Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

Revisi Juli 2003

Modul 3

EE 4712 Sistem Komunikasi Bergerak

Sistem Komunikasi Bergerak Seluler Oleh : Nachwan Mufti A, ST

1

Organisasi

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler A. Pendahuluan

page 3

B. Frequency Reuse

page 13

C. Handoff

page 19

D. Channel Assignment Strategies

page

Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

2

A. Pendahuluan Yang mendasari perkembangan Keterbatasan spektrum frekuensi Efisiensi penggunaan spektrum frekuensi Dalam system komunikasi wireless selular (mobile ataupun fixed) daerah pelayanan akan dibagi-bagi menjadi daerah-daerah cakupan yang kecil, yang disebut sebagai sel, dengan menara transmitter cukup rendah dan daya pancar cukup rendah juga sehingga akan lebih murah dari system komunikasi bergerak generasi sebelumnya (IMTS)

• High power transmitter • Large coverage area

• • • • • •

Low power transmitter Small coverage area Frequency reuse Handoff Central control Cell splitting to increase call capacity


3

A. Pendahuluan

Konsep Sel Sel menunjukkan cakupan sinyal Sel berbentuk heksagonal ( atau bentuk yang lain ) hanya digunakan untuk mempermudah penggambaran pada layout perencanaan

SEL IDEAL

SEL REAL


SEL MODEL

4

A. Pendahuluan

Representasi coverage sistem selular

Bentuk geometris yang meliputi keseluruhan daerah service tanpa overlap dengan luas daerah yang sama

Realitas ? Jauh berbeda ! Grid sel teoritik digunakan

untuk mempermudah penggambaran / perencanaan


5

A. Pendahuluan

Macam-Macam Konfigurasi Sel ... 1) Omnidirectional Rx Rx

Tx

2) Sectoring 120o

• Pada kondisi awal biasanya digunakan pola omnidirectional ( tergantung demand ). • Kegunaan dari pola Sectoring a. Menambah kapasitas b. Mengurangi interferensi

3) Sectoring 60o


6

A. Pendahuluan

Macam-Macam Konfigurasi Sel

4 sector ( quad sector )


7

A. Pendahuluan

Parameter Dasar Pada Siskomber Selular 2 macam kata kunci yang menjadi perbedaan sistem komunkasi bergerak seluler dengan sistek komunikasi yang lain adalah :

Frequency Reuse Konsep Hand Off Konsep frequency reuse memungkinkan penggunaan frekuensi yang sama pada sel yang berbeda , diluar jangkauan interferensinya. Parameter yang menjadi ukuran adalah perbandingan daya sinyal / carrier terhadap total daya interferensinya Sedangkan handoff memungkinkan seorang pengguna pindah dari suatu sel ke sel yang lain tanpa adanya pemutusan hubungan. Terjadi pemindahan frekuensi / kanal secara otomatis yang dilakukan oleh sistem Penjelasan lebih lanjut tentang frequency reuse dan handoff akan dijelaskan pada bagian selanjutnya…. Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

8

A. Pendahuluan

Arsitektur Umum: Voice link Data link RBS / BTS MS

PSTN

SEL # 1

Base Station Controller

RBS / BTS

MS

SEL # 2

BSC

Mobile Station

Radio Base Station (AMPS) or Base Transceiver System (GSM)

MSC/ MTSO

HLR

Gateway OMC

VLR

Home Location Register

Operation and Maintenance Centre

Mobile Switching Centre (GSM) or Mobile Telephone Switching Office (AMPS) Visitor Location Register


9

A. Pendahuluan MS = Mobile Station / Mobile Unit = Perangkat yang terdiri dari : • Subscriber Transceiver • Control Unit • Antena MTSO / MSC = Mobile Telephone Switching Office / Mobile Switching Center. = Merupakan pusat koordinasi dari semua cell site yang ada + berfungsi sebagai perangkat penyambung utama. = Elemen-elemen : • Switching Unit • Prosesor : ♣ Database processor ♣ Switch processor ♣ Coordination processor • Data base unit berisi :

• VLR (Visitor Location Register), penyimpan data-data temporer yang masuk dari MSC lain , dan sifatnya resident • HLR (Home Location Register), penyimpan data-data tetap dari pelanggan dalam MSC itu sendiri. Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

10

A. Pendahuluan RBS / BTS = Radio Base Station / Base Transceiver Station = Merupakan perangkat transceiver yang berhubungan dari / ke pelanggan (Interface / repeater antara MS dan MSC) . = Elemen-elemen RBS : • Transceiver • Control Unit / BSC / Base Station Controller • Antena • Data terminal site 3 sektor dengan 7

