TUGAS AKHIR STUDI PERANCANGAN CAKUPAN SINYAL SISTEM WCDMA DI DALAM RUANGAN

TUGAS AKHIR STUDI PERANCANGAN CAKUPAN SINYAL SISTEM WCDMA DI DALAM RUANGAN Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh ESRON TARIGAN 020402088

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2007

Esron Tarigan : Studi Perancangan Cakupan Sinyal Sistem WCDMA Di Dalam Ruangan, 2007. USU Repository © 2009

ABSTRAK Industri wireless saat ini mengalami perkembangan sangat pesat. Teknologi ini mampu memberikan peluang serta tantangan yang baru setiap waktunya. IMT 2000 sebagai standard telekomunikasi di dunia menetapkan sebuah standard yang disebut dengan 3G. WCDMA (UMTS) adalah teknologi 3G yang telah ditetapkan oleh ITU dalam standard IMT 2000 diatas. Dengan berkembangnya jumlah pelanggan seluler WCDMA dipastikan membutuhkan cakupan jaringan tidak terlepas di dalam ruangan. Hal yang jarang menjadi perhatian, yakni cakupan sinyal di dalam sebuah ruangan. Apakah perangkat komunikasi kita masih dapat berfungsi dengan baik atau tidak. Apabila ruangan sudah terisolasi dengan sinyal di luar, sebaiknya dirancang sebuah sistem jaringan agar sinyal bagi perangkat komunikasi kita masih dapat diakses dengan baik. Pembahasan berupa studi kasus mengenai perancangan cakupan sinyal sistem WCDMA di dalam ruangan. Pembahasan tidak mencakup optimasi sistem yang telah dirancang, namun berupa perhitungan serta analisa sistem sebagai tahap awal implementasi perancangan sistem coverage WCDMA yang sesungguhnya. Melalui studi perancangan ini, diharapkan memberikan gambaran awal bagaimana merancang sebuah sistem cakupan sinyal di dalam sebuah ruangan. Performansi sistem yang akan dirancang akan dianalisa sesuai dengan rumusan teori, sehingga tingkat kehandalan sistem dapat diprediksi yakni sebuah sistem cakupan sinyal di dalam ruangan.


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan atas kasih karunia yang dilimpahkan oleh Tuhan Yang Maha Esa sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Studi Perancangan Cakupan Sinyal Sistem WCDMA Di Dalam Ruangan”. Adapun Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat kesarjanaan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam kesempatan ini perkenankanlah penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.

Kedua orang tuaku tercinta, yang telah banyak memberikan dukungan moril, doa dan materil serta limpahan kasih sayang yang tiada terkira dan tiada mungkin terbalaskan.

2.

Bapak Ir. Sihar P.Panjaitan, MT selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3.

Bapak Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4.

Bapak Ir. Bangsa Sitepu, selaku dosen wali penulis atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.

5.

Kedua kakakku, kak Erta dan kak Frida atas bantuan dan motivasi yang telah diberikan selama ini kepada penulis.

6.

Rekanan satu angkatan, stambuk 2002 Yos Tarigan “ma sehat senina” Ipengadohar, Maulana Ba’du (Pa.Bos) atas programnya, Bismar Ulinata, Daniel Napitu, Hari Bugi, Deni ma Iting, Ito Andriani, dan rekan-rekan lainnya


yang tidak dapat penulis tampilkan, yang selama ini telah menjadi teman diskusi dan bekerjasama dalam kegiatan kampus. 7.

Adekku Elen ectty yang telah banyak mendukung dan memberikan motivasi selama ini, juga tidak lupa Juli ya, terima kasih.

8.

Seluruh staf pengajar dan Civitas Akademika Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

9.

Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Berbagai usaha telah penulis lakukan demi terselesaikannya Tugas Akhir ini

dengan baik, namun penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum sempurna, karena masih banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunannya. Saran dan kritik dari pembaca sangat diharapkan dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat.

Medan,

September 2007

Penulis, ESRON TARIGAN NIM : 020402088


DAFTAR ISI ABSTRAK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i KATA PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii DAFTAR ISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii BAB I PENDAHULUAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Latar Belakang

............................................1

1.2 Rumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 Tujuan Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4 Batasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.5 Metodologi Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.6 Sistematika Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 BAB II TEORI DASAR WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1 Umum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2 Karakteristik Sistem WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.1 Alokasi Frekuensi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.2 Spreading, Scrambling, dan Modulasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.3 Power Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 2.2.4 Rake Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3 Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.1 Proses Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3.2 Jenis-Jenis Handover pada WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21


2.3.2.1 Intra-System Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.3.2.2 Inter-Sistem Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.3.2.3 Hard Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.3.2.4 Soft Handover dan Softer Handover . . . . . . . . . . . . . 22 2.4 Arsitektur Jaringan UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4.1 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 1999 . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.4.2 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4.3 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 5 All-IP Multimedia. . . . . . 30 BAB III PERANCANGAN SISTEM COVERAGE DALAM RUANGAN . . . 32 3.1 Umum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.2 Perancangan Sistem Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.3 Perancangan Sistem Antena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4 Model Propagasi Dalam Ruangan (Indoor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.4.1 Model Inverse Eksponensial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.4.2 Model Free Space Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.4.3 Model Motley Keenan . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.5 Rancangan Indoor WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 BAB IV ANALISA PERANCANGAN SISTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.1 Analisa Link Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.1.1 Grafik Analisa Link Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.2 Analisa Performansi WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.1 Grafik Analisa Performansi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.2.1.1 Grafik Throughput vs Noise Rise . . . . . . . . . . . . . . . 53


