TUGAS AKHIR
ANALISA KAPASITAS KANAL CDMA PADA SISTEM KOMUNIKASI SELULAR
Disusun oleh: ROYNOL PRATAMA 01401-056
Diajukan untuk memenuhi Persyaratan Guna Memperoleh Sarjana Strata Satu (S1)
TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA 2008
LEMBAR PENGESAHAN ANALISA KAPASITAS KANAL CDMA PADA SISTEM KOMUNIKASI SELULAR
Disusun oleh : Nama
: Roynol Pratama
NIM
: 01401-056
Jurusan
: Teknik Elektro
Peminatan
: Telekomunikasi
Mengetahui, Pembimbing Tugas Akhir
Koordinator Tugas Akhir
(Ir. Said Attamimi, MT)
(Yudhi Gunardi, ST, MT)
Kepala Program Studi Teknik Elektro
(Ir. Budi Yanto Husodo, MSc)
i
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini, Nama
: Roynol Pratama
NIM
: 01401-056
Fakultas
: Teknologi Industri
Jurusan
: Teknik Elektro
Peminatan
: Telekomunikasi
Judul Tugas Akhir
: Analisa Kapasitas Kanal CDMA Pada Sistem Komunikasi Sellular
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Tugas Akhir yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata dikemudian hari penulisan ini plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Jakarta, Agustus 2008 Penulis
Roynol Pratama
ii
ABSTRAK
Saat ini terdapat tiga macam metode akses jamak yang dipergunakan dalam sistem komunikasi bergerak atau selular, ketiga macam metode akses jamak tersebut adalah FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) dan CDMA (Code Division Multiple access). Metode akses jamak FDMA dipergunakan pada sistem komunikasi selular analog, sedangkan metode akses jamak TDMA dan CDMA dipergunakan pada sistem komunikasi selular digital. CDMA mampu memberikan kapasitas saluran yang lebih besar dibandingkan dengan FDMA dan TDMA. Tugas akhir ini menganalisa metode akses jamak mana yang paling baik digunakan untuk sistem komunikasi selular pada saat ini.
iii
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrohmaanirrohiim Assalamualikum Warohmatullohi Wabarokatuh Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT, berkat nikmat hidayah dan nikmat sehat-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Sholawat terus-menerus penulis panjatkan kepada Nabi Muhammad SAW, terima kasih atas kabar gembira dan kabar takutnya, sehingga membuat penulis bisa tetap mengerjakan nasihat-nasihat-Mu dan tetap dalam perlindungan Allah SWT. Penulisan Tugas Akhir ini, dapat terlaksana atas izin Allah SWT dengan melalui perantara-perantara yang juga sudah direncanakan oleh Allah SWT. Pertama saya ucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Budi Yanto Husodo, MSc sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro. 2. Bapak Yudhi Gunardi, ST, MT sebagai koordinator Tugas Akhir 3. Bapak Ir. Said Attamimi, MT sebagai pembimbing Tugas Akhir 4. Kedua Orang Tua dan adikku yang selalu memberikan dukungan dalam penulisan Tugas Akhir ini. 5. Fitriaty Fauziah yang telah membantu dan memberikan dorongan sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. 6. Teman-teman Elektro 2001 yang telah mendukung sehingga penulisan ini dapat terselesaikan. Irvan Rosya, Ulung Lisworo, Irfan Afriansyah, Agus Teguh Suryadi, Herry Setiawan, Diva Yasef, Apendi, Dina
iv
Indriana, Elfina Mailinda, Kartika S.D, Leli Ambarwati, Andi, Riandi, Fatah Syahputra,Aditya Munandar S, Ageng Triadi, Dedi Panji Lesmana, Bayu Lesmana, Irwansyah Ginting, Samsudin, Nurdin, Masroken, Sumantri eko, Paul, Black, Thank guy’s atas dukungannya. 7. Anak-anak Elektro 05 Irma, Revni, Maya, Ucok, Nendi, Teguh, Pacet, Nurdin. Thank bantuannya. 8. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah membantu secara langsung maupun tidak langsung.
Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik berupa penyusunan maupun penulisan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari berbagai pihak, sehingga dapat memperbaiki dan menyempurnakan. Akhir kata penulis berharap penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kawan-kawan yang sedang mengerjakan tugas akhir, khususnya mahasiswa jurusan Elektro/Telekomunikasi. Wassalamualaikum Warohmatullohi Wabarokatuh.
Jakarta, Agustus 2008 Penulis
(Roynol Pratama)
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ........................................i LEMBAR PERNYATAAN ...........................................................................ii ABSTRAK ..................................................................................................iii KATA PENGANTAR ..........................................................................iv DAFTAR ISI ..................................................................................................vi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................viii DAFTAR TABEL ......................................................................................ix
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
BAB II
TEORI DASAR 2.1 2.2
2.3 BAB III
Latar Belakang ..................................................1 Pokok Permasalahan ..................................................2 Batasan Masalah ..................................................2 Metode Pendekatan ..................................................2 Sistematika penulisan ..................................................2
Sistem Komunikasi Selular ..............................................5 Sistem Akses Jamak ..........................................................5 2.2.1 Frequency Division Multiple Access (FDMA) .......6 2.2.2 Time Division Multiple Access (TDMA) ..........8 2.2.2.1 Spesifikasi Teknis GSM ..................................9 2.2.2.2 Kapasitas Saluran pada FDMA dan TDMA ........11 2.2.3 Code Division Multiple Access (CDMA) ........15 2.2.3.1 Visualisasi Akses Jamak CDMA ....................17 2.2.3.2 Interferensi pada CDMA ................................18 2.2.3.3 Kapasitas Saluran Pada CDMA ....................22 Metode Pengkodean ........................................................25
AKSES JAMAK CDMA 3.1 3.2
3.3
Metode Penyebaran Spektrum ................................29 Pengendalian Daya Pada CDMA ................................35 3.2.1 Konfigurasi Pengendalian Daya ....................36 3.2.2 Daya Pada Sel yang Berdampingan ....................37 Handoff pada CDMA ……………………………………38 3.3.1 Proses Inisiasi Handoff ................................40 3.3.2 Pengendalian Handoff ................................41
vi
BAB IV
ANALISA KAPASITAS KANAL PADA CDMA 4.1 4.2
4.3 4.4 BAB V
Sistem Akses Jamak FDMA ............................................43 Sistem Akses Jamak TDMA ............................................45 4.2.1 Perhitungan Kapasitas Kanal pada Frekuensi 900 MHz ....................................................................45 4.2.2 Perhitungan Kapasitas Kanal Pada Frekuensi 1800 MHz ....................................................................46 4.2.3 Perhitungan Kapasitas Kanal Pada Frekuensi 1900 MHz ....................................................................47 Sistem Akses Jamak CDMA ............................................49 Analisa perhitungan Kapasitas Kanal ................................52
KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3
Arsitektur Akses FDMA ..........................................................6 a) Pita Frekuensi yang frekuensinya dinaikkan ......................7 b) Saluran yang dijamakkan ..........................................................7 Arsitektur akses TDMA ..........................................................8 Arsitektur akses CDMA ........................................................16 Skema atau pola sel pada CDMA ............................................19 Faktor interferensi ko-kanal pada sel tunggal ................................21 Faktor interferensi ko-kanal yang terdapat pada sel yang berdampingan ................................................................................22 Tiga sektor sel ................................................................................25 Sistem jaringan telepon selular ............................................28 Spektrum sinyal sebelum dan sesudah penyebaran ....................30 Diagram blok penyebaran spektrum ............................................32 Bentuk sinyal dan pengkodeannya ............................................33 Gangguan dari sel-sel yang berdampingan ................................36 Daya pada sel yang berdampingan ............................................39 Lokasi permintaan Handoff ........................................................40 Proses terjadinya Handoff ........................................................41 Pola re-use sel pada FDMA ........................................................44 Pola re-use sel pada TDMA ........................................................45 Pola re-use sel pada CDMA ........................................................51
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel 4.1
Spesifikasi GSM 900, GSM 1800, dan GSM 1800 ....................11 Perbandingan Kapasitas Kanal ............................................51
ix
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Permasalahan Dewasa ini teknologi telepon selular telah banyak dipergunakan. Hal ini dikarenakan kemampuan dan kehandalannya seperti daya jangkau yang luas, dapat secara leluasa berpindah-pindah serta bentuknya yang kompak dan praktis. Untuk melayani kebutuhan para pengguna telepon selular, maka sistem komunikasi selular dibagi menjadi dua bagian yaitu sistem komunikasi tetap (Fixed Cellular) dan sistem komunikasi selular bergerak (Mobile Cellular). Sedangkan pada sistem komunikasi selular bergerak terbagi menjadi dua jenis transmisi yaitu analog (AMPS) dan digital (GSM). Seiring dengan pertumbuhan jumlah penduduk dan terjadinya kepadatan saluran, maka kedua sistem baik AMPS maupun GSM yang menggunakan sistem akses FDMA dan TDMA dianggap belum mampu untuk memenuhi kebutuhan layanan telekomunikasi yang baik. Oleh karena itu dilakukan penelitian dan pengembangan teknologi komunikasi selular untuk mengatasi masalah – masalah tersebut, salah satunya adalah sistem akses jamak CDMA. Dengan sistem akses jamak CDMA diharapkan dapat menigkatkan kapasitas saluran semaksimal mungkin.