How does site location look like ?

array antena tiap sektornya

single antenna base station housing

jalur transmisi gelombang mikro menuju BSC


11

A. Pendahuluan

Macrocell, Microcell, dan Picocell ... Satellite Cell

Macrocell

Microcell Indoor Picocells


12

A. Pendahuluan

Proses Terjadinya Komunikasi... • Memasuki jaringan ( kasus sistem analog AMPS )

MS dihidupkan, mencari kanal-kanal kontrol memilih salah satu yang paling kuat dayanya dan akan ‘menggenggamnya’ . Pemilihan kanal kontrol yang paling kuat ini juga berarti memilih base station dengan sinyal terkuat. Dalam tiap beberapa detik terjadi pelaporan MS kepada sistem mengenai level daya, sensitivitas, dan juga lokasi terakhir melalui kanal kontrol reverse, disebut sebagai Location Updating Jumlah kanal kontrol yang dipakai biasanya adalah 5 % dari total kanal yang tersedia ( 95 % digunakan sebagai kanal suara dan data trafik ) [RAP 96].


13

A. Pendahuluan • Mobile Originating Call (kasus sistem analog , AMPS ) Kirim parameter identitas, melalui kontrol reverse diberikan identitas MIN ( Mobile Identification Number ) MS pemanggil , ESN ( Electronic Serial Number ) MS pemanggil, serta identitas / MIN dari MS yang dipanggil. Mobile station juga akan mengirimkan SCM ( Station Class Mark ) yang berisi data teknis MS yang bersangkutan yang mengindikasikan level transmit maksimum dari MS. Validasi authentikasi dilakukan sentral MSC akan melakukan validasi authentikasi terhadap pasangan MIN dan ESN untuk memastikan bahwa MS tersebut adalah pelanggan legal pada jaringan. Paging dilakukan jika jika MS adalah pelanggan legal, MS yang cocok MIN-nya akan memberikan respon melalui reverse control channel kepada BTS , selanjutnya BTS akan melaporkan handshaking ini kepada MSC. Komunikasi bisa dilakukan setelah MSC memindahkan panggilan dari kanal kontrol ke pasangan (1 pair) kanal trafik Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

14

A. Pendahuluan Sample Call Setup (GSM)... PCH (Paging of the mobile station) RACH (Channel request) AGCH (Channel assignment) SDCCH (Reply to the paging from network) SDCCH (Authentication request) SDCCH (Authentication response) SDCCH (Request to transmit) SDCCH (Acknowledgment of request) SDCCH (Setup message for incoming call) SDCCH (Confirmation) SDCCH (Assignment of a traffic channel) FACCH (Acknowledgment of traffic channel) FACCH (Alerting) FACCH (Connect when mobile ‘answers’) FACCH (Acceptance of connect message) TCH (Exchange of user data)

Base Station

Mobile Station


15

A. Pendahuluan • Handoff / Handover (kasus sistem analog, AMPS ) Kontrol daya dilakukan MSC ketika komunikasi sedang berlangsung untuk menjaga kualitas call. Kanal kontrol khusus diberikan saat MS berpindah cakupan dari satu sel ke sel yang lain, kanal kontrol khusus akan digunakan sebagai kanal trafik dan pada kondisi ini call akan dikontrol oleh BTS dan juga oleh MSC . Drop Call akan terjadi jika sampai pada selang waktu tertentu ( yang merupakan bagian dari optimasi sistem ), MS tidak juga mendapatkan kanal voice dari BTS yang baru.

Diskusikan Apa perbedaan antara Blocking Probability dengan Dropping Probability ? Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

16

B. Frequency Reuse Definisi Frequency Reuse Pengulangan atau menggunakan kembali frekuensi yang sama pada area yang berbeda di luar jangkauan interferensinya Jarak 'bebas' interferensi

Sinyal yang diinginkan = C

F1

F3

F2

F2 titik A Sinyal interferensi = I


17

B. Frequency Reuse

Parameter Kinerja → C/I ( Carrier to Interference Ratio ) Jarak 'bebas' interferensi

Sinyal yang diinginkan = C

F1

F3

F2

F2 titik A Sinyal interferensi = I

• Dari gambar di atas, kondisi kasus terburuk ada pada titik A • Pada kondisi kasus terburuk tersebut, perbandingan antara daya carrier terhadap daya interferensi ( C/I = Carrier to Interference ) harus tetap lebih besar atau sama dari C/I minimum yang dipersyaratkan oleh sistem seluler yang bersangkutan Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

18

B. Frequency Reuse

→ C/I minimum tergantung dari sistem seluler yang diimplementasikan…

C 1 D =   I N R D = 3K R

4

C 9K = I N

AMPS, C/I = 18 dB

2

K=

63N 63.6 = = 6,48 = 7 9 9 GSM, C/I = 12 dB K=

R D

16N 16.6 = = 3,26 ≈ 4 9 9

N = Jumlah sel penginterferensi K = Ukuran Kluster


19

B. Frequency Reuse

Konsep Kluster •

Kluster adalah sekelompok sel yang masing-masing selnya memiliki 1 set frekuensi yang berbeda dengan sel yang lain .

