BAB II DASAR TEORI
2.1 Arsitektur Jaringan GSM Pada dasarnya jaringan GSM terdiri dari 3 bagian utama yang memiliki fungsi yang berbeda-beda seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1, yaitu : Switching Subsystem (SSS) Radio Subsystem(RSS) Operation and Maintenance System (OMS) 2.1.1 Switching Subsystem (SSS) Switching Subsystem (SSS) mempunyai fungsi antara lain1 :
Mengatur komunikasi antar pelanggan GSM
Mengatur komunikasi pelanggan GSM dengan network lain
Menyimpan data pelanggan untuk keperluan komunikasi pelanggan dan pengelolaan pergerakan (mobility management)
Sedangkan SSS memiliki beberapa komponen sebagai berikut :
MSC (Mobile Switching Center)
HLR (Home Location Register)
VLR (Visitor Location Register)
AUC (Authentication Center)
EIR (Equipment Identity Register) MSC merupakan komponen terpenting dalam SSS, MSC bertindak
seperti switching pada PSTN ataupun ISDN yang mempunyai kemampuan untuk
mengatur
pelanggan
bergerak
seperti
registrasi,
autentifikasi,
pembaharuan lokasi (location updating), handoverdan pengarahan panggilan (call routing) untuk pelanggan roaming. Fungsi pengaturan pelanggan bergerak tersebut dapat terlaksana atas kerjasama dengan komponen lain dalam SSS. HLR berfungsi untuk menyimpan semua data dan informasi mengenai pelanggan yang tersimpan secara permanent, dalam arti tidak tergantung pada posisi pelanggan. HLR bertindak sebagai pusat informasi pelanggan setiap 1
Introduction of Global System for Mobile Communication
4 http://digilib.mercubuana.ac.id/
waktu akan diperlukan oleh VLR untuk merealisasi terjadinya komunikasi. VLR berfungsi untuk menyimpan data dan informasi pelanggan yang bersifat dinamis. Data dan informasi yang tersimpan dalam VLR secara otomatis akan selalu berubah mengikuti pergerakan pelanggan. Adanya informasi mengenai pelanggan dalam VLR memungkinkan MSC untuk melakukan hubungan baik panggilan masuk maupun panggilan keluar. AUC menyimpan semua informasi yang diperlukan untuk memeriksa keabsahan pelanggan, sehingga usaha untuk mencoba mengadakan hubungan pembicaraan bagi pelanggan yang tidak sah dapat dihindarkan. Disamping itu AUC berfungsi untuk menghindarkan adanya pihak ketiga yang secara tidak sah mencoba untuk menyadap pembicaraan. EIR adalah database yang berisi seluruh daftar Mobile Equipmen (ME) yang valid dalam jaringan GSM, dimana tiap ME diidentifikasi dengan International Mobile Equipment Identity (IMEI). 2.1.2 Radio Subsystem (RSS) Radio Subsystem (RSS) terdiri dari :
Mobile Station(MS)
Base Station Sub-System (BSS) MS merupakan perangkat yang secara langsung digunakan oleh pelanggan.
MS terdiri dari mobile equipment (ME) dan sebuah smart card yang disebut Subscriber Identity Module (SIM). BSS menghubungkan MS dengan SSS. BSS terdiri dari 2 komponen utama, yaitu :
Base Transceiver Station (BTS)
Base Station Controller (BSC) BTS berfungsi sebagai interkoneksi antara infrastruktur sistem seluler
dengan MS. BTS harus selalu memonitor MS yang masuk ataupun yang keluar dari sel BTS tersebut. Luas jangkauan dari BTS sangat dipengaruhi oleh lingkungan, antara lain topografi dan gedung disekitarnya. BSC bertugas mengontrol beberapa BTS yang berada di satu area dan mengatur penggunaan frekuensi radio yang digunakan. Pada umumnya setiap BSS terdiri atas banyak BTS, dengan area yang berbeda-beda. 2.1.3 Operation and Maintenance System (OMS) Operation and Maintenance System (OMS) adalah komponen dalam jaringan GSM yang diperlukan berkaitan dengan operasi dan pemeliharaan 5 http://digilib.mercubuana.ac.id/
jaringan.