1
2
1.2. Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Mengetahui kapasitas saluran yang dimiliki oleh metode akses jamak CDMA Berdasarkan lebar pita frekuensi operasi dan jumlah sel yang dimiliki. 2. Membandingkan kapasitas saluran kanal antara CDMA, FDMA dan TDMA.
1.3. Batasan Masalah Pembahasan Tugas Akhir ini dibagi menjadi dua bagian pembahasan, bagian pertama membahas tentang kapasitas saluran atau kanal yang dimiliki oleh sistem akses CDMA bila dibandingkan dengan sistem akses jamak lainnya, sedangkan pada bagian kedua membahas tentang sistem akses CDMA.
1.4. Metode Pendekatan Metode yang dilakukan untuk pendekatan mengenai masalah diatas dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
Pengambilan data dari internet
Studi literatur dngan menggunakan buku referensi sebagai bahan pertimbangan.
1.5. Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Pokok Permasalahan
3
1.3 Batasan Masalah 1.4 Metode Pendekatan 1.5 Sistematika penulisan BAB II TEORI DASAR 2.1 Sistem Komunikasi Selular 2.2 Sistem Akses Jamak 2.2.1 Frequency Division Multiple Access (FDMA) 2.2.2 Time Division Multiple Access (TDMA) 2.2.2.1 Efisiensi Frekuensi 2.2.2.2 Kapasitas Saluran Pada FDMA dan TDMA 2.2.3 Code Division Multiple Access (CDMA) 2.2.3.1 Visualisasi Akses Jamak CDMA 2.2.3.2 Interferensi pada CDMA 2.2.3.3 Kapasitas Saluran Pada CDMA 2.3 Metode Pengkodean BAB III AKSES JAMAK CDMA 3.1 Metode Penyebaran Spektrum 3.2 Pengendalian Daya Pada CDMA 3.2.1 Konfigurasi Pengendalian Daya 3.2.2 Daya Pada Sel yang Berdampingan 3.3 Handoff pada CDMA 3.3.1 Proses Inisiasi Handoff 3.3.2 Pengendalian Handoff
4
BAB IV ANALISA KAPASITAS KANAL PADA CDMA 4.1 Sistem Akses Jamak FDMA 4.2 Sistem Akses Jamak TDMA 4.2.1. Perhitungan Kapasitas Kanal Pada Frekuensi 900MH 4.2.2. Perhitungan Kapasitas Kanal Pada Frekuensi 1800 MHz 4.2.3. Perhitungan Kapasitas Kanal Pada Frekuensi 1900 MHz 4.3 Sistem Akses Jamak CDMA 4.4 Analisa perhitungan Kapasitas Kanal BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
BAB II TEORI DASAR
2.1 Sistem Komunikasi Selular Salah satu faktor penting yang harus diperhatikan dalam merencanakan suatu sistem jaringan telepon adalah banyaknya jumlah pelanggan yang dapat dilayani oleh sistem jaringan tersebut. Sistem akses jamak atau multiple access adalah salah satu metode yang digunakan untuk melayani sejumlah pelanggan secara efektif dan efisien. Dalam sistem komunikasi selular terdapat tiga bentuk dasar sistem akses jamak, yaitu frequency division multiple access (FDMA), time division multiple access (TDMA) dan code division multiple access (CDMA).
2.2 Sistem Akses Jamak Sistem akses jamak adalah suatu cara yang digunakan untuk meningkatkan kapasitas saluran semaksimal mungkin. Untuk sistem komunikasi selular yang berbeda akan menerapkan teknologi akses jamak yang berbeda pula. FDMA, TDMA dan CDMA adalah sistem akses jamak yang digunakan pada sistem komunikasi selular yang ada pada saat ini. FDMA adalah sistem akses jamak yang digunakan oleh telepon selular analog, sedangkan TDMA dan CDMA adalah sistem akses jamak pada telepon selular digital.
5
6
2.2.1 Frequensi Division Multiple Access (FDMA) Teknologi Frequency Division Multiple Access (FDMA), adalah metode akses jamak yang membagi alokasi lebar pita frekuensi yang tersedia menjadi bagianbagian kecil pita frekuensi. Setiap bagian pita frekuensi tersebut dialokasikan pada setiap penggunanya sebagai sebuah saluran komunikasi. Dalam FDMA, setiap pengguna diberikan alokasi pita frekuensi tertentu sebagai saluran frekuensi, pada waktu melakukan proses percakapan. Sehingga dalam waktu yang sama hanya ada satu pengguna yang dapat memanfaatkan saluran frekuensi yang diberikan tersebut. Bila terdapat ‘N’ pengguna, maka pita frekuensi dibagi menjadi ‘N’ bagian yang berukuran sama, dimana setiap pengguna mendapatkan satu bagian.
f (H z) f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1
t (d etik )
Gambar 2.1 Arsitektur Akses FDMA.
Pada gambar (2.1) terlihat sejumlah saluran yang dibagi dalam beberapa frekuensi (fı, f2, ... fn), lalu dilakukan penjamakan akses dalam waktu yang bersamaan. Karena masing-masing pengguna memiliki pita frekuensi pribadi, maka masing-masing saluran akan mengisi bagian frekuensinya sendiri sesuai dengan
7
jumlah masing-masing saluran. Apabila hanya terdapat sedikit pengguna dan jumlahnya tetap, dan masing-masing memiliki lalu lintas yang berbeda, maka metode FDMA merupakan mekanisme pembagian frekuensi yang cukup sederhana dan efisien. Akan tetapi jika jumlah penggunanya banyak dan secara kontinyu berubahubah atau lalu lintasnya tidak tetap, maka komunikasi pada FDMA akan mengalami kesulitan. Bila pita frekuensi dibagi menjadi N daerah, dan jumlah pengguna yang melakukan komunikasi jauh lebih sedikit dari pada N, maka sebagian besar pita frekuensi yang sangat mahal tersebut, akan sia-sia, karena tidak digunakan oleh pengguna lain. Namun, bila terdapat lebih dari N pengguna ingin melakukan komunikasi, maka sebagian pengguna tersebut akan ditolak untuk menggunakan saluran frekuensi tersebut. Bahkan untuk lebar pita frekuensi yang sempit sebagian pengguna yang telah diberi pita frekuensi sekalipun akan sulit untuk mengirim dan menerima sinyal.
Gambar 2.2
a) Pita Frekuensi yang frekuensinya dinaikkan b) Saluran yang dijamakkan.
8
Pada gambar (2.2) terlihat bagaimana tiga buah saluran telepon yang dijamakkan dengan menggunakan FDMA. Standar yang banyak dipakai adalah 12 saluran, yang dijamakkan menjadi pita-pita frekuensi mulai dari 60 sampai 72 kHz atau disebut satu grup.
2.2.2 Time Division Multiple Access (TDMA) Dalam sistem Time Division Multiple access (TDMA) setiap pengguna diberi alokasi celah waktu tertentu sebagai sebuah saluran frekuensi pada lebar pita frekuensi yang telah di alokasikan sehingga dalam satu pita frekuensi yang telah disediakan, maka dibagi lagi menjadi beberapa celah waktu, karena jarak antara celah waktu sangat pendek, maka batasan antara celah waktu yang satudengan yang lain akan terdengar oleh pengguna seperti aliran informasi kontinyu biasa. Dalam metode TDMA tidak diizinkan pengguna melakukan akses pada celah waktu yang telah diberikan kepada pengguna lain sampai proses percakapan antar pengguna selesai. Sebagai contoh pada sistem GSM, frekuensi pembawa 400 kHz dibagi kedalam delapan celah waktu, sehingga masing-masing celah waktu memiliki frekuensi sebesar 50 kHz atau setiap saluran memiliki frekuensi sebesar 50 kHz, sedangkan metode TDMA yang lain membagi frekuensi 30 kHz kedalam 3 celah waktu, masingmasing saluran memiliki frekuensi sebesar 10 kHz.
9
f (Hz)
t1
t2
t3
t4
Gambar 2.3
t5
t6
t7
t (detik)
Arsitektur akses TDMA
Pada gambar (2.3) terlihat dengan lebar pita frekuensi tertentu saluran komunikasinya dibagi menjadi beberapa celah waktu untuk diberikan kepada masing-masing penggunanya. Dengan kata lain, apabila seluruh pengguna dialokasikan pada N buah celah waktu secara statis, dan bila seorang pengguna tidak memakai celah waktu yang telah dialokasikan, maka celah waktu tersebut dibiarkan tetap kosong.
2.2.2.1 Spesifikasi Teknis GSM Global System for Mobile Communication (GSM) adalah sistem komunikasi selular digital yang banyak digunakan saat ini di Indonesia. Metode akses yang digunakan pada sistem komunikasi GSM adalah TDMA.