4.2.1.2 Grafik Jumlah User N vs Noise Rise . . . . . . 54 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.1 Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.2 Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 57 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Tabel 3.1 WCDMA Indoor Link Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Tabel 3.2 Peralatan Perancangan Indoor WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Tabel 4.1 Downlink WCDMA Link budget . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 43 Tabel 4.2 WCDMA Indoor Link Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Tabel 4.3 Analisa Link Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 47 Tabel 4.4 Asumsi perhitungan data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 49 Tabel 4.5 Analisa Performansi 12,2 kbps Speech Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Tabel 4.6 Analisa Performansi 64 kbps CS Data Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Tabel 4.7 Analisa Performansi 384 kbps PS Data Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jalur migrasi antar generasi . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Gambar 2.2 Jalur upgrade pada 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Gambar 2.3 Layanan pada IMT 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Gambar 2.4 Alokasi Frekuensi WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Gambar 2.5 Konsep Dasar Spreading dan Scrambling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Gambar 2.6 Struktur Kanal WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Gambar 2.7 Modulasi QPSK pada WCDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Gambar 2.8 Efek “Jauh-Dekat” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Gambar 2.9 Skema Open Loop Power Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Gambar 2.10 Efek Multipath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Gambar 2.11 Prinsip Rake Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Gambar 2.12 Komponen Propagasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Gambar 2.13 Proses Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Gambar 2.14 Model-model Handover pada Sistem WCDMA/UMTS . . . . . . . . . . 21 Gambar 2.15 Soft Handover dan Softer Handover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Gambar 2.16 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 1999 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Gambar 2.17 Arsitektur Jaringan GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Gambar 2.18 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Gambar 2.19 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 5 All-IP Multimedia . . . . . . . . . 30 Gambar 3.1 Ilustrasi sistem radio dan sistem antena di dalam ruangan . . . . . . . . 32 Gambar 3.2 Blok diagram repeater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33


Gambar 3.3 Berbagai tipe koneksi repeater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Gambar 3.4 Diagram alur rancangan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Gambar 3.5 Instalasi peralatan dalam ruangan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Gambar 4.1 Grafik Analisa Link Budget . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Gambar 4.2 Grafik Throughput vs Noise Rise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Gambar 4.3 Grafik Jumlah User N vs Noise Rise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Teknologi telekomunikasi akan terus berkembang dengan pesat. Hal serupa juga terjadi dalam bidang komunikasi wireless. Akar dari perkembangan digital wireless dan seluler dimulai sejak 1940 saat teknologi telepon bergerak dikomersialkan. Revolusi perkembangan wireless semakin bertambah pesat saat dapat ditekannya harga mikroprosesor dan ketersediaan digital switching. Perkembangan teknologi komunikasi bergerak ternyata berkembang dengan pesatnya. Evolusi sistem komunikasi kini telah mencapai generasi ke-3 (3G) dimana generasi ini telah merambah pada layanan internet secara wireless. Teknologi ini telah mampu mengakses web secara permanen, video interaktif, dengan kualitas suara yang sangat baik sekualitas CD audio player hingga ke teknologi kamera video yang di integrasikan dalam telepon seluler. Sistem komunikasi generasi ke-3 pertama kali dirancang pada tahun 1992 ketika ITU (International Telecomunications Union) menyadari bahwa komunikasi mobile akan berperan sangat penting dan semakin dominan dalam perkembangan teknologi komunikasi. IMT-2000 yang dikeluarkan oleh ITU sebagai standard 3-G didalamnya mencakup teknologi UMTS (Universal Mobile Telecomunications Service). UMTS memakai teknologi WCDMA sebagai teknik komuikasi digital seluler.


Perancangan sistem WCDMA secara makro baik itu meliputi konfigurasi MSC (Mobile Service Center), Base Station maupun Mobile Station telah diatur dengan sistematis. Namun bagaimana dengan skema jaringan didalam sebuah ruangan gedung yang secara otomatis terisolasi dari dunia luar. Dapat dikatakan sinyal pemancar dari BTS tidak mampu menjangkau perangkat komunikasi pemakai yang berada dalam gedung. Namun tidaklah mudah untuk membangun jaringan baik itu didalam ruangan dengan skala kecil atau mikrosel ditinjau dari segi ekonomisnya. Namun akibat adanya kebutuhan layanan didalam ruangan, maka perlu dirancang sebuah sistem yang dapat diterapkan didalam ruangan. Sebuah solusi yang diterapkan dapat menyediakan layanan komunikasi yang baik namun secara ekonomis masih layak untuk diterapkan. Pada Tugas Akhir ini akan diulas rancangan bagaimana cakupan sinyal di dalam sebuah ruangan dengan teknologi komunikasi WCDMA secara teoritis, berupa rancangan lokasi antena, loss tiap antena, Maximum Allowable Path Loss (MAPL), serta luas daerah cakupan sinyal antena di dalam ruangan.

1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang diatas dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara lain : 1. Bagaimana konsep dan sistem WCDMA sebagai teknologi 3-G ? 2. Bagaimana merancang cakupan sinyal sistem WCDMA agar dapat menjangkau User Equipment (UE) ? 3. Bagaimana analisa sistem rancangan WCDMA yang dirancang ?


1.3 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Untuk menjelaskan karakteristik teknologi Wideband-CDMA (WCDMA). 2. Untuk merancang sebuah sistem jaringan komunikasi dengan acuan pada ruangan gedung, dengan teknologi WCDMA sebagai teknik komunikasi digital seluler.

1.4 Batasan Masalah Untuk menghindari pembahasan yang lebih meluas dan agar pembahasan ini lebih terarah, maka penulis perlu membatasi pembahasan tugas akhir ini dengan halhal sebagai berikut : 1. Membahas teknik WCDMA secara umum. 2. Menitik-beratkan pembahasan dalam bidang rancangan sistem cakupan sinyal didalam ruangan. 3. Rancangan sistem hanya dibahas menurut bagian sistem radio dan sistem antena yang dipakai. 4. Tidak membahas perangkat komunikasi secara mendetail. 5. Pembahasan hanya sebatas rumusan teori dalam menganalisa link budget sistem WCDMA. 6. Untuk memudahkan perhitungan dipakai software dengan menggunakan Bahasa Program Visual Basic 6.0


1.5 Metodologi Penulisan Metode Penulisan yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Studi literature, berupa penelaahan terhadap buku-buku dan jurnal-jurnal referensi yang berhubungan dengan teknik WCDMA. 2. Studi kasus, berupa studi perancangan secara teoritis sistem jaringan komunikasi WCDMA di dalam ruangan.