Gambar 2.1 Jaringan GSM 2.2 Konsep Seluler Pada sistem seluler, area layanan sebuah operator telekomunikasi dibagi-bagi menjadi beberapa area kecil yang disebut sel (cell). Bentuk dan ukuran sel ditentukan oleh jenis antenna yang digunakan dan besar kecilnya daya pancar transmitter. . Konsep sistem seluler adalah penggunaan transmisi daya rendah agar prinsip frequency reuse dapat tercapai. Frequency reuseadalah pengulangan frekuensi yang sama pada lokasi yang berbeda dengan jarak tertentu. Dengan pembatasan daya pancar transmitter, maka pengaruh interferensi kanal bersama (co-channel interference) dapat dikurangi. Sel dimodelkan sebagai bentuk heksagonal seperti gambar di bawah ini.
6 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.2 Struktur sel Pada gambar 2.3 terlihat contoh frequency reuse dengan jumlah kanal frekuensi 7 buah. Frekuensi yang digunakan oleh tiap sel yang letaknya berdekatan tidak boleh sama.
Gambar 2.3 frequency reuse 2.2.1 Tipe Sel 1. Sel makro (macrocell) Sebuah sel makro beroperasi dengan keluaran tinggi dan biasanya dipasang diatas gedung atau sebuah menara (tower). Tipe ini dioperasikan untuk menyediakan daerah cakupan yang luas. 2. Sel payung (umbrellacell) Sel payung adalah sebuah sel makro yang digunakan untuk memperbesar daerah cakupan beberapa sel, biasanya digunakan untuk mengatasi daerah bintik kosong (blank spot) dan juga untuk melayani akses jaringan sewaktu pelanggan melaju dengan cepat, misalnya kendaraan yang sedang melaju di jalan tol.
7 http://digilib.mercubuana.ac.id/
3. Sel mikro (microcell) Sebuah sel mikro beroperasi dengan daya keluaran yang rendah dan dipasang pada ketinggian sedang atau dibawah ketinggian gedung sekitarnya. Tipe ini dioperasikan untuk menyediakan daerah cakupan yang lebih kecil (± 300 m) dengan kondisi trafik informasi yang sangat padat. Sel mikro biasanya di tempat pusat bisnis, seperti pusat perbelanjaan, kawasan perkantoran dimana setiap pelanggan bergerak lambat. 4. Sel piko (picocell) Sel piko didesain untuk keperluan dalam gedung dan mampu mengatasi konmdisi trafik informasi yang sangat padat. Sel piko beroperasi dengan daya keluaran yang rendah dan daerah cakupannya dapat mengikuti bentuk bangunan. Karena digunakan untuk keperluan dalam gedung, maka antena-antena dapat diletakkan pada dinding dan langit-langit bangunan.
Gambar 2.4 Tipe Sel 2.3 Redaman propagasi Untuk menghitung redaman propagasi yang dialami oleh sinyal GSM 900 adalah sebagai berikut : Lproagsai =
69,55 + 26,16 x log (f) – 13,82 x log (hbts) – a (hms) + [44,9 – 6.55 x log (hbts)] x log (d) ......................................(2.1)
Sedangkan a(hms) = [1,1 x log(f) – 0,7 ] x hms – [1,56 x log(f) – 0,8 ] .......(2.2) Keterangan : 8 http://digilib.mercubuana.ac.id/
f
= Frekuensi kerja sinyal 500 – 1500 MHz
d
= Jarak (Km)
hbts
= Tinggi BTS
hms
= Tinggi MS
Sedangkan redaman propagasi yang dialami oleh sinyal DCS 1800 adalah sebagai berikut : Lproagasi
= 46,3 + 33,9 x log (f) – 13,82 x log (hbts) – a(hms) + [44,9 – 6.55 x log (hbts)] x log (d) + Cm.......................................... (2.3)
Keterangan : f
= Frekuensi kerja sinyal 1500 – 2000 MHz
d
= Jarak (Km)
hbts
= Tinggi BTS
hms
= Tinggi MS
Cm untuk urban dan suburban sebesar 0 dB, sedangkan untuk perkotaan sebesar 3 dB 2.4 Kanal Kontrol (Control Channel) Kanal kontrol digunakan untuk proses administrasi dari BTS maupun MS, biasanya ditempatkan pada timeslot nol (0) pada frame TDMA. Adapun kanal kontrol yang dipergunakan adalah : Broadcast Channel (BCH), dibagi menjadi : Frequency Correction Channel (FCH). FCH merupakan sinyal downlink (dari BTS ke MS) point to multipoin yang membawa informasi untuk sinkronisasi frekuensi sehingga MS mengetahui frekuensi yang digunakan. Synchronization Channel (SCH). Setelah mendapat frekuensi yang digunakan, MS harus mensinkronkan dengan struktur TDMA dan sel tertentu untuk membaca BSIC (Base Station Identity Code) dariBTS yang dipilih. SCH dikirim downlink, point to multipoint. Broadcast Control Channel (BCCH) BCCH merupakan sinyal downlink, point to multipoint yang dikirim secara broadcast terus menerus. Sinyal ini membawa informasi tentang Location Area Identity (LAI), keluaran daya maksimum sel (TXmax Out) dan neighbour cell