Pada awalnya GSM beroperasi pada band frekwensi 900 MHz, dimana untuk frekwensi uplinknya digunakan frekwensi 890-915 MHz, dan frekwensi downlinknya menggunakan frewkwensi 935 – 960 MHz. Dengan bandwidth sebesar 25 MHZ yang
10
digunakan ini (915 - 890 = 960 – 935 = 25 MHz), dan lebar kanal sebasar 200 kHz, maka akan didapat 125 kanal, dimana 124 kanal digunakan untuk voice dan 1 kanal untuk signaling.
Pada perkembangannya, jumlah kanal sebanyak 124 kanal tidak mencukupi untuk memenuhi kebutuhan yang disebabkan pesatnya pertambahan jumlah subscriber. Untuk memenuhi kebutuhan kanal yang lebih banyak ini, maka regulator GSM di Eropa mencoba menggunakan tambahan frekwensi untuk GSM pada band frekwensi di range 1800 MHZ, yaitu band frekwensi pada 1710-1785 MHz sebagai frekwensi uplink dan frekwensi 1805-1880 MHZ sebagai frekwensi downlinknya. Kemudian GSM dengan band frekwensi 1800 MHZ ini dikenal dengan sebutan GSM 1800. Pada GSM 1800 ini tersedia bandwidth sebesar 75 MHz. Dengan lebar kanal tetap sama seperti GSM 900, yaitu 200 KHz, maka pada GSM 1900 akan tersedia kanal sebanyak 375 kanal.
GSM yang awalnya hanya digunakan di Eropa, kemudian meluas ke Asia dan Amerika. Di Amerika Utara, dimana sebelumnya sudah berkembang teknologi lain yang menggunakan frekwensi 900 MHZ dan juga 1800 MHz, sehingga frekwensi ini tidak dapat lagi digunakan untuk GSM. Maka regulator telekomunikasi di sini memberikan alokasi frekwensi 1900 MHZ untuk peng-implementasian GSM di Amerika Utara. Pada GSM 1900 ini, digunakan frekwensi 1930-1990 MHz sebagai frewkwensi downlink dan frekwensi 1850-1910 MHz sebagai frewkwensi uplinknya. Spesifikasi lengkap tentang GSM 900, GSM 1800, dan GSM 1800 dapat dilihat di table di bawah ini.
11
Tabel 2.1 Spesifikasi GSM 900, GSM 1800, dan GSM 1800
2.2.2.2 Kapasitas Saluran pada FDMA dan TDMA Oleh karena pita frekuensi sangat terbatas, maka dalam penggunaannya harus dimanfaatkan secara efektif. Untuk mencapai tujuan tersebut maka efisiensi pita frekuensi atau disebut sebagai efisiensi spectrum harus didefinisikan secara jelas. Dalam system komunikasi radio secara umum, istilah efisiensi spectrum didefinisikan sama dengan efisiensi saluran atau kanal, sehingga jumlah maksimum dari saluran atau kanal dapat diperoleh dari pita frekuensi yang diberikan. Definisi tersebut dibenarkan apabila diterapkan atau diaplikasikan pada sistem titik ke titik. Sedangkan pada sistem komunikasi selular bergerak efisiensi spektrum didefinisikan sebagai banyaknya jumlah saluran per sel atau kanal per sel atau disebut juga kapasitas saluran radio.
12
Pada metode akses FDMA dan TDMA, setiap saluran frekuensi atau setiap celah waktu ditujukan untuk menangani atau melayani satu panggilan. Selama periode percakapan itu berlangsung tidak dimungkinkan terjadinya panggilan lain pada saluran frekuensi atau celah waktu yang sama sampai percakapan itu selesai, sehingga kapasitas saluran radio pada sistem selular FDMA dan TDMA dapat diketahui dengan definisi saluran radio (m) sebagai berikut1:
m =
Βt Μ = Βc.Κ Κ
…………………………………….....………………(2.1)
Dimana : m
= Banyaknya jumlah saluran per sel atau kanal persel atau disebut juga kapasitas radio.
1
K
= Jumlah sel dalam satu pola penggabungan sel
Bt
= Lebar pita frekuensi total (Hz)
Bc
= Lebar pita frekuensi pada tiap saluran (Hz)
M
= Bt / Bc
M
= Jumlah saluran (kanal)
Lee, William C.Y., Mobile Communication Design Fund. Mc Graw Hill 1993, Bab 9, Hal 305.
13
Dalam hal ini nilai K atau jumlah sel dalam satu pola frekuensi re-use dapat dituliskan sebagai berikut2:
2
K
=
( D / R) ....................................................................................................(2.2) 3
Jumlah sel dalam satu pola re-use sel (K) pada sistem akses jamak FDMA dan TDMA tergantung dari nilai C/I, besarnya nilai C/I pada akses jamak FDMA sebesar 18 dB, sedangkan pada akses jamak TDMA sebesar 12 dB. Berdasarkan nilai C/I tersebut maka pola re use sel pada akses jamak FDMA dan TDMA dapat diketahui dengan menggunakan rumus 3:
4
C 1 ⎡D⎤ = ⎢ ⎥ ...............................................................................................(2.3) I N ⎣R⎦
Dengan memasukkan persamaan (2.2) kedalam persamaan (2.3) maka dapat persamaan : 4
C 1 ⎡D⎤ ( D / R) = ⎢ ⎥ dimana K = 3 I N ⎣R⎦
2
D = 3K R
C 1 = I N 2 3
[ 3K ]
4
Lee, William C.Y., Mobile Cellular Telecommunication, Mc Graw Hil, 1995, Bab 16, Hal 576. Mufti, Nachwan A, ST, Modul 3, Sistem Komunikasi Bergerak, Hal 18.
14
C 9K 2 = I N K=
(C / I ) ⋅ N 9
..........................................................................................(2.4)
Dengan menggunakan persamaan (2.6) maka dapat diketahui nilai K pada akses jamak FDMA, dimana nilai C/I = 18 dB dan nilai N = jumlah interferensi maksimum sebesar 6. C/I = 18 dB 10 log C/I = 18 Log C/I = 1,8 C/I = 101,8 C/I = 63,095 ≈ 63 K=
K=
(C / I ) ⋅ N 9 63 ⋅ 6 9
K = 6,48 ≈ 7 ................................................................................................(2.5)
Dengan menggunakan persamaan yang sama, maka nilai K pada akses jamak TDMA dapat diketahui, dimana C/I = 12 dB dan nilai N = jumlah interferensi maksimum sebesar 6. C/I = 12 dB
15
10 log C/I = 12 Log C/I = 1,2 C/I = 101, 2 C/I = 15,848 ≈ 16 K=
K=
(C / I ) ⋅ N 9 16 ⋅ 6 9
K = 3,26 ≈ 4 ................................................................................................(2.6)
2.2.3 Code Division Multiple Access (CDMA)
Code Division Multiple Access (CDMA) sangat berbeda dengan metode akses jamak lainnya (FDMA dan TDMA) yang telah dibahas sebelumnya. Pada CDMA yang terjadi adalah proses transmisi simultan atau bersama-sama dalam jumlah yang banyak tetapi dipisahkan dengan menggunakan teori pengkodean. Beberapa sinyal hasil penyebaran spektrum akan tiba di penerima dan penerima akan menggunakan kode yang sama untuk mentransformasikan kembali sinyal penyebaran spektrum kedalam bentuk aslinya. Dengan cara ini , hanya sinyal yang diinginkan saja yang ditransformasikan, sedang sinyal lain yang juga secara simultan (bersamaan) akan tetap dalam bentuk penyebaran spektrum dan dianggap sebagai gangguan yang dapat diabaikan.
16
K ode K ode
W ak tu W ak tu
F rek u en si F reku en si
Gambar 2.4. Arsitektur akses CDMA
Pada CDMA setiap bit informasi dibagi menjadi ‘m’ unit interval pendek yang disebut chip. Biasanya terdapat 64 atau 128 unit chip per bit. Untuk mentransmisikan 1 unit bit maka sebuah stasiun bergerak (out station) akan mengirimkan sebuah rangkaian chipnya. Peningkatan jumlah informasi yang dikirimkan dari ‘b’ bit per detik menjadi ‘mb’ megabit perdetik dapat dilakukan apabila frekuensinya ditingkatkan dengan faktor ‘f’ frekuensi, yang mengakibatkan lebar pita frekuensi pada CDMA menjadi lebar karena sejumlah faktor ‘f’ frekuensi. Sehingga dalam rentang waktu ‘d’ detik yang sama dapat ditransmisikan sejumlah ‘b’ bit informasi dalam beberapa ‘f’ frekuensi, akan menyebabkan pita frekuensi yang digunakan menjadi lebar seperti terlihat pada gambar (2.4).