1.6 Sistematika Penulisan Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut: BAB I : PENDAHULUAN Pada bab ini menjelaskan tentang Latar Belakang Masalah, Tujuan Penulisan, Rumusan Masalah, Metode Penulisan, dan Sistematika Penulisan sebagai gambaran umum dari pembahasan secara keseluruhan. BAB II : TEORI DASAR WCDMA Berisikan teori-teori yang mendukung dan melandasi penulisan Tugas Akhir ini yang memberikan gambaran tentang WCDMA sebagai salah satu teknologi komunikasi 3-G. BAB III : PERANCANGAN SISTEM COVERAGE DALAM RUANGAN Bab ini membahas tentang perancangan sistem yang dimulai dengan perancangan sistem radio dan juga perancangan sistem antena pemancar.


BAB IV : ANALISA PERANCANGAN SISTEM Bab ini berisi analisa mengenai perancangan sistem WCDMA di dalam ruangan, perhitungan total loss maksimum serta jangkauan sinyal antena di dalam ruangan. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari hasil analisa yang telah dilakukan dan akhir dari penulisan Tugas Akhir ini.


BAB II TEORI DASAR WCDMA

2.1 Umum Dunia telekomunikasi sekarang ini dibangun berdasarkan standard teknis dan defenisi dari dunia telekomunikasi yang dikembangkan dan ditetapkan menjadi pedoman agar tiap bagian peralatan tersambung dengan baik antara satu dengan yang lainnya. Dengan kata lain, agar tiap peralatan dan subsistem dapat bekerjasama timbal balik dengan baik, yang disebut sebagai interoperability. Awal tahun 2006 merupakan suatu babak baru dalam industri telekomunikasi Indonesia dimulai dengan adanya layanan telepon bergerak seluler generasi ketiga (3G) secara komersial. Teknologi komunikasi itu sendiri memiliki perkembangan yang signifikan. Pada awalnya generasi pertama (1G) ditandai dengan penggunaan telepon nirkabel. Aplikasi yang digunakan pada platform 1G baru berupa suara sebagaimana telepon umumnya. Awal tahun 1980-an 1G merupakan layanan mobile phone komersial pertama di dunia, yang memakai teknologi seperti AMPS (Advance Mobile Phone System) di Amerika Serikat, TACS (Total Access Communication Services) di Inggris, atau NMT (Nordic Mobile Telephone) di negara negara Skandinavia. Generasi kedua (2G) hadir untuk mengatasi berbagai kelemahan mendasar pada teknologi generasi pertama (1G). Dimana pada generasi pertama memiliki kapasitas user yang terbatas, tidak memiliki perlindungan terhadap penyadapan sinyal percakapan sehingga dimungkinkan pihak lain dapat mendengarkan


percakapan, dan memiliki keterbatasan dalam layanan-layanan yang beragam. Teknologi generasi kedua (2G) dirancang untuk memperbaiki berbagai semua masalah diatas, dan ternyata sangat sukses dalam aplikasinya. Generasi ketiga (3G) menawarkan peningkatan aplikasi yang ada sekarang ini. Transfer data yang dapat dilayani pada jaringan 3G mencapai kecepatan 2 Mbps sehingga jaringan dapat digunakan untuk streaming secara realtime nyaris tanpa jeda. Aplikasi dengan kecepatan demikian mampu memberikan layanan streaming TV, layanan internet secara wireless, video interaktif dengan kualitas suara sangat baik, hingga teknologi kamera video yang diintegrasikan dalam telepon seluler. Adapun perkembangan teknologi komunikasi dari 1G sampai 3G dapat dilihat seperti pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Jalur migrasi antar generasi


ITU sebagai lembaga standardisasi bidang telekomunikasi di dunia, menetapkan sebuah sistem IMT-2000 dalam mengelola layanan komunikasi generasi ketiga (3G). Adapun alur evolusi pada generasi ketiga (3G) terlihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Jalur Upgrade pada 3G* *) Keterangan Gambar Mudah untuk di-upgrade. Upgrade membutuhkan modulasi baru. Upgrade membutuhkan perubahan seluruh sistem.

IMT-2000 mengembangkan layanan-layanan yang dapat diakses melalui sistem 3G, yaitu : 1. Suara, merupakan layanan standard dengan kualitas yang lebih baik dari jaringan telepon biasa. 2. Pesan, tidak seperti pada sistem 2G di mana layanan pesan hanya berupa teks, akan tetapi pada sistem 3G telah menyertakan attachment e-mail.


2. Switched Data, layanan ini meliputi fax dan akses dial-up ke jaringan Intranet atau Internet. 4. Medium Multimedia, layanan ini populer di teknologi 3G dengan kecepatan downstream yang sangat ideal untuk web surfing. 5. High Multimedia, layanan ini digunakan untuk akses high-speed internet dengan kualitas multimedia yang sangat baik. 6. Interaktif High Multimedia, layanan ini menghasilkan kualitas multimedia yang sangat baik sehingga mampu melakukan video converencing atau videophone, dan telepresence. Secara garis besar, layanan teknologi 3G pada IMT-2000 diilustrasikan seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Layanan pada IMT-2000


2.2 Karakteristik Sistem WCDMA Sistem WCDMA adalah teknologi multiple akses dengan menggunakan teknik direct sequence-spread spectrum (DS-SS). Teknologi ini berbeda dengan teknik akses radio konvensional yang menggunakan teknik pembagian bandwidth frekuensi yang tersedia di kanal sempit ke dalam time slot tertentu. Teknologi WCDMA dalam mengakses data dilakukan secara terus menerus selebar bandwidth tertentu (5-15 MHz). Untuk masing-masing UE yang memakai servis seperti telepon, facsimile data atau multimedia maka digunakan kode-kode tertentu yang saling berkorelasi untuk masing-masing servis dan dipenerima akan digunakan kode-kode yang sama yang saling berkorelasi sama seperti sebelumnya. Selanjutnya pembahasan teknik WCDMA akan dilihat dari karakteristiknya, mulai dari alokasi frekuensi, pengkodean, scrambling dan spreading serta jenis modulasi yang dipakai.