•

Ukuran kluster ( dilambangkan = K, sering juga dilambangkan = N ) adalah jumlah sel yang terdapat dalam 1 kluster

Contoh : K=3 K=4

artinya terdapat 3 sel dalam 1 kluster artinya terdapat 4 sel dalam 1 kluster freq. reuse pattern

freq. reuse pattern / cluster

K=4

K=3 2

1

2

2

1

1 3

reuse

4

3 2

3

1

2

1

2 reuse

1

3

3

3 4

4

reuse reuse


20

B. Frequency Reuse

Kapasitas User Tiap Sel • Jumlah user tiap sel dinyatakan oleh rumus berikut :

N=

BWAlokasi BWch RF

jumlah user

ch RF

K

BW 1

2

3

n 1' 2' 3'

F1

n' 1'' 2'' 3''

F2

n''

F3

F2 F1

F2

Dapat disimpulkan, jumlah frekuensi carrier dalam satu sel adalah lebih dari satu buah…

F1

F3

F3 K=3


21

B. Frequency Reuse

Kaidah Penentuan Nomor Sel → Kaidah Parameter Geser

Lalui sejauh i sel dari sel referensi sepanjang rantai heksagonalnya ( garis lurus yang menghubungkan dua pusat sel), lalu berputar 60o berlawanan dengan arah jarum jam, kemudian lalui sepanjang j sel pada arah tersebut. Pada posisi akhir disitulah letak freq. reuse nya. Z2 = i2 + j2 - 2ij.cos 120o i,j = 0,1,2,3, ... Z2 = i2 + j2 - 2.i.j (0,5) Z2 = i2 + j2 + i.j sel referensi Z2 ≅ K ---- K = ukuran z cluster 0 60 j=2 K = i2 + j2 + i.j 0 j 120 untuk, i=1 i


i = 1 dan j = 1

K=3

i = 1 dan j = 2

K=7

i = 0 dan j = 2

K=4

i = 2 dan j = 0

K=4

22

B. Frequency Reuse

Sistem Koordinat v

u

(v2 − v1 )

(u2 − u1 )sin 30o


23

B. Frequency Reuse Berbagai nilai kluster K atau N , yang mungkin terjadi


24

B. Frequency Reuse

{

2

{

2

(

D = (u 2 − u1 ) cos 30

) + [(v

o 2

2

− v1 ) + (u 2 − u1 )sin 30

D = (u 2 − u1 ) + (v 2 − v1 ) + (u 2 − u1 )(v 2 − v1 ) 2

]}

1 2

o 2

}

1 2

(u1 , v1 ) = (0,0) (u 2 , v 2 ) = merupakan nilai integer = ( i , j ) Jika,

Maka,

D = i 2 + ij + j2 Pada contoh di samping, i= 2 dan j = 1

D = i 2 + ij + j2 = 2 2 + 2.1 + 12 = 2,65 Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

25

B. Frequency Reuse Kaidah Penentuan Nomor Sel

Contoh # 1 : K = 3

→ Kaidah Parameter Geser

1

1

2

1

3

1

2

utk i = 1 dan j = 1 3

3

3

2

K= 3

• i=1,j=1 • K = 12 + 12 + 1.1 = 3

1

2

1 2

3

2

3

• Sumber interferensi maksimum = 6.

1 2

3


Kluster

26


Contoh # 2 : K = 4


i = 0, j = 2 K = i 2 + ij + j2 = 4 Q = 3K = 3,46

Kluster


27


Contoh # 3 : K = 7


i = 1, j = 2 K = i 2 + ij + j2 = 7 Q = 3K = 4,58

Kluster Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

28

B. Frequency Reuse

Contoh # 4 : K = 12


Kluster i = 2, j = 2 K = i 2 + ij + j2 = 12 Q = 3K = 6


29

B. Frequency Reuse

Contoh # 5 : K = 19


i = 3, j = 2 K = i 2 + ij + j2 = 19 Q = 3K = 7,55

Kluster


30

B. Frequency Reuse

Konsepsi kluster pada CDMA… Dalam pengertian yang sama, yang sudah kita pahami…ukuran kluster di jaringan selular CDMA, KCDMA = 1, artinya frekuensi operasi yang sama diterapkan disemua sel Tetapi CDMA memakai konsep clustering untuk perencanaan kode PN, hal ini untuk mencegah kemungkinan terjadinya aliasing antar kode didalam satu sel. Pada jaringan CDMA, dikenal istilah PN reuse factor