17
2.2.3.1 Visualisasi Akses Jamak CDMA
Dalam memahami akses jamak CDMA, dapat dibayangkan sebuah pesta yang dihadiri oleh beberapa orang, dimana pasangan-pasangan tersebut sedang terlibat didalam pembicaraan yang serius. Setiap orang hanya menginginkan berbicara dan mendengar dari pasangannya sendiri, setiap pasangan hanya menggunakan dan mengetahui bahasa satu bahasa yang digunakannya. Setiap pasangan menggunakan bahasa yang berbeda antara pasangan yang satu dengan pasangan yang lain, mediumnya adalah udara didalam ruangan pesta tersebut sebagai media pembawa suara mereka. Media udara merupakan analogi atau persamaan dari pembawa pita lebar dan bahasa yang digunakan masing-masing pasangan adalah merupakan kode-kode yang unik. Bahasa-bahasa yang digunakan juga berfungsi sebagai filter (penyaring), sehingga pasangan yang menggunakan bahasa Indonesia tidak akan memperhatikan pasangan lain yang menggunakan bahasa spanyol dan seterusnya. Dengan mengontrol volume suara atau kuat sinyal setiap pasangan dan tetap memelihara kualitas percakapan, maka akan didapat kapasitas pengguna yang besar untuk setiap pembawa dengan teknologi akses jamak CDMA. Jumlah maksimum pemakaian pada setiap pita frekuensi pembawa tergantung dari jumlah aktifitas yang terjadi dalam setiap pembawa sehingga jumlahnya tidak tentu. Hal inilah yang disebut Soft Overload. Soft Overload adalah konsep dimana penambahan pengguna dapat selalu ditampung untuk meneruskan transmisi sinyal tersebut. Kode-kode ini akan dikirimkan ke penerima setelah mengalami penyebaran spektrum. Selama masa transmisi, frekuensi sinyal pembawa akan berubah secara periodik. Pola perubahan
18
frekuensi tersebut sesuai dengan kode yang diberikan kepada pengguna, kemudian demodulator dipenerima akan melakukan demodulasi sinyal untuk mendapatkan sinyal asli atau sinyal awal.
2.2.3.2 Interferensi Pada CDMA
Salah satu sifat dari CDMA adalah kapasitasnya yang tak terhingga, tidak seperti pada sistem akses jamak yang lain seperti FDMA yang dibatasi oleh frekuensi dan TDMA yang dibatasi oleh rentang waktu. Sedang kan pada CDMA kapasitasnya dibatasi oleh interferensi atau gangguan adalah Carrier to Interferensi ratio atau C/I. Adapun C/I didefinisikan sebagai berikut4:
⎛ C ⎞ ⎛ Eb ⎞ ⎛ R ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ ⋅ ⎜ ⎟ ……………..………………………………………..(2.7) ⎝ I ⎠ ⎝ Io ⎠ ⎝ B ⎠
Eb/Io adalah Energi bit to Interference Ratio atau perbandingan antar energi bit to interferensi yang nilainya teratur pada pita dasar (baseband). R adalah laju kecepatan bit informasi atau data. B adalah lebar pita frekuensi penyebaran spektrum. Dengan demikian maka nilai C/I pada sistem akses jamak CDMA dapat diketahui dengan mengacu kepada nilai Eb/Io yang sudah tertera secara urut pada pita dasar (baseband).
4
Lee, William C.Y., Mobile Cellular Telecommunication, Mc Graw Hill 1995, Bab 16, Hal 577.
19
Selanjutnya nilai Carrier to Interference Ratio (C/I) dapat juga dicari dengan memperhitungkan gangguan yang berasal dari anterferensi pada sel-sel disekitarnya atau dengan kata lain dapat diketahui dari pola atau skema sel seperti gambar (2.5) :
Gambar 2.5
Skema atau pola sel pada CDMA.
Pada gambar (2.5) terlihat faktor gangguan (interferensi) yang mempengaruhi sinyal pembawa, terlihat bahwa posisi pengguna yang berada di perbatasan sel dimana gangguan yang timbul berasal dari dalam sel itu sendiri (M-1). Kemudian gangguan lain yang berasal dari sel yang berdampingan (sel no.2 dan no.3), lalu gangguan yang berasal dari sel pada lapisan kedua yaitu sel no.4, 5 dan 6, serta gangguan yang berasal dari sel pada lapisan ketiga yaitu sel no. 7,8,9,10,11 dan 12. Dengan meng asumsikan kondisi yang terjadi adalah seperti gambar (2.5) maka nilai C/I dapat didefinisikan sebagai berikut5:
5
Mehrotra,asha,Cellular Radio, Artech House 1994, Bab 6, Hal 256.
20
R -4 ⎛C⎞ ⎜ ⎟ = k (M - 1)R -4 + k(2M)R -4 + k(2M)(2R) -4 + k(6M)(2,6R) -4 ⎝I⎠ 1
2
3
4
1 ⎛C⎞ ………………………......………………….…………..(2.8) ⎜ ⎟ = ⎝ I ⎠ 3,312M - 1 Dengan :
M = Adalah jumlah kanal pada penyebaran spektrum k = Adalah nilai atau faktor konstanta R = Adalah radius jangkauan sel
Dari persamaan (2.8) diatas dapat dilihat 4 faktor sebagai batasan dalam menentulan sel-sel yang ikut memberi gangguan terhadap pengguna dilokasi seperti pada gambar (2.5) tersebut adalah: 1. Nomor 1 = Gangguan dari dalam sel itu sendiri (home cell) 2. Nomor 2 = Gangguan yang berasal dari gabungan antara sel 2 dan sel 3 (2 sel terdekat) 3.Nomor 3=Gangguan yang berasal dari sel 4,5 dan 6 (sel yang berada dilapisan kedua sejauh 2R) 4. Nomor 4 = Gangguan yang berasal dari sel 7 sampai dengan sel 12 (6 sel yang paling jauh dengan jarak sejauh 2,5 R dari posisi pengguna) Pada sistem seluler CDMA selain dari harga carrier to Interference Ratio (C/I) terdapat juga faktor reduksi interferensi ko-kanal (CIRF atau q). Pada system selular
21
CDMA terdapat dua harga CIRF, yang pertama harga CIRF tunggal dengan nilai CIRF atau ‘q’ adalah 6:
q=
D = 1 ………………………………………………………....……….(2.9) R
Ini berarti rangkaian kode-kode yang berbeda menggunakan kanal radio yang sama untuk membawa / mengirimkan beberapa kanal trafik.
q=
Gambar 2.6
D =1 R
Faktor interferensi ko-kanal pada sel tunggal
Pada gambar (2.6) terlihat hanya terdapat 1 sel saja (sel tunggal) dimana D = R, maka nilai dari faktor interferensi ko-kanalnya (q) adalah 1. Dan harga CIRF yang kedua adalah CIRF berdampingan dengan nilai CIRF atau ‘q’ adalah 7:
qa =
6 7
D = 2 …………………………………………………………….(2.10) R
Lee, William C.Y, Mobile communication Design Fund, John Willey 1993, Bab 9, Hal 306. Ibid, Hal 306.
22
Ini berarti bahwa pada saluran radio yang sama dapat digunakan oleh semua sel-sel yang berdekatan.
qa =
Gambar 2.7
D =2 R
Faktor interferensi ko-kanal pada sel yang berdampingan.
Pada gambar (2.7) menunjukkan faktor interferensi ko-kanal yang terdapat pada sel yang berdampingan, dimana nilai D =2R, maka faktor interferensi ko-kanalnya (q) adalah 2.
2.2.3.3 Kapasitas Saluran Pada CDMA
Pada sistem akses jamak CDMA memiliki kemampuan untuk membagi alokasi pita frekuensi yang ada untuk dimanfaatkan oleh beberapa pengguna secara bersama-sama dengan kualitas yang tetap baik. Dengan alokasi pita frekuensi seminimal mungkin dapat dicapai kapasitas kanal transmisi yang maksimal. Kapasitas kanal pada CDMA dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah Faktor Reduksi Interferensi Ko-kanal (CIRF), lalu jumlah sel pada suatu pola re-use sel, dan harga dari C/I. Dengan mengacu kepada persamaan (2.1) dimana telah dijelaskan bahwa kapasitas kanal adalah :
23
m
=
Μ Κ
Sedangkan nilai K Berdasarkan persamaan (2.2) adalah :
K =
(D/R )2 3
Bila dimasukkan harga CIRF dari persamaan (2.10) ke dalam persamaan (2.2) sehingga nilai K dapat diketahui:
(D/R )2
K =
K
3 =
K =
(qa )2 3
(2)2 3
K = 1,33...............................................................................................(2.11)
Namun tidak seperti halnya pada FDMA dan TDMA, pada sistem akses jamak CDMA kapasitas saluran tidak hanya dipengaruhi oleh jumlah saluran (M) dan jumlah sel (K) saja, akan tetapi juga dipengaruhi oleh siklus aktivitas suara (V) dan sektorisasi (S).