9 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Common Control Channel dibagi menjadi : Paging Channel (PCH) PCH digunakan untuk mengecek jika jaringan ingin berhubungan dengan MS. Kontak ini dapat berupa panggilan seperti biasa maupun SMS (Short Message Service). Informasi pada PCH termasuk didalamnya IMSI dan TMSI yang merupakan identitas MS. PCH dikirim downlink, point to pointRandom Access Channel (RACH) RACH adalah sinyal uplink, point to pointyang digunakan oleh MS untuk meminta sebuah alokasi signaling. RACH juga dapat dipergunakan jika MS akan berhubungan dengan jaringan, sebagai contoh jika sedang melakukan call setup Access Grant Channel (AGCH). AGCH digunakan oleh MS untuk mendapatkan alokasi SDCCH ataupun TCH dari network AGCH adalah sinyal downlink, point to point. Dedicated Control Channel(DCCH) Yang termasuk DCCH adalah : Stand Alone Dedicated Control Channel(SDCCH). SDCCH digunakan untuk signaling selama MS melakukan call setupatau registrasi, artinya sebelum mendapat sebuah kanal trafik terlebih dahulu MS mendapatkan SDCCH. SDCCH juga dipergunakan untuk transmisi pada MS, jadi saat SMS dilakukan sebuah MS tidak membutuhkan kanal trafik (TCH). SDCCH merupakan sinyal uplink dan downlink, point to point Slow Associated Control Channel (SACCH). SACCH merupakan gabungan antara TCH dan SDCCH, yang gunakan oleh MS maupun BTS. Jika dipergunakan sebgai downlink untuk mendapatkan informasi tentang daya yang dikirimkan, juga untuk Timing Advance (TA). SACCH juga digunakan untuk transmisi SMS pada saat dalam keadaan terpakai. Fase Associated Control Channel (FACCH). FACCH dikenal dengan stealing mode saat 20 ms percakapan ditempatkan sebagai sebuah kontrol selama terjadinya handover. FACCH juga merupakan sinyal downlink dan uplink Cell Broadcast Channel (CBCH). CBCH digunakan ketika sebuah BTS mempunyai fasilitas broadcast cell, 10 http://digilib.mercubuana.ac.id/
yaitu dari perangkat MS akan tertera teks tertentu yang dapat diatur oleh operator misalnya untuk menunjukkan lokasi tempat MS tersebut dilayani oleh BTS. 2.5 Cell Selection / Reselection Pada situasi sebelum terjadinya handover maka diperlukan algoritma tentang cell selection/reselection yang sudah ada dalam MS. 2.5.1
Cell Selection Normal Cell Selection : Pengukuran untuk normal cell selection Pada fasa 1, setiap MS mengambil 5 sample level terima pada setiap sinyal carrier RF sebagai nilai rata-ratanya : AV_RXLEV = 1/5 * (RXLEV1 + RXLEV2 + …+ RXLEV5) Semua sample tersebut terus berganti setiap satu periode 3 – 5 s Kriteria untuk cell selection Berdasarkan pada pengukuran tersebut, satu RXLEV dapat menilai apakah suatu sel akan mendekati serving cell dari penilaian radio propagasinya, yaitu : apakah terjadi kualitas jaringan yang cukup. Pengecekan dengan kriteria C1 > 0 C1 = AV_RXLEV - RXLEV_ACCESS_MIN Level terima downlink harus melampaui RXLEV_ACCESS_MIN dengan margin tertentu yang dapat mendukung untuk uplink apabila daya terima MS rendah. Disamping kriteria C1, ada beberapa kriteria lainnya (administrasi dan traffic control) untuk mendapatkan sel yang sesuai : Definisi : A “Suitable Cell”dijabarkan sebagai : 1. Sel yang merupakan bagian PLMN (Public Land Mobile Network) 2. Sel yang tidak terhalang (parameter CELL_BAR_ACCESS = 0) 3. Sel dengan C1 > 0 4. Selnya bukan area terlarang untuk roaming Hal-hal yang diijinkan pada panggilan kondisi darurat untuk serving cell dibatasi: Definisi : An “Acceptable Cell” dimaksud sebagai : 1. Sel yang tidak terhalang 2. Sel dengan C1 > 0 11 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Strategi umum untuk cell selection adalah menemukan suitable cell dengan C1 yang tertinggi (penilaian terbaik kualitas jaringan). Jika no suitable cellditemukan maka pilihlah an acceptable cell Untuk