31

C. Handoff Definisi • Handoff adalah suatu peristiwa perpindahan kanal dari MS tanpa terjadinya pemutusan hubungan dan tanpa melalui campur tangan dari pemakai. • Handoff tidak berbeda dengan handover kecuali bahwa istilah handoff digunakan di Amerika, sedangkan istilah handover digunakan di Eropa. • Peristiwa hand over (H.O) ‘umumnya’ terjadi karena pergerakan MS sehingga keluar dari cakupan sel asal dan masuk cakupan sel baru. Sel #1 F1

Sel #2

Sel #3

F2

F3 pergerakan MS

HO F1 ke F2

HO F2 ke F3


32

C. Handoff

2 Alasan dasar untuk handoff ... • MS keluar dari cakupan BTS ( alasan klasik ! ) - Level sinyal terima terlalu rendah - Bit error rate (BER) terlalu tinggi

• Untuk keseimbangan beban jaringan - Trafik disatu sel terlalu tinggi sehingga beberapa MS ‘diserahkan’ ke sel yang lain Catatan : Standar GSM mencatat 40 alasan untuk handover !!

2 Fase handoff ... 1. MONITORING PHASE - Pengukuran kualitas sinyal dan ‘melihat’ kemungkinan radio link alternatif - Inisiasi handoff jika diperlukan 2. HANDOVER HANDLING PHASE - Penentuan point of attachment (PoA) yang baru - Inisiasi kemungkinan prosedur re-routing Modul 3 Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

33

C. Handoff Perbedaan konsepsi HO sistem seluler generasi pertama dan kedua ... Generasi I : Sistem Analog - Pengukuran kuat sinyal dilakukan oleh BS dan disupervisi oleh MSC - BS secara konstan melakukan pengukuran sinyal dari tiap kanal voice - Locator receiver mengukur kuat sinyal MS pada sel tetangga - MSC menentukan terjadi HO atau tidak

Generasi II : Sistem Digital TDMA - Keputusan HO dibantu MS ( MAHO Mobile Assisted Handoff ) - Tiap MS mengukur sinyal yang diterima dari BS yang mengelilinginya dan melaporkan ke BS-nya - Handoff diinisiasi jika level terima dari BS tetangga mulai meningkat melebihi level sinyal dari BS-nya sendiri - Keputusan atas dasar periode waktu atau derajat level tertentu (margin HO) - MSC menentukan terjadi HO atau tidak


34

C. Handoff

- Kasus paling umum - Sering disebabkan interferensi narrowband

- 2 kasus : (1) inter-cell / intra-BSC, (2) inter-BSC / intra-MSC

- Dikontrol oleh kedua MSC

- BSC melakukan operasi HO, assign kanal di sel baru dan melepas kanal lama di sel sebelumnya


35

C. Handoff

Mekanisme handover ...


36

C. Handoff


37

C. Handoff


38

D. Channel Assignment Strategies Channel assignment / channel alocation : Proses pengalokasian/ pemberian kanal trafik

Kanal trafik perlu diberikan kepada user berkaitan dengan :

• Panggilan baru di dalam sel • Kejadian handover

Ada bermacam-macam skema algoritma pengalokasian kanal ( channel allocation scheme ) , dan skema pengalokasian kanal dapat mempengaruhi performansi sistem !

3 kelas channel assignment

a. Fixed channel assignment Kanal yang disediakan dalam 1 sel / sektor tertentu, modifikasi dari metoda ini adalah borrowing scheme b. Dynamic channel assignment Kanal tidak dialokasikan dalam sel/sektor secara permanen. MSC mengalokasikan kanal berdasarkan : probabilitas blocking mendatang di semua sel, jarak reuse,C/I, cost factor , dsb ⌫ meningkatkan kompleksitas sistem !! c. Others : hybrid kedua hal diatas, scheduling, prediction, prioritisation


39

D. Channel Assignment Strategies

Asistensi # 1 • Bahas berbagai strategi channel assignment Lihat paper berikut : Katzela, Naghshineh, “ Channel Assignment Schemes for Cellular Mobile Telecommunication Systems – A Comprehensive Survey “

Jurnal lengkap bisa dikopi pada dosen atau asisten


40

Sistem Komunikasi Bergerak Seluler

Recommend Documents