24
Siklus Aktifitas Suara, pada dasarnya siklus aktifitas suara pada sistem akses CDMA
adalah menyerupai atau sama dengan siklus aktifitas suara pada manusia. Siklus aktifitas suara pada manusia adalah 35% sedangkan sisanya (65%) adalah digunakan untuk mendengarkan dan untuk interval (istirahat sesaat). Apabila siklus ini diterapkan pada sistem CDMA maka akan merupakan suatu keuntungan. Hal ini dianggap sebagai keuntungan, karena pada sistem CDMA makin kecil nilai dari interferensi atau gangguan akan mengakibatkan makin besarnya kapasitas saluran per sel. Hal ini dapat diilustrasikan sebagai berikut. Apabila seorang pengguna (A) sedang melakukan komunikasi pada saat bersamaan dengan pengguna (B) lain, maka ini berarti pengguna (A) dan pengguna (B) yang berada dilokasi sel yang sama akan mendapatkan interferensi atau gangguan yang sama. Namun apabila pengguna (A) berhenti berkomunikasi sedangkan pengguna (B) masih aktif maka pengguna (B) akan mendapat keuntungan, karena interferensi atau gangguan tadi akan hilang. Sektorisasi Sel, pada CDMA dan TDMA hanya digunakan untuk memperkecil
interferensi atau gangguan. Akan tetapi pada akses CDMA , sektorisasi sel digunakan untuk
memperbesar
atau
menaikkan
kapasitas
saluran.
Sehingga
dengan
menggunakan sektorisasi sel yang biasa digunakan pada CDMA yaitu 3 sektor sel akan memperbesar kapasitas saluran sebesar tiga kali, seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
25
Gambar 2.8
Tiga sektor sel.
Dengan memasukkan faktor siklus aktifitas suara (V) dan sektorisasi sel (S) maka persamaan (2.3) akan menjadi 8:
m =
M × V × S ......................................................................................(2.12) K
Dengan : m = Kapasitas saluran per sel M = Jumlah saluran V = Siklus aktifitas suara sebesar 3 S = Sektorisasi sel = 3 sektor
2.3 Metode Pengkodean
Salah satu unsur penting dalam sistem komunikasi selular adalah unit telepon genggam atau biasa disebut Handphone. Jika metode akses jamak yang digunakan oleh sistem komunikasi selular berbeda maka unit telepon genggam yang digunakan juga akan berbeda. Pada sistem akses jamak FDMA maka yang digunakan adalah 8
Ibid, Hal 317.
26
dengan mengakses jamakkan frekuensinya, dimana unit telepon genggamnya akan menggunakan sistem AMPS (Advance Mobile Phone Service). Kemudian pada sistem akses jamak TDMA yang diakses-jamakkan adalah celah waktunya, dimana unit telephon genggamnya akan menggunakan sistem GSM (Global Sistem for Mobile Communication). Sedangkan pada sistem akses jamak CDMA yang diaksesjamakkan adalah kode-kodenya, dengan unit telepon selularnya akan menggunakan sistem PCS (Personal Communication System). Walau pun dalam sistem akses jamak berbeda-beda namun pada dasarnya semua sistem komunikasi selular tersebut memiliki sistem jaringan terintegrasi yang sama. Sistem terintegrasi merupakan perpaduan antara yang satu dengan yang lain. Adapun ketiga bagian utama tersebut adalah: 1. MSC (Mobile Switching Center) yang bertugas sebagai pusat pelayanan switching sistem. 2. BSS (Base Station Subsystem) yangb bertugas sebagai pengirim dan penerima (Tranceiver) sinyal informasi dari dan menuju pelanggan. 3. OS (Out Station) yang bertugas sebagai pelanggan yang bersifat bergerak atau bisa dikenal dengan istilah telepon genggam atau Handphone.
Pada sistem akses jamak CDMA terdapat suatu bagian yang tidak kalah pentingnya yaitu bagian pengkodean. Bagian pengkodean ini digunakan untuk mengkodekan sinyal yang akan dikirim atau yang diterima oleh unit telepon genggam.
27
Bagian pengkodean ini memiliki empat buah jenis pengkodean yang berbeda dan terpisah dengan tujuan yang berbeda pula. Pengkodean pertama digunakan pada proses inisialisasi dan proses yang membutuhkan pengiriman informasi kepada sentral telepon selular (MSC). Bagian pengkodean ini menghasilkan kode yang sama untuk semua unit pesawat telepon yang termasuk didalam sistem jaringan terintegrasi. Pada waktu pertama kali pesawat telepon tersebut diaktifkan, maka pengkodean pertama diset sehingga sesuai dengan kode umum yang digunakan dalam jaringan tersebut. Bagian pengkodean kedua berfungsi untuk menerima informasi dari sentral (MSC). Pada pengkodean kedua kode-kode yang dihasilkan berbeda-beda antara pesawat telepon yang satu dengan yang lainnya. Kode-kode yang dihasilkan akan disesuaikan dengan nomor identitas yang telah diberikan oleh sentral telepon (MSC). Pada sistem telepon kabel, maka pengkodean ini dapat dianggap sebagai kabel penghubung yang menghubungkan antara sentral telepon (MSC) dengan pelanggan (OS), oleh karena itu apabila sentra telepon (MSC) mengirimkan informasi yang telah dikodekan, maka kode-kode tersebut akan diterima dan dimengerti sebagai sebuah informasi oleh satu pesawat telepon saja (satu pelanggan saja) apabila kode-kode yang dikirimkan dapat diterima dan sesuai dengan pengkodean pada pesawat telepon pelanggan yang dimaksud. Bagian pengkodean ketiga digunakan untuk mengirim informasi pada saat proses pembicaraan yang sedang berlangsung. Bagian pengkodean keempat digunakan untuk menerima informasi pada saat proses pembicaraan berlangsung. Kode yang dihasilkan oleh kedua pengkode ini
28
dapat diatur (diprogram). Pada saat pembicaraan sedang berlangsung, salah satu bagian disentral yang digunakan oleh kedua pesawat telepon yang sedang berhubungan adalah korelator. Sentral akan mengirimkan kode-kode korelator yang digunakan oleh masing-masing pesawat telepon. Selanjutnya, pesawat teleponlah yang akan mengubah susunan didalam kedua pengkodeannya agar sesuai dengan kode-kode yang sudah dikirim tersebut. Sehingga dalam berkomunikasi, pesawat telepon adalah bagian yang paling penting yang harus dimiliki oleh seseorang agar dapat menjadi bagian dari suatu jaringan komunikasi terpadu, baik sebagai pengguna telepon kabel maupun sebagai pengguna telepon selular.
Gambar 2.9
Sistem jaringan telepon selular.
BAB III AKSES JAMAK CDMA
CDMA merupakan basis teknologi akses jamak yang memanfaatkan sekumpulan kode-kode untuk membedakan antara satu pengguna dengan pengguna lain. Suatu teknologi akses jamak akan berpeluang besar sebagai basis teknologi akses jamak apabila mampu memberikan kapasitas yang maksimal dan efisien. Pada teknologi akses jamak CDMA, performansi ini dapat dipenuhi, karena CDMA mampu mengirimkan beberapa sinyal informasi kepada para penggunanya melalui teknik penyebaran spektrum.
3.1 Metode Penyebaran Spektrum Pada CDMA metode yang digunakan adalah metode penyebaran spektrum (spread spectrum). Teknik penyebaran spektrum akan menyebabkan lebar pita frekuensi yang digunakan menjadi lebih lebar. Selain pita frekuensinya menjadi lebih lebar, teknik ini juga dimaksudkan untuk menjaga kerahasiaan informasi yang dikirimkan. Untuk mendapatkan pita frekuensi yang lebih lebar, maka diperlukan nilai perbandingan antara sinyal pembawa dengan kebisingan yang kecil. Pada metode penyebaran spektrum ini terdapat dua kriteria yang harus dipenuhi oleh sistem komunikasi selular yang menggunakan metode penyebaran spektrum.
29
30
Adapun kedua kriteria tersebut adalah : 1. Sinyal transmisi menempati lebar pita frekuensi yang jauh lebih besar dari pita frekuensi asli. 2. Lebar pita frekuensi yang lebar itu dihasilkan oleh proses penyebaran (spreading) pada pemancar dengan melibatkan deretan kode biner yang ditransformasikan kedalam sinyal puta lebar (wide band). Prinsip dasar dari metose penyebaran spektrum adalah mentransformasikan suatu sinyal dengan lebar pita frekuensi (R) menjadi suatu sinyal yang memiliki lebar pita frekuensi yang sangat lebar (W). Hal ini dapat dilihat pada gambar (3.1) dimana sumbu vertikal adalah rapat spektral daya dan sumbu horizontal adalah frekuensi. Diasumsikan bahwa total daya yang dipancarkan oleh sinyal penyebaran spektrum adalah sama dengan aslinya. Dalam hal ini perbandingan antara pita frekuensi yang lebar (W) dengan pita frekuensi normal (R) disebut penguat kerja (processing Gain/PG) yang biasanya berkisar antara 10-30 dB. Sebelum Penyebaran Rapat spektral Daya (Watt/Hertz)
Sesudah Penyebaran R Frekuensi (Hz) W
Gambar 3.1
Spektrum sinyal sebelum dan sesudah penyebaran.