fasa
2
MS,
ada
parameter
tambahan
yang
disebut
CELL_BAR_QUALIFY (nilai :0,1) dipakai untuk menandai sel prioritas : CELL_BAR_QUALIFY = 1 low priority cell CELL_BAR_QUALIFY = 0 normal priority cell
Gambar 2.6 Diagram alir cell selection ( tidak ada BCCHnya ) Pertama-tama pilihlah normal priority cell,
jika tidak didapat sel maka
gunakanlah Low priority cell . Bahasan handover adalah paling penting dalam bahasan komunikasi telepon seluler. Hal tersebut antara lain :
Menjaga hubungan selama pergantian sel (selama bergerak)
Perubahan kanal selama ada gangguan ( interferensi )
Mendesain struktur jaringan radio dan batas sel 12 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Urutan-urutan Langkah handover Proses handover dapat dibagi menjadi beberapa bagian seperti yang tampak pada table berikut ini : Tabel 2.1 Langkah - langkah proses No. 1.
2. 3. 4. 5. 6.
7. 8.
Proses
Elemen Jaringan Yang Berperang
Pengukuran -
kualitas serving cell
-
level neighbor cell yang MS
MS, BTS
diterima Pengukuran sebelum proses Neighbor cell yang ada Handover Target sel Target sel evaluasi
BTS BTS BTS BTS
-
handover intra BSS
BTS
-
handover intra BSS
MSC
Seleksi kanal baru BSC Eksekusi handover
BSC MS, BTS, BSC, MSC
Tipe – tipe handover Perbedaan tipe handover dapat dibedakan berkenaan dengan diubahnya area : sel, area BSS atau area MSC. Hal ini diilustrasikan dalam gambar berikut ini. Perbedaan tipe handover berjalan atau tidak dengan beberapa penandaan.
13 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.8 Skema handover Penyebab handover Ada 4 penyebab handover:
kualitas (terlalu rendah <-> terlalu tinggi BER)
level yang diterima (terlalu rendah)
Jarak MS-BS (terlalu jauh)
Sel yang lebih baik (power budget: relatif terhadap level yang diterima) Tiga penyebab pertama merupakan penyebab utamanya, antara lain yaitu jika
salah satu kasus terjadi, diperlukan agar panggilan terus berjalan. Karena MS meninggalkan area serving cell (intercell handover) atau karena ada interferensi kuat pada kanal yang sama dalam cell yang berbeda (intracell handover). Penyebab keempat adalah pilihan, apabila kualitas dalam serving cell cukup baik, tetapi ada neighbor cell dengan level yang lebih baik. Meskipun tidak perlu untuk kualitas panggilan, performansi jaringan lebih baik melakukan handover panggilan ke sel yang lebih baik levelnya. Panggilan dengan sel yang levelnya lebih baik mengurangi interferensi. Khususnya, jika digunakan power control. Karena untuk mencapai level yang diterima sama pada sel yang lebih baik, daya pancarnya yang digunakan akan lebih kecil pada sel tersebut. 14 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Dalam perencanaan jaringan radio sel lebih baik seharusnya meliputi handover. Oleh karena itu lokasi handover sel yang lebih baik ditentukan batas-batasnya. Tabel 2.2 Pengukuran nilai – nilai handover Pengukuran
Interval
RXLEV_DL_FULL
0-63
RXLEV_DL_SUB
0-63
RXQUAL_DL_FULL
0-7
DTX_UL
0-2
RXLEV_UL_FULL
0-63
RXLEV_UL_SUB
0-63
RXQUAL_UL_FULL
0-7
RXQUAL_UL_SUB
0-7
DTX_DL
1/0
Penjelasan Level sinyal terima TCH/SDCCH (full set of TDMA frame) downlink Level sinyal terima TCH (subset of TDMA frame) downlink Level kualitas sinyal TCH/SDCCH (full set of TDMA frame) downlink DTX bisa / tidak bisa di pakai untuk uplink Level sinyal terima TCH/SDCCH (full set of TDMA frame) uplink Kualitas sinyal terima TCH TDMA frame) uplink Kualitas sinyal terima TCH (TDMA frame) uplink Kualitas sinyal terima TCH (subset of TDMA frame) uplink DTX di pakai/ tidak dalam jaringan.
