Ferdinan Afriandi, Santoso Imam, Darjat. 2009. “Kinerja Teknik Transmisi OFDM Melalui Kanal HAPS (High Altitude Platform Station)”. Jurnal Teknik Elektro. Volume. 11 No.3, September 2009 , hal. 152-158. [5] Direktorat Jendral Sumberdaya dan Perangkat Pos dan Informatika. 2011. “Konsep Peta Jalan (ROADMAP) Infrastruktur Satelit Indonesia (ISI)”. Indonesia. [6] Irawan Eri. 2010. “Evaluasi Interferensi High Altitude Platform Stations (HAPS) dengan Fixed Satellite Sarvice (FSS) pada Frekuensi 28 GHz”. Bandung. [8] International Telecomunication Union (ITU). 2011. ”Technical and operational characteristics of gateway links in the fixed service using high altitude platform stations in the band 5 850-7 075 MHz to be used in sharing studie”. Geneva
[9] NN. 2016. “Bandwidth, Sample Rate, and Nyquist Theorem” (Online). http://www.ni.com/white-paper/2709/en/#toc4 diakses pada tanggal 19 Maret 2016 [10] Dong Feihong, Li Hongjun, Gong Xiangwu. 2015. Energy Efficient Transmissions For Remote Wireless Sensor Network An Integrated HAP/Satellite Architectur For Emeggency Scenarios. Journal Ssensor. Received 9 July 2015. ISSN: 1424-8220 [11] Bo Gong, Zhenyong Wang and Qing Guo. 2009 Research on Capacity Calculation of TD-CDMA High Altitude Platform System. Conference on Communication. Res. 987-1-935068-01-3 [12] NN. 2016. “The Friis Equation” (Online), http://www.antenna- theory.com/basics/friis.php diakses pada tanggal 20 Maret 2016 [13] Dharmatama Dewi Sartika. 2014. Efisiensi Energi Jaringan Long Term Evolution Dengan Skema Radio Kognitif dan Coperative Base Station. Laporan Tugas Akhir. Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung. [14] Lee Jhong Sam, Miller Leonardo E. 1998. CDMA Systems Engineering. Handbook. London. ISBN 0-89006-990-5.