31
Pada gambar (3.1) menunjukkan karakteristik sinyal penyebaran spektrum pada pemakaian pita lebar dan menjadi dasar pemikiran untuk mengoperasikan sistem penyebaran spektrum bersamaan dengan sistem pita sempit yang sudah ada. Pada penyebaran spektrum terdapat dua sistem penyebaran spektrum yang biasa digunakan, yaitu Perkalian Langsung (Direct Squence) dan Lompatan Frekuensi (Frekuensi Hopping). Pada sistem perkalian langsung, sinyal pembawa dimodulasi dan diakses jamakkan dengan deretan kode biner, kemudian ditransformasikan kedalam sinyal wideband dengan pita frekuensi (bandwidth) yang jauh lebih lebar dari bandwidth yang asli. Sebagai contoh laju bit informasi adalah sebesar 10 kbps, maka dibutuhkan lebar pita (B) sebesar 10 kHz. Jika setiap laju bit informasi dikodekan dengan 100 chip (deretan bit terkode), maka akan diperoleh laju chip rata-rata sebesar 1Mbps. Sehingga laju chip tersebut membutuhkan lebar pita (Bss) sebesar 1MHz. Disini terlihat bahwa sistem perkalian langsung terjadi perlebaran pita frekuensi (Wideband) dari 10 kHz menjadi 1 MHz, sedangkan penguatan kerja atau Processing 9
Gainnya
(PG)
dicari
dengan
rumus
sebagai
berikut
:
PG = 10 log (B/Rb)
9
dapat
(dB)..................................................................(3.2)
Lee, William C.Y, Mobile Communication Design Fund, John Wiley 1993, Bab 9, Hal 299.
32
BLOK DIAGRAM SPREAD SPECTRUM St (t) = X(t)G(t)Cos(2πf o t)
St ( t - T)
S(t) = X(t)Cos(2πf o t) Cos(2πf o t)
Gambar 3.2
Diagram blok penyebaran spektrum.
Prinsip dasar dari sistem Perkalian Langsung (Direct Sequence) adalah apabila data X(t) yang akan ditransmisikan dengan laju kecepatan data per bit (bps) ditumpangkan pada gelombang pembawa ‘ f o ’ yang dimodulasikan dengan M, sehingga menghasilkan sinyal S(t) yang dikalikan langsung (Direct Sequence) dengan kode-kode G(t) untuk menghasilkan sinyal Direct Sequence S t (t), lalu dikirimkan oleh pemancar ke penerima. Setelah melalui selang waktu propagasi T kemudian diterima oleh penerima, maka sinyal S t (t) akan menjadi S t ( t – T ), kemudian diteruskan ke korelator untuk dicocokkan dengan kode awal. Setelah pengkodeannya cocok, maka sinyal S t ( t – T ) tersebut didemodulasikan oleh demodulator untuk mengembalikan sinyal menjadi bentuk data asal yaitu X ( t – T ), seperti terlihat pada gambar (3.2) diatas. Selanjutnya sinyal dengan bandwidth yang lebih lebar tersebut (wideband) dikirimkan ke penerima. Penerima akan menerima sinyal wideband tersebut bersama-
33
sama dengan semua interferensinya. Penerima akan melakukan korelasi terhadap sinyal yang diterima untuk memperoleh sinyal yang diinginkan. Bila sebuah stasiun mengirimkan data dengan kode bit 0001000, bisa terjadi stasiun penerima yang menerima akan menginterpretasikan secara salah sebagai 1110111, karena stasiun-stasiun tersebut tidak dapat membedakan antara pengirim yang satu dengan yang lain. Yang dibutuhkan disini adalah suatu metode pada penerima untuk dapat menentukan dengan jelas mengenai posisi awal, akhir dan tengah dari masing-masing bit. Oleh karena itu digunakan suatu pendekatan untuk membedakan bit informasi yang dikirimkan secara jelas, yaitu dengan menggunakan metode Pengkodean Interval (Manchester Encoding). Adapun bentuk sinyal dan pengkodeannya dapat dilihat pada gambar (3.3) dibawah ini :
Gambar 3.3
Bentuk sinyal dan pengkodeannya.
34
Metode pengkodean interval adalah apabila setiap periode bit dibagi menjadi dua buah interval yang sama. Bit “1” akan dikirimkan dengan mengatur level interval pada posisi tinggi pada interval pertama dan mengatur level interval pada posisi rendah pada interval kedua. Pola ini akan mengakibatkan terjadinya suatu transisi ditengah-tengah pada saat bit dikirimkan dalam periode bit tertentu. Pada sistem Lompatan Frekuensi, kanal pita lebar (wideband) dibagi kedalam jalur frekuensi yang sama dengan pita frekuensi (bandwidth) sinyal asli dari pengguna. Pada sistem ini bagian penerima (Receiver) akan melengkapi N kanal frekuensi. Jika lebar kanal frekuensi informasi adalah sebesar 10 kHz dan terdapat 100 kanal yang akan dilompati, N = 100 dan lebar pita Frekuensi Hopping (FH), Bss = 1 MHz. Spektrum disebarkan dari 10 kHz (tanpa lompatan) sampai 1 MHz (dengan lompatan frekuensi). Metode penyebaran spektrum (spectrum speading) pada lompatan frekuensi dapat diketahui dengan Processing Gain (PG) seperti dibawah ini10:
PG = 10 log N...................(dB)................................................................(3.3)
Sebenarnya terdapat dua macam lompatan yang berbeda. Pada Lompatan Cepat (Fast Hopping) terdapat dua atau lebih lompatan untuk setiap simbol, sedangkan pada Lompatan Lambat (Slow Hopping) terdapat dua atau lebih simbol untuk setiap lompatan. Pada transmisi biner, kecepatan simbol sama dengan kecepatan bit. 10
Lee, William C.Y, Ibid, Hal 299.
35
Dengan metode penyebaran spektrum dan pemberian kode yang unik bagi setiap pengguna, menjamin sinyal informasi tiba di penerima dan dapat diterima dengan benar untuk memperoleh sinyal asli tanpa kesalahan. Dalam hal ini setiap pengguna dalam suatu daerah sel, akan diberi satu kode dan jika pemancar pada pengguna bergerak atau berpindah kedaerah sel yang lain, maka kode baru akan dibangkitkan untuk meneruskan transmisi sinyal tersebut. Kode-kode ini akan dikirimkan kepenerima setelah mengalami penyebaran (spreading). Selama masa transmisi frekuensi pembawa sinyal akan berubah secara periodik. Pola perubahan frekuensi tersebut sesuai dengan kode yang diberikan kepada pengguna. Kemudian demodulator di penerima akan melakukan demodulasi sinyal untuk mendapatkan sinyal asli (Recovery Signal) dengan mengikuti pola perubahan frekuensi tersebut.
3.2 Pengendalian Daya Pada CDMA Dengan metode penyebaran spektrum yang digunakan pada CDMA, setiap pengguna atau pelanggan diberikan sebuah kode biner acak yang dapat mengakses frekuensi informasi pada selang waktu yang tidak dibatasi. Sistem Direct Sequence dan frekuency Hopping adalah dua contoh dari penyebaran spektrum pada CDMA. Selain dari metode penyebaran spektrum, alasan penggunaan CDMA sebagai teknologi akses jamak adalah karena CDMA dapat mengoptimalkan kapasitas saluran pada sistem komunikasi selular.
36
3.2.1 Konfigurasi Pengendalian Daya Dengan mengasumsikan bahwa sebuah saluran menempati seluruh lebar pita frekuensi yang tersedia, dimana seluruh pengguna dialokasikan dalam konfigurasi sel tunggal. Pengendalian daya dilakukan oleh switching bergerak (MS) sehingga daya yang diterima dari semua MS pada satu daerah sel adalah sama. Dalam hal ini pola pengendalian daya menggunakan konfigurasi jalur masuk. Dalam sistem pengendalian daya dapat diketahui hubungan antara daya yang dipancarkan sel yang satu dengan sel yang lain. Namun untuk mengetahuinya dapat digunakan suatu persamaan yang berhubungan dengan gangguan (C/I) yang diterima oleh pengguna. Dalam hal ini gangguan yang diterima oleh pengguna dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
m1
m2
Gambar 3.4
Gangguan dari sel-sel yang berdampingan.
37
3.2.2 Daya Pada Sel yang Berdampingan Pada gambar (3.5) akan diilustrasikan suatu siklus penerimaan pada sel-sel yang saling berdampingan.
Gambar 3.5
Daya Pada Sel yang Berdampingan.
Dari gambar (3.5) tersebut diasumsikan bahwa pengguna sedang bergerak diantara dua sel yang saling berdampingan. Sedangkan posisi pengguna berada didaerah perbatasan sel (antara sel asal dengan sel tujuan). Dari pola pengendalian daya diasumsikan bahwa daya yang diterima oleh sejumlah saluran yang berada didaerah sel 1 adalah sama. Apabila sinyal yang diterima berasal dari pengguna yang berada di dalam selnya sendiri adalah C, lalu sinyal yang diterima dari pengguna lain pada sel yang sama juga disebut C, maka gangguan pada lokasi sel tersebut dianggap sebagai ri m i . Sedangkan gangguan yang berasal dari dua buah sel yang saling berdampingan
38
disebut sebagai r12 m 2 , dan r13 m 3 . Maka besarnya gangguan (C/I) seperti pada gambar diatas dapat dijelaskan sebagai berikut 11:
C = I
C (m1 - 1) ⋅ C + r12 m 2 ⋅ C + r13 m 3 ⋅ C
C = I
1 ............................................................(3.10) (m1 - 1) + r12 m 2 + r13 m 3
Dimana r12 dan r13 adalah merupakan bagian dari jumlah saluran total pada sel-sel yang saling berdampingan, dan turut memberikan gangguan terhadap sel asal (sel nomor 1). Nilai tergantung dari banyaknya sel yang saling bersinggungan dengan sel asal. Dalam hal ini apabila sistem selnya sempurna, maka nilai r yang dapat diterima atau ditoleransi adalah 1/6 = 0,166.