2.2.1 Alokasi Frekuensi WCDMA dan CDMA2000 telah dirancang sebagai standart 3G oleh ITU (International Telecommunications Union) yang dikenal dengan IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). WCDMA diatur dengan standart yang disebut dengan 3GPP (3G-Partnership Project) sedangkan CDMA2000 diatur oleh standart 3GPP2 (3G- Partnership Project 2). Dalam 3GPP, WCDMA mengalokasikan frekuensi dengan susunan seperti Gambar 2.4. Frekuensi uplink ( dari User Equipment ke Base Station ) 1920 MHz – 1980 MHz, sedangkan untuk downlink ( dari Base Station ke User Equipment ) 2110


MHz – 2170 MHz. Dengan bandwidth sebesar 5 MHz dan chip rate sebesar 3,84 Mcps[5].

Gambar 2.4 Alokasi Frekuensi WCDMA Akibat Indonesia mengakomodasi dua jalur dalam akses teknologi 3G, maka dari gambar terlihat adanya interferensi antara uplink WCDMA dengan downlink CDMA2000. Maka diperlukan guardband minimal 5 MHz antara uplink WCDMA dan downlink CDMA 2000.

2.2.2 Spreading, Scrambling dan Modulasi Keseluruhan teknologi CDMA memakai teknik spreading (tersebar) untuk memisahkan seorang pelanggan dengan pelanggan lainnya. Faktanya, akan ada laju data dari banyak pelanggan yang akan dilayani oleh sebuah base station (Node B). Oleh karena itu tidak cukup hanya memisahkan satu pelanggan dengan pelanggan lainnya saja, namun perlu dipisahkan satu pelanggan diantara banyaknya pelanggan yang dilayani dengan laju data masing-masing. Dengan kata lain seorang pelanggan A mengirimkan data dan kontrol informasi (information control), base station pertama sekali harus memisahkan jalur transmisi pelanggan A dari transmisi


pelanggan lainnya. Lalu kemudian memisahkan kontrol informasi tadi dari data pelanggan yang dikirimkannya. Untuk memenuhi kriteria diatas, WCDMA menerapkan dua langkah di dalam transmisi data pelanggan, seperti yang terlihat dalam Gambar 2.5. Pertama kali, laju data masing-masing pelanggan akan disebar dengan chip rate sebesar 3,84 Mcps. Sinyal yang tersebar akan tergabung di dalam saluran (channel) kemudian akan di acak dengan kode pengacak yang memiliki satuan dalam chip juga. Walaupun kode pengacak ini juga dalam satuan chip, namun tidak akan meningkatkan besaran laju data (bandwidth). Penyaluran (channelization) laju data pelanggan yang telah disebar akan meningkatkan bandwidth. Pada bagian penerima, sinyal yang telah tergabung tadi akan diacak ulang dengan aplikasi kode acak yang bersesuaian. Kemudian laju data

masing-masing

pelanggan

diperoleh

dengan

membentuk

penyaluran

(channelization) yang sesuai pula. Jelas, sangat penting bila pelanggan yang satu memiliki kode pengacak yang berbeda dengan pelanggan yang lain.

Gambar 2.5 Konsep Dasar Spreading dan Scrambling


Chip rate sebesar 3,84 Mcps diperoleh dari struktur kanal yang terpakai di dalam WCDMA seperti pada Gambar 2.6 [1]:

Gambar 2.6 Struktul Kanal WCDMA Chip rate =

15 slot × 2560 chips/slot = 3,84 Mcps 10 − 2

Modulasi di dalam WCDMA itu sendiri memakai teknik Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). Teknik modulasi ini dapat dilihat pada Gambar 2.7. Sinyal yang telah disebar dan diacak seperti diatas memiliki nilai chip yang kompleks. Bagian nyata dan khayal akan dipisahkan, dimana chip yang nyata berada pada cabang in-phase (I) dan bagian khayal pada cabang quadrature phase (Q).

Gambar 2.7 Modulasi QPSK pada WCDMA


2.2.3 Power Control Tantangan terbesar di dalam sistem komunikasi spread spectrum seperti CDMA2000

dan WCDMA yakni berkenaan dengan efek “jauh-dekat” yang

ditunjukkan oleh Gambar 2.8. Ini adalah fenomena yang disebabkan oleh banyaknya user pada berbagai posisi terhadap base station yang ingin berkomunikasi secara bersamaan. Karena daya pancaran sinyal radio sangat tergantung dari fungsi jarak, biasanya user dengan posisi yang jauh memiliki sinyal lemah dan sinyal yang lebih kuat pada user dengan jarak yang lebih dekat dengan base station.

Gambar 2.8 Efek “Jauh-Dekat”

Sistem WCDMA mengatasi efek “jauh-dekat” ini dengan cara meminimalkan daya pancar mobile equipment (ME) yang terdekat melalui teknik “power control” pada Gambar 2.9. Dengan metode ini daya pancar pada ME dapat diatur melalui teknik open loop, dengan metode ini base station dapat mengatur daya pancar berdasarkan daya total yang diterima pada perangkat komunikasi.

Gambar 2.9 Skema Open Loop Power Control


Dengan menerapkan metode ini akan menyelesaikan masalah efek jauh dekat dengan membiarkan ME hanya memancarkan daya yang cukup saja agar komunikasi masih dapat berlangsung yang memberikan efek manfaat sebagai berikut : a) Meminimalkan interferensi ke user lain. b) Memperpanjang umur baterai handset.

2.2.4 Rake Receiver Pada sistem seluler, peralatan komunikasi menerima berbagai sinyal yang sama dari satu user dengan daya sinyal yang berbeda-beda akibat adanya pantulan sinyal di berbagai tempat serperti pada Gambar 2.10. Sinyal ini sering sekali tiba di penerima dengan beda phasa 1800 dan akan menimbulkan interferensi yang merusak.