Penyetelan besar rata-rata level bergantung pada perubahan kondisi radio propagasinya. Contoh : redaman lintasan ( sebesar 3 dB saat jarak 2000 m ) : long term fading sebesar 6 dB : short term fading:
pergerakan MS sejauh 400 m pergerakan MS 5 – 100 m
pergerakan MS 0 – 15 m
Oleh karena itu, batasan sel berbeda-beda level terimanya ada yang short term fading dan long term fading.
2.5.2 Cell Reselection Cell reselection adalah prosedur yang digunakan apabila tahapan normal 15 http://digilib.mercubuana.ac.id/
selection cell tidak berhasil dalam menentukan neighbor cell. Ada 2 faktor yang mempengaruhi cell reselection : Penalty Time Adalah waktu mulai MS saat tiap sel dalam daftar silih berganti posisi ( max.20 s) Cell Reselection Offset (CRO) Meningkatkan prioritas sel ke dalam neighbor cell , mekanisme ini berlaku dalam struktur saat MS bergerak cepat dalam jangkauan makro sel dan berada di mikro sel saat berjalan kaki ketika penalty time sudah berlalu. Adapun satuan CRO adalah dB minimal 2 dB. 2.5.3 Kriteria Handover Algoritma standar handover menggunakan kriteria yang ada dalam tabel berikut : Tabel 2.3 Pedoman kriteria handover Jenis Handover
Singkata
Intercell HO mengacu kualitas HO mengacu level
n IRQUAL LEV
HO mengacu jarak HO men gacu power budget Intracell HO mengacu
2. XX_TXPWR = XX_TXPWR_MAX DIST 1. MS_BS_DIST > MS_RANGE_MAX PBGT 1. PBGT > HO_MARGIN IAQUAL 1. RXQUAL_XX > L_RXQUAL_XX_IH
kualitas Keterangan :
Kriteria 1. RXQUAL_XX > L_RXQUAL_XX 1. RXLEV_XX < L_RXLEV_XX
2. RXLEV_XX > L_RXLEV_XX
XX
:
variabel untuk UL (uplink) dan DL (downlink)
HO
:
Handover
L_RXLEV
:
Limit RXLEV
L_RXQUAL_XX_IH
:
limit RXQUAL_XX Intracell Handover
MS_TXPWR_MAX
:
daya pancar MS maksimum saat serving cell
MS_TXPWR_MAX(n)
:
daya pancar MS maksimum dalam adjacent cell “n”
Intercell HO mengacu kualitas atau level hanyalah dipakai apabila daya pancar MS atau BTS sudah mencapai maksimum juga.
HO_MARGIN(n) : margin HO; PBGT harus lebih besar dari HO_Margin , dimana HO_Margin intervalnya mulai -24 sampai 24 dB dengan total range sebesar 48 dB dan adjacent cell nya dipertimbangkan sebagai sel yang lebih baik. 16 http://digilib.mercubuana.ac.id/
Diagram alir algoritma handover ini memakai singkatan-singkatan berdasarkan tabel diatas dan asumsi semua jenis handover dan yang menyebabkannya. Jika indoor cell belum didaftarkan sebagai neighbor cell maka proses handover tidak berlangsung normal, kemungkinan akan terjadi kualitas sinyal yang tiba – tiba menjadi kualitas buruk sehingga dapat mengganggu saat komunikasi berlangsung.
Gambar 2.9 Diagram alir untuk semua algoritma handover
17 http://digilib.mercubuana.ac.id/