3.3 Handoff Pada CDMA
Pada umumnya area layanan sistemkomunikasi selular tersusun dari beberapa bagian-bagian area layanan kecil yang biasa disebut dengan sel. Masing-masing sel memiliki alokasi jalur frekuensi operasi tertentu sebagai media transmisi informasi antara pengguna. Masalah akan timbul apabila pemakai yang sedang dalam proses
11
Lee, William C.Y, Ibid, Hal 607
39
komunikasi bergerak melintasi perbatasan sel yang secara otomatis akan mengalami perubahan frekuensi operasi. Dengan adanya fenomena tersebut para pakar sistem komunikasi selular berusaha menemukan metode tertentu untuk menjembatani proses percakapan pemakainya, oleh sebab itu maka muncullah istilah Handoff. Handoff adalah proses perubahan frekuensi operasi secara otomatis saat pengguna telpon selular memasuki zona frekuensi atau daerah sel yang berbeda sehingga pembicaraan dapat terus berlangsung dalam zona frekuensi operasi yang baru tanpa adanya proses penyambungan hubungan ulang. Dengan adanya konsep tersebut pemakai yang sedang berkomunikasi dengan telepon selularnya tidak akan pernah merasa bahwa mereka telah melintas masuk kedaerah frekuensi operasi atau area sel yang berbeda, sehingga kenyamanan selama proses komunikasi akan tetap terjaga. Pada prinsipnya Handoff akan diperlukan pada daerah perbatasan sel dan daerah kosong (blank spot) dalam sel yang bersangkutan. Lokasi permintaan Handoff dapat dilihat pada gambar (3.6) :
Gambar 3.6
Lokasi Permintaan Handoff
40
3.3.1 Proses Inisiasi Handoff
Proses inisiasi handoff adalah merupakan tahap awal dari pendeteksian perlu tidaknya proses handoff dilakukan yang secara singkat akan diuraikan sebagai berikut: Dibase station (stasiun pengendali) kuat sinyal selalu dipantau dari saluran suara balik (Reverse Voice Channel). Pada saat kuat sinyal lebih tinggi dari pada ambang minimum kualitas suara yang ditentukan maka base station akan meminta MSTO (Mobile Telephone Switching Office) untuk melakukan proses handoff bagi panggilan tersebut. Penentuan inisiasi harus tepat untuk mencegah terjadinya handoff yang tidak diinginkan karena proses handoff yang terlalu dini (bila proses handoff diberikan pada permintaan handoff yang tidak signifikan) dan proses handoff yang terlambat (bila proses handoff gagal karena keterlambatan dalam mengidentifikasikan handoff). Selain itu ada dua hal yang dapat menghalangi terjadinya handoff pada saat yang benar-benar diperlukan yaitu pada saat pengguna telepon selular berada pada daerah kosong (blank spot) dalam suatu zone frekuensi operasi (sel), dan pada saat mendekati perbatasan sel namun pada zone frekuensi operasi (sel) yang baru tidak ada kanal yang kosong. Pada kasus yang pertama panggilan dari pengguna yang berbeda di daerah kosong (blank spot) harus tetap digenggam oleh kanal suara sebelumnya sampai panggilan jatuh karena sudah tidak mampu lagi menerima kuat sinyal. Sedangkan pada kasus kedua zone frekuensi operasi/sel yang baru harus mengalokasikan satu dari beberapa saluran suaranya dalam suatu periode tertentu
41
atau panggilan tersebut akan jatuh. Pengendalian mengalokasikan saluran frekuensi biasanya dilakukan oleh MSTO (Mobile Telephone Switching Office).
3.3.2 Pengendalian Handoff
Base Tranceiver Station (BTS) Dapat menentukan tingkat ambang handoff yang rendah dalam zona frekuensi (sel) untuk menjaga agar pemakai lebih lama berada dalam zone frekuensi operasi (sel) yang bersangkutan, atau menentukan tingkat ambang handoff yang tinggi untuk mempercepat terjadinya proses handoff. Dengan demikian MTSO dapat mengendalikan proses handoff terjadi lebih awal atau lebih akhir setelah menerima permintaan handoff dari base station (BTS). Proses pengendalian handoff ini dapat dilihat pada gambar (3.7) :
Gambar 3.7
Proses terjadinya Handoff.
42
Secara umum proses permintaan handoff berdasarkan kepada kuat sinyal base station (BTS). Pada sistem komunikasi selular digital, terminal bergerak (out station) telah memiliki fasilitas pengamatan kuat sinyal dari kanal-kanal sel tetangga sekaligus melayani panggilan dari pengguna lain. Saat kuat sinyal kanal suara lemah, terminal bergerak (out station) akan meminta handoff sekaligus mengirimkan informasi kandidat base station (BTS) tetangga yang mampu menangani handoff yang diminta oleh MSTO. Sehingga MSTO dapat menentukan base stasion (BTS) tetangga yang paling sesuai bagi tujuan Handoff. Sedangkan pada sistem selular digital CDMA dikenal metode soft handoff. Dalam sistem CDMA semua sel dapat memanfaatkan frekuensi operasi yang sama. Dengan kondisi seperti ini tidak akan pernah ditemui perubahan frekuensi operasi antar sel, namun hanya perubahan kode yang satu dengan kode yang lainnya, atau dalam istilah sistem komunikasi selular proses perubahan kode tersebut dikenal dengan nama soft handoff. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa handoff merupakan salah satu parameter penting yang menentukan perfomansi dan kepuasan pemakai sistem komunikasi bergerak yang semakin luas pemakainya diseluruh dunia dan dari waktu ke waktu mengalami peningkatan kapasitas dan kualitas yang baik.
BAB IV ANALISA KAPASITAS KANAL PADA CDMA
Teknologi akses jamak memiliki kemampuan untuk membagi alokasi pita frekuensi yang ada untuk dimanfaatkan oleh beberapa pengguna secara bersamasama dengan kualitas suara yang tetap baik. Apabila dibandingkan dengan teknologi akses jamak lainnya, dimana kapasitas saluran sangat dipengaruhi oleh frekuensi pada FDMA, dan dibatasi rentang waktu pada TDMA. Sedangkan pada CDMA kapasitas saluran tergantung dari tingkat interferensi atau gangguan yang berasal dari sel-sel disekitarnya dalam suatu pola re-use sel tersendiri.
4.1 Sistem Akses Jamak FDMA Pada akses jamak FDMA memiliki total bandwidth (pita frekuensi) sebesar Bt = 1,25 MHz, sedangkan lebar frekuensi pembawa persaluran adalah sebesar Bc = 30 kHz. Dengan nilai pola re-use sel FDMA pada persamaan (2.5) K =7 sel, seperti pada gambar (4.1). Dengan demikian dapat diketahui jumlah beberapa kapasitas saluran per sel pada FDMA. Dengan menggunakan persamaan (2.1) maka dapat diketahui : Bt = 1,25 MHz Bc = 30 kHz K = 7 sel, seperti gambar dibawah ini :
43
44
Gambar 4.1
Pola re-use sel pada FDMA
Sehingga : M FDMA
=
Bt Bc
1,25 × 10 6 = 30 × 10 3 M FDMA
= 41,67 saluran
Maka kapasitas saluran per sel adalah : m FDMA
m FDMA
=
M FDMA K
=
41,67 7
= 5,35 saluran per sel
Jadi kapasitas saluran per sel pada sistem akses FDMA adalah m = 5,35 atau dapat dibulatkan menjadi m = 5 saluran per sel.
45
4.2 Sistem Akses Jamak TDMA
Sistem akses jamak TDMA pada GSM memiliki band frekuensi operasi yang bekerja pada 900 MHz,1800 MHz, dan 1900 MHz.
4.2.1 Perhitungan Kapasitas Kanal Pada Frekuensi 900MHz.
Pada Frekuensi 900 MHz mempunyai Frekuensi uplink sebesar 890–915 MHz dan Frekuensi downlink sebesar 935-960 MHz dengan pita frekuensinya Bt = 25 MHz dan lebar frekuensi pembawa Bc = 200 kHz. Dengan menggunakan nilai pola re-use sel pada persamaan (2.6) K= 4 buah sel seperti gambar dibawah ini :
Gambar 4.2
Pola re-use sel pada TDMA
Dengan menggunakan persamaan (2.1) maka dapat diketahui : Bt
= 25 MHz
Bc
= 200 kHz
K
= 4 sel
46
Sehingga : M TDMA
M TDMA
=
Bt Bc
=
25 × 10 6 200 × 10 3
= 125 saluran
Maka kapasitas saluran per sel adalah : m TDMA
m TDMA
=
M TDMA K
=
125 4
= 31,25 saluran per sel
Jadi kapasitas saluran per sel pada Frekuensi 900 MHz adalah m = 31,25 atau dapat dibulatkan menjadi m = 31 saluran per sel.