Gambar 2.10 Efek Multipath Rake receiver juga mampu mendukung “soft handover” antara base station karena dua atau lebih sinyal yang sama dipancarkan base station, akan diterima dan diproses terus menerus melalui teknik rake receiver yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.


Gambar 2.11 Prinsip Rake Receiver Dengan teknik yang disebut rake receiver, WCDMA maupun CDMA2000 sebenarnya diuntungkan dari multipath ini. Rake receiver dirancang untuk menerima sinyal yang tiba padanya pada waktu yang berbeda (akibat delay pantulan), menghubungkannya, lalu menjumlahkannya menjadi sebuah sinyal koheren tunggal dengan daya yang telah diperkuat. Dengan kemampuannya ini tidak hanya kebal akan efek multipath fading namun diperoleh peningkatan kualitas suara dan cakupan sinyal yang lebih baik.

2.3 Handover Kondisi komunikasi selalu sulit untuk diprediksi, karena kondisinya yang bergerak dari satu sel ke sel yang lain. Terdapat tiga komponen propagasi seperti yang diilustrasikan seperti Gambar 2.12 yang digunakan untuk menggambarkan kondisi seluler yaitu path loss, shadowing (slow fading) dan multipath fading (fast fading). Path loss adalah fenomena menurunnya daya yang diterima terhadap jarak karena refleksi, difraksi disekitar struktur. Shadowing disebabkan oleh gedung-


gedung, pohon dan lain sebagainya. Multipath fading disebabkan refleksi multipath dari suatu gelombang transmisi oleh objek seperti rumah-rumah, gedung-gedung dan sebagainya. Perbedaan panjang saluran propagasi dari sinyal multipath memberikan peningkatan untuk waktu delay propagasi yang berbeda.

Gambar 2.12 Komponen Propagasi Handover merupakan proses pengalihan kanal trafik secara otomatis pada Mobile Station (MS) yang sedang digunakan untuk berkomunikasi tanpa terjadinya pemutusan hubungan. Hal ini menjelaskan bahwa handover pada dasarnya adalah sebuah “call” koneksi yang bergerak dari satu sel ke sel lainnya. Secara umum handover dapat didefenisikan sebagai prosedur, dimana ada perubahan layanan pada MS dari satu Base Station (BS) ke BS yang lain. Proses ini memerlukan alat pendeteksi untuk mengubah status dedicated node (persiapan handover) dan alat untuk menswitch komunikasi yang sedang berlangsung dari suatu kanal pada sel tertentu ke kanal lain pada sel yang lain. Keputusan untuk sebuah handover dibuat oleh Base Station Centre (BSC), yaitu dengan mengevaluasi secara permanen pengukuran yang diambil oleh BTS dan MS. Pengukuran rata-rata (Px) oleh BSC dibandingkan dengan nilai-nilai ambang batas (threshold); jika Px melebihi nilai


threshold maka dimulai proses handover dengan mencari sebuah sel target yang cocok. Sehingga, handover diperlukan saat : 1. Kualitas signal yang diterima MS lebih kecil dibandingkan dengan threshold. 2. Kualitas dikonversi terhadap Eb/Io. Eb/Io merupakan perbandingan antara tiap energi tiap bit sinyal informasi terhadap sinyal interferensi atau sinyal derau (noise) yang menyertainya. Pada intinya adalah perbandingan antara kuat sinyal yang dikehendaki terhadap kuat sinyal yang tidak dikehendaki.Makin besar nilai Eb/Io akan semakin memberikan performansi yang lebih baik.

2.3.1 Proses Handover Proses handover dimulai ketika MS mendeteksi sinyal pilot yang secara signifikan lebih kuat dibandingkan kanal trafik forward lainnya yang ditujukan kepadanya. MS tersebut akan mengirimkan pesan pilot measurement ke BS tujuan dengan sinyal terkuat tadi sekaligus menginstruksikan untuk memulai proses handover. Cell site tersebut akan mengrimkan pesan handover direction ke MS, mengarahkannya untuk melakukan handover. Setelah mengeksekusi pesan handover direction tersebut, MS akan mengirim pesan handover completion pada kanal trafik reverse yang baru. Handover dapat terjadi karena faktor propagasi radio, distribusi trafik, aktifitas WCDMA, kegagalan peralatan. Pembagian ini juga bisa dilakukan berdasarkan bagian yang mengkontrol handover, eksternal dan internal handover. Eksternal handover dikontrol oleh MS asal (inter –BSS & inter-MSC handover). Informasi pengukuran dilaporkan dari MS melalui kanal radio khusus dan diterima


oleh BSS. Internal handover diinisialisasi dan dilakukan dalam BSS tanpa referensi ke MSC asal (controlling MSC). Disini MSC hanya diinformasikan bahwa sebuah proses handover internal otomatis telah selesai dilakukan. Internal handover hanya terjadi antar sel pada BSS yang sama dengan multisel/multi BTS. Proses Handover dapat ditunjukkan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Proses Handover Adapun prosedur handover dijelaskan pada keterangan berikut ini : (1) MS hanya dilayani oleh sel A dan active set hanya terdiri dari pilot A. MS mengukur pilot B (Eb/Io), diperoleh kecenderungan > T_ADD. MS mengirim pesan hasil ukur pilot B dan memindahkan status pilot B dari neighbour ke candidate set. (2) MS menerima pesan dari sel A berisi PN offset sel B dan alokasi Walsh code untuk TCH dan MS start komunikasi menggunakan TCH tersebut. (3) MS memindahkan status pilot B dari candidate set ke active set, MS mengirim pesan handover completed. Sekarang ada 2 pilot yang aktif.