4.2.2 Perhitungan Kapasitas Kanal pada Frekuensi 1800 MHz
Pada Frekuensi 1800 MHz mempunyai Frekuensi uplink sebesar 1710-1785 MHz dan Frekuensi downlink sebesar 1805-1880 MHz dengan pita frekuensinya Bt = 75 MHz dan lebar frekuensi pembawa Bc = 200 kHz. Dengan menggunakan pola reuse sel yang sama pada frekuensi 900 MHz yaitu K = 4 buah Dengan menggunakan persamaan (2.1) maka dapat diketahui :
47
Bt
= 75 MHz
Bc
= 200 kHz
K
= 4 sel
Sehingga : M TDMA
M TDMA
=
Bt Bc
=
75 × 10 6 200 × 10 3
= 375 saluran
Maka kapasitas saluran per sel adalah : m TDMA
m TDMA
=
M TDMA K
=
375 4
= 93,75 saluran per sel
Jadi kapasitas saluran per sel pada Frekuensi 1800 MHz adalah m = 93,75 atau dapat dibulatkan menjadi m = 94 saluran per sel.
4.2.3 Perhitungan Kapasitas Kanal pada Frekuensi 1900 MHz
Pada Frekuensi 1900 MHz mempunyai Frekuensi uplink sebesar 1850-1910 MHz dan Frekuensi downlink sebesar 1930-1990 MHz dengan pita frekuensinya Bt =
48
60 MHz dan lebar frekuensi pembawa Bc = 200 kHz. Dengan menggunakan pola reuse sel yang sama pada frekuensi 900 MHz dan 1800 MHz yaitu K = 4 buah Dengan menggunakan persamaan (2.1) maka dapat diketahui :
Bt
= 60 MHz
Bc
= 200 kHz
K
= 4 sel
Sehingga : M TDMA
M TDMA
=
Bt Bc
=
60 × 10 6 200 × 10 3
= 300 saluran
Maka kapasitas saluran per sel adalah : m TDMA
m TDMA
=
M TDMA K
=
300 4
= 75 saluran per sel
Jadi kapasitas saluran per sel pada Frekuensi 1900 MHz adalah m = 75 saluran per sel.
49
4.3 Sistem Akses Jamak CDMA
Pada akses jamak CDMA memiliki total pita frekuensi sebesar Bt = B = 1,25 MHz. Karena dalam pengiriman informasi yang dikirimkan berupa kode-kode biner maka perlu diketahui kecepatan kode biner tersebut atau kecepatan bit informasi ratarata adalah Rb = 9,6 kbps, sedangkan Eb/Io yang digunakan adalah Eb/Io = 7 dB. Karena kapasitas saluran pada CDMA sangat dipengaruhi oleh interferensi atau gangguan dari sel-sel disekitarnya maka pola selnya menggunakan pola sel yang berdampingan maka seperti pada persamaan (2.11) K = 1,33. Dengan menggunakan persamaan (2.7) maka dapat diketahui : Bt
= Bss = 1,25 MHz
Rb
= 9,6 Kbps
Eb/Io
= 7 dB
10 Log Eb/Io = 7 Log Eb/Io
= 0,7
Eb/Io
= 10 0,7
Eb/Io
= 5,012
K
= 1,33 sel
Sehingga :
⎛C⎞ ⎜ ⎟ ⎝I⎠
⎛ Eb ⎞ ⎛ Rb ⎞ = ⎜ ⎟⋅⎜ ⎟ ⎝ Io ⎠ ⎝ B ⎠ = 5,012 ×
9,6 1,25.10 3
50
= ⎛C⎞ ⎜ ⎟ ⎝I⎠
5,012 × 9,6 1,25 × 10 3
= 0,03849
Lalu dimasukkan ke persamaan (2.8) ⎛C⎞ ⎜ ⎟ ⎝I⎠
=
3,312M-1
⎡ 1 ⎤ = ⎢ ⎥ ⎣ (C/I )⎦
3,312M
⎡ 1 ⎤ = ⎢ ⎥ +1 ⎣ (C/I )⎦
1 3,312M - 1
⎡ 1 ⎤ ⎢ (C/I )⎥ + 1 ⎦ = ⎣ 3,312
M
⎡ 1 ⎤ ⎢ 0,03849 ⎥ + 1 ⎦ = ⎣ 3,312 M
= 8,15
Lalu dimasukkan kedalam persamaan (2.12), sehingga : m CDMA
=
M × V×S K
m CDMA
=
8,15 × 3× 3 1,33
51
m CDMA
= 55,15 saluran per sel
Jadi kapasitas saluran persel pada sistem akses jamak CDMA adalah m = 55,15 atau dapat dibulatkan menjadi m = 55 saluran per sel.
m1
m2
Gambar 4.3
pola re-use sel pada CDMA
Tabel 4.1 Perbandingan Kapasitas Kanal Karakteristik Lebar pita frekuensi operasi Faktor sel dalam frekuensi re-use
FDMA
TDMA CDMA 900 MHz 1800 MHz 1900 MHz
1,25 MHz 25 MHz 7 sel
4 sel
Lebar pita frekuensi setiap saluran 0,03 MHz 0,2 MHz Kapasitas saluran per sel Tingkat perbandingan kapasitas
75 MHz 4 sel 0,2 MHz
60 MHz 1,25 MHz 4 sel
1 sel
0,2 MHz 1,25 MHz
5
31
94
75
55
1x
6x
18 x
15 x
11 x
52
4.4 Analisa Hasil Perhitungan Kapasitas Kanal
Dari hasil perhitungan kapasitas kanal dan tabel perbandingan kapasitas kanal dapat diketahui : Lebar pita frekuensi operasi total yang dimiliki oleh masing-masing sistem akses jamak (FDMA, TDMA dan CDMA) adalah FDMA = 1,25 MHz.,TDMA pada GSM frekuensi 900 MHz = 25 MHz, frekuensi 1800 MHz = 75 MHz, dan frekuensi 1900 MHz = 60 MHz. Dan CDMA sebesar 1,25 MHz. Dalam kondisi normal masing-masing sistem akses jamak akan menggunakan jumlah sel yang berbeda dalam satu pola frekuensi re-use sel yang digunakan oleh masing-masing sistem akses jamak tersebut. Pada FDMA lebar pita frekuensi pembawa untuk setiap saluran atau kanal adalah 30 kHz. Hal ini karena dipengaruhi oleh jumlah sel dalam satu pola frekuensi re-use sel dan sektorisasi sel. Sedangkan TDMA pada GSM frekuensi 900 MHz, 1800 MHz, dan 1900 MHz, mempunyai lebar pita frekuensi yang sama untuk setiap saluran atau kanal adalah sebesar 200 kHz. Pada CDMA, lebar pita frekuensi pembawa untuk setiap saluran sama dengan lebar pita frekuensi operasi yaitu sebesar 1,25 MHz, sehingga jumlah sel dalam pola re-use selnya adalah 1. Besarnya kapasitas saluran atau kanal pada FDMA dibatasi oleh pembagian frekuensi, sedangkan pada TDMA dibatasi oleh celah waktu dan tergantung dari frekuensi operasi yang digunakan, sedangkan besarnya kapasitas saluran atau kanal
53
pada CDMA tergantung dari tingkat gangguan atau interferensi dari sel-sel disekitarnya, siklus aktifitas suara dan sektorisasi sel.
BAB V KESIMPULAN
Dari penulisan ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Dengan menggunakan lebar pita frekuensi operasi yang sama sebesar 1,25 MHz, pada sistem akses jamak FDMA dan CDMA, pada sistem akses jamak CDMA menghasilkan kapasitas kanal mendekati 10 kali lebih besar dari kapasitas kanal FDMA. 2. Kapasitas kanal CDMA mendekati 2 kali lebih besar dari kapasitas kanal TDMA pada sistem GSM 900 MHz. 3. Dibandingkan dengan akses jamak TDMA pada sistem GSM 1800 MHz dan 1900 MHz, kapasitas kanal CDMA lebih kecil dari TDMA.
51
DAFTAR PUSTAKA
1. Lee,William C.Y. Mobile Cellular Telecommunications, Edisi II Mc Graw – Hill, Singapore.1995 2. Lee, William C.Y. Mobile Communication Design Fundamental, Edisi II John Wiley and Sons, N.Y. USA.1993. 3. Mehrotra,asha K. Cellular Radio : Analog and Digital System Artech House, London UK.1994. 4. www.stttelkom.ac.id/stap/uku/handout%20pt1123dastel/sistem%20komunikasi%bergerak.ppt 5. Riswan, Mengenal GSM, http://mobileindonesia.net/2007/06/11/globalsystem-for-mobile-communication-gsm/ 6. Mufti, Nachwan A, ST, Modul 3, Sistem Komunikasi Bergerak
x