(4) MS mendeteksi pilot A jatuh
B

(tanpa offset sel A). (7) MS memindahkan status pilot A dari active set ke neighbour set. Pada saat Mobile Station (MS) bergerak menjauhi suatu sel maka daya yang diterima oleh MS akan berkurang. Jika MS bergerak semakin menjauhi Base Station (Cell) maka daya pancar akan semakin berkurang. Menjauhnya MS pada sel asal menjadikan MS mendekati sel lainnya. Sel lainnya dikatakan sebagai sel kandidat yaitu sel yang akan menerima pelimpahan MS dari sel sebelumnya. MSC melalui sel kandidat akan memonitor pergerakan MS dan menangkap daya pancar MS. Diantara sel kandidat yang menerima daya pancar MS terbesar maka pelimpahan MS akan berada pada sel tersebut. Sel kandidat yang menerima pelimpahan MS akan melakukan monitoring. Proses monitoring dilakukan oleh MSC dan menginstruksikan pada sel kandidat tersebut. Pada saat handover, MSC akan melakukan prioritas pendudukan kanal pada MS yang mengalami handover. Untuk kelangsungan komunikasi seluler, handover sangat diperlukan agar percakapan yang terjadi antar pelanggan tetap berlangsung tanpa terputus, meskipun pelanggan berpindah sel/wilayah. Apabila terjadi kegagalan handover akan berakibat dropcall yaitu terputusnya hubungan saat percakapan sedang berlangsung.


Faktor-faktor penyebab gagalnya handover antara lain : 1. Interferensi yang tinggi 2. Setting parameter yang tidak baik 3. Kerusakan Hardware 4. Area cakupan radio yang jelek 5. Masalah antena receiver atau hardware BTS

2.3.2 Jenis-Jenis Handover pada WCDMA Handover merupakan suatu aspek penting dalam sistem radio seluler yang perlu ditangani dan dikaji dengan teliti untuk memastikan sambungan kepada jalur yang benar dan panggilan tidak akan digugurkan. Secara umum handover digolongkan ke dalam dua kategori yaitu, soft handover (handover lembut) dan hard handover (handover keras). Pada jaringan bergerak Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) terdapat empat model handover yang berbeda yaitu Intra-System Handover, Inter-System Handover, Hard Handover, Soft Handover dan Softer Handover seperti pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Model-model Handover pada Sistem WCDMA/UMTS


2.3.2.1 Intra-System Handover Intra-System Handover terjadi pada satu sistem, yang dibagi menjadi intrafrequency handover dan inter-frequency handover. 2.3.2.2 Inter-System Handover Inter-System Handover terjadi diantara sel-sel yang berhubungan dengan dua Radio Access Mode yang berbeda, misalnya diantara WCDMA dan GSM/EDGE. 2.3.2.3 Hard Handover Hard Handover merupakan kategori dari handover dimana radio link sebelumnya dari suatu pergerakan dibebaskan atau diputuskan sebelum radio link yang baru dibentuk. Hard handover memungkinkan MS untuk berpindah dari WCDMA ke sistem lainnya, dan termasuk tipe koneksi “break-before make”. Hard handover juga bisa terjadi antara dua sel WCDMA yang beroperasi pada frekuensi yang berbeda. 2.3.2.4 Soft Handover dan Softer Handover Soft handover melibatkan inter-cell handover dan termasuk tipe “make before –break” connection. Koneksi antara MS dan cell site dilakukan oleh beberapa cell site selama proses handover. Soft handover hanya terjadi jika sel asal dan sel tujuan beroperasi pada kanal frekuensi yang sama. Softer handover adalah intracellhandover yang terjadi antar sektor dalam suatu cell site, dan termasuk dalam tipe koneksi “make before-break”. Perbedaan Soft Handover dan Softer Handover ditunjukkan pada Gambar 2.15.


Gambar 2.15 Soft handover dan softer handover Proses Soft handover berbeda dari Hard handover. Pada hard handover suatu keputusan dibuat untuk handover atau tidak, maka MS yang bergerak hanya berkomunikasi dengan satu BS pada saat itu. Sedangkan pada soft handover, suatu keputusan handover tergantung pada perubahan dari kekuatan sinyal pilot dari dua atau lebih BS yang terlibat, sehingga pada akhirnya keputusan harus dibuat untuk komunikasi dengan satu BS, hal ini biasanya terjadi jika sinyal yang datang dari BS lebih kuat dibandingkan dari BS yang lain. Selama soft handover, MS yang bergerak akan berkomunikasi secara bersamaan dengan semua BS yang aktif. Hard handover terjadi pada saat yang tertentu sedangkan soft handover terjadi pada suatu periode waktu. Berbagai karakteristik singkat WCDMA dapat dilihat dalam Tabel 2.1. Tabel 2.1 Spesifikasi WCDMA No

Spesifikasi

Keterangan

1

Bandwidth

5 MHz

2

Frekuensi

1920 MHz-1980 MHz (UL) dan 2110 MHz-2170 MHz (DL)

3

Chip rate

3,84 Mcps

4

Frame Length

10 ms


Tabel 2.1 Spesifikasi WCDMA (Lanjutan) No

Spesifikasi

Keterangan

5

Jumlah Slot/Frame

15 slot

6

Jumlah chips/slot

2560 chips

7

Modulation

8

Pulse Shaping

9

Tipe Data

Packet dan circuit switch

10

Handover

Soft, Softer, Hard Handover

11

Receiver

Rake Type

Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Root raised cosine, roll-off= 0,22

2.4 Arsitektur Jaringan UMTS Arsitektur sebuah jaringan komunikasi harus mampu beradaptasi dengan interface sebuah jaringan akses radio yang baru, namun tidak memerlukan perubahan total pada jaringan. Adapun UMTS itu sendiri memiliki perkembangan di dalam arsitektur jaringannya berikut dengan interface baru, dimulai dari arsitektur 3GPP Release 1999, 3GPP Release 4, 3GPP Release 5 All-IP Multimedia.

2.4.1 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 1999 Arsitektur jaringan 3GPP Release 1999 merupakan spesifikasi awal dari UMTS seperti pada Gambar 2.16. Dari gambar terlihat berbagai perlengkapan yang digunakan oleh pelanggan yang disebut dengan User Equipment (UE). Pada umumnya UE terdiri dari Mobile Equipment (ME) dan UMTS Subscriber Identity Module (USIM). USIM yakni sebuah chip yang berisi informasi pelanggan,


ditambah dengan sebuah kunci keamanan. USIM identik dengan SIM pada jaringan GSM. Interface antara UE dan jaringan disebut dengan Uu interface. Dengan kata lain Uu berada diantara UE dan Base Transceiver Station (BTS). Sebuah base station di dalam 3GPP dikenal dengan istilah Node B. Sebuah Node B terhubung dengan sebuah Radio Network Controller (RNC). RNC berfungsi mengatur berbagai akses radio dari Node B yang terhubung dengannya. RNC serupa dengan BSC pada GSM. Gabungan antara RNC dan Node B disebut dengan Radio Network Subsystem (RNS). Interface antara Node B dan RNC disebut dengan Iub interface. Iub interface memberikan keleluasaan berupa Node B dan RNC dapat terhubung walau berasal dari perusahaan/vendor yang berbeda.

SS7

PSTN

Internet

Gambar 2.16 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 1999


Beda halnya dengan GSM yakni BSC tidak terhubung dengan BSC lainnya, pada UMTS Terestrial Access Network (UTRAN) berbagai RNC terhubung dengan melalui sebuah interface. Fungsi interface ini untuk mendukung pergerakan antar RNC dan soft handover antara Node B yang terhubung dengan RNC yang berbeda. UTRAN terhubung dengan jaringan inti melalui Iu interface. Iu interface memiliki dua komponen yang berbeda. Koneksi UTRAN dengan bagian circuit-switched pada jaringan inti melalui Iu-CS interface, yang menghubungkan RNC dengan sebuah Mobile Switching Center (MSC)/Visitor Location Register (VLR). Koneksi UTRAN dengan bagian packet switched pada jaringan inti melalui Iu-PS interface, yang menghubungkan RNC dengan SGSN. Pada arsitektur jaringan 3GPP release 1999 semua interface UTRAN pada 3GPP Release 1999 berlandaskan Asynchronous Transfer Mode (ATM). ATM dipilih karena kemampuannya mendukung ragam layanan yang berbeda (seperti pemakaian variabel bit rate untuk layanan packet switched dan bit rate yang konstan untuk layanan circuit switched). Jaringan inti seperti pada Gambar 2.16 menggunakan arsitektur yang sama dengan GSM/GPRS seperti pada Gambar 2.17. Hal ini bertujuan agar teknologi akses yang baru nantinya dapat didukung. Hal inilah yang menyebabkan MSC dapat terhubung baik pada UTRAN RNC dan GSM BSC. Faktanya, UMTS menspesifikasikan sebuah layanan hard handover dari UMTS ke GSM dan sebaliknya. Ini adalah persyaratan penting, sebab dalam pengerjaannya UMTS membutuhkan waktu, dan wilayah yang belum terjangkau UMTS dapat dilayani oleh


jaringan GSM yang sudah merata. Oleh sebab itu sebuah MSC/VLR memiliki fungsi yang sama seperti pada UMTS maupun GSM. PSTN SS7

Internet

Gambar 2.17 Arsitektur Jaringan GSM Dalam aplikasinya, perusahaan telekomunikasi meningkatkan layanan perangkat komunikasinya demi mendukung GSM/GPRS dan UMTS. Perangkat tersebut berupa MSC/VLR, Home Location Register (HLR), SGSN dan GGSN. Beberapa perusahaan, memakai sebuah base station yang mampu melayani GSM maupun UMTS secara berlanjut. Ini adalah pertimbangan penting bagi operator komunikasi yang ingin mengembangkan jaringan UMTS sejalan dengan jaringan GSM yang telah ada. Namun pemakaian interface yang berbeda memaksa penggunaan RNC pada UMTS dan BSC pada GSM secara terpisah.

2.4.2 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 4 Perbedaan utama dari arsitektur Release 1999 dengan arsitektur Release 4 yakni jaringan inti sudah menjadi jaringan terdistribusi. Daripada memakai circuit-


switched yang tradisional pada arsitektur jaringan sebelumnya, arsitektur dengan metode distributed-switched diperkenalkan. Pada dasarnya, MSC dibagi menjadi MSC server dan sebuah media gateway (MGW). MSC server memiliki fungsi pengaturan mobilitas dan kontrol logika pembicaraan seperti pada MSC standard. Sedangkan MGW berisikan switching matriks yang diatur melalui MSC server. Media Gateway akan mengambil-alih pembicaraan dari RNC dan merutekan pembicaraan itu dengan tujuannya melalui sebuah packet backbone. Pada umumnya, packet backbone memakai Real Time Transport Protocol (RTP) melalui Internet Protocol (IP). Seperti yang terlihat pada Gambar 2.18 laju paket data dari RNC diteruskan ke SGSN dan dari SGSN menuju GGSN melalui IP backbone. Oleh karenanya data dan suara, keduanya dapat memakai IP transport sehingga dimungkinkannya sebuah backbone tunggal untuk melayani kedua jenis layanan.

SS7

PSTN

Internet

Gambar 2.18 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 4


Pada bagian ujung, dimana panggilan akan diteruskan ke jaringan yang berbeda seperti PSTN maka Media Gateway (MGW) akan diatur oleh Gateway MSC Server (GMSC server). MGW akan mengubah paket-paket suara ke dalam bentuk standard PCM untuk dilanjutkan ke PSTN. Pada saat inilah sebuah pengkodean dibutuhkan. Protokol antara MSC server atau GMSC server dengan MGW disebut dengan ITU H.248 protocol (MEGACO). ITU H.248 secara sederhana sebagai berikut, contoh kasus RNC berada pada kota A dan dikontrol oleh MSC di kota B. Asumsi pelanggan di kota A melakukan panggilan lokal. Sementara itu secara arsitektur panggilan akan berjalan dari kota A ke kota B (MSC berada), dan dikembalikan ke PSTN lokal di kota A. Dengan sistem arsitektur terdistribusi (distributed network), panggilan dapat dikontrol oleh MSC server di kota B, namun jalur panggilan masih berada di kota A, yang mengakibatkan berkurangnya jalur transmisi serta biaya operasi sebuah panggilan. HLR dikenal juga dengan istilah HSS (Home Subscriber Server). HLR dan HSS memiliki fungsi yang sama. Perbedaannya yakni HSS memakai packet based transport seperti IP, sementara itu HLR memakai standard SS7 (Signalling System 7) sebagai interfacenya. Jaringan dapat terhubung dengan jaringan standard SS7 menggunakan SS7 gateway (SS7 GW). Pemakaian SS7 GW mengakibatkan HLR dapat terhubung ke jaringan baik melalui jalur SS7 standard maupun melalui jaringan paket IP.


2.4.3 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 5 All-IP Multimedia Evolusi UMTS bergerak kearah pengenalan IP untuk semua layanan multimedia.

Hal

ini

mengakibatkan

perubahan

di

dalam

model

secara

keseluruhannya. Baik suara maupun data sebagian besar ditangani dengan cara yang sama dari perangkat pemakai ke tujuan akhirnya. Dari Gambar 2.19 dapat dilihat perangkat jaringan baru, Call State Control Function (CSCF), Multimedia Resource Function (MRF), Media Gateway Control Function (MGCF), Transport Signalling Gateway (T-SGW), dan Roaming Signalling Gateway (R-SGW). Dengan arsitektur baru ini UE dikembangkan secara luar biasa. UE harus mendukung Session Initiation Protocol (SIP), yang merupakan sebuah protokol yang dipakai

juga pada teknologi Voice-over-IP (VOIP). Dengan mengakomodasi

protokol ini UE memiliki kontrol kepada layanan yang lebih luas dari sebelumnya.

SS7

SS7

PSTN

Internet

Gambar 2.19 Arsitektur Jaringan 3GPP Release 5 All-IP Multimedia


CSCF mengelola pembentukan hubungan, pemeliharaan, dan membentuk multimedia session dari dan ke User. CSCF berlaku seperti proxy server di dalam arsitektur SIP seperti pada teknologi VoIP. SGSN dan GGSN merupakan perbaikan dari versi sebelumnya pada GPRS maupun UMTS Release 1999 dan Release 4. Perbedaannya, servis data (packet switched) yang ada kini juga melayani suara yang sebelumnya hanya dilayani melalui circuit switched. Multimedia Resource Function (MRF) mendukung layanan seperti panggilan multi-party dan layanan met-me conference. Transport Signalling Gateway (T-SGW) merupakan gateway SS7 yang menyediakan hubungan ke jaringan standard seperti PSTN. Roaming Signalling Gateway (R-SGW) menyediakan layanan pensinyalan kepada jaringan mobile yang memakai standard SS7 dalam pensinyalannya. Media Gateway (MGW) melakukan koneksi dengan jaringan luar, sama fungsinya seperti pada arsitektur jaringan 3GPP Release 4. Media Gateway diatur oleh sebuah Media Gateway Control Function (MGCF). Perlu dicatat bahwa arsitektur jaringan 3GPP Release 5 All-IP Multimedia merupakan pengembangan dari arsitektur jaringan 3GPP Release 1999 ataupun 3GPP Release 4. Pengembangan berupa penambahan domain baru pada jaringan inti yakni domain IP-Multimedia. Domain inilah yang mengijinkan baik itu suara maupun data dihantarkan melalui IP, dimana semua trafik pada IM akan dipaketkan dan dihantarkan melalui PS domain seperti SGSN dan GGSN. Oleh karena itu, UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) dapat terhubung dengan tiga jenis domain jaringan inti-Circuit Switched (CS) domain, Packet Switched (PS) domain, dan IP multimedia (IM) domain.


BAB III PERANCANGAN SISTEM COVERAGE DALAM RUANGAN

3.1 Umum Secara umum cakupan sinyal seluler di dalam sebuah ruangan diperoleh dari sinyal yang berasal dari ruang bebas yang masih mampu dijangkau UE di dalam ruangan. Seiring dengan mobilitas pelanggan yang meningkat, dibutuhkan sebuah sistem yang dirancang untuk memenuhi ketersediaan sinyal komuniksai di dalam ruangan. Perancangan sebuah sistem komunikasi dapat diprediksi melalui sebuah link budget sebagai referensi awal. Melalui link budget kita akan dapat menentukan nilai Maximum Allowable Path Loss (MAPL) yang dapat diterapkan antara pemancar dan penerima. Nilai MAPL juga menjadi faktor penentu luas cakupan sebuah sistem yang didapatkan melalui suatu sistem model propagasi. Sistem jaringan di dalam ruangan dapat dibagi menjadi dua bagian yakni sistem radio dan sistem antena seperti yang terlihat dalam Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Ilustrasi sistem radio dan sistem antena di dalam ruangan


Sistem radio dipakai untuk menyediakan sarana komunikasi radio melalui sistem repeater. Sistem antena sendiri dipakai untuk meradiasikan sinyal radio ke arah ruangan di dalam gedung. Sistem antena sendiri terbagi dalam dua bagian yakni bagian pasif dan bagian aktif. Antena pasif dimaksudkan hanya komponen pasif yang digunakan sementara itu antena aktif memiliki peralatan amplifier sehingga mampu menjangkau wilayah lebih luas dibandingkan dengan antena pasif.

3.2 Perancangan Sistem Radio Untuk membangkitkan kembali sinyal radio dari dunia luar maka digunakan repeater sebagai sumber radio di dalam ruangan. Ada banyak jenis tipe dan ukuran sebuah repeater, namun skema dasar dari repeater dapat dilihat dari Gambar 3.2. Pada gambar, duplexer digunakan untuk memisahkan sinyal uplink dan downlink untuk seterusnya ke rangkaian penguat. Besarnya penguatan UL dan DL pada repeater berdaya rendah diatur dengan fungsi Automatic Gain Control, yang mengatur secara otomatis besaran penguatan agar sistem pada keadaan optimal.

Gambar 3.2 Blok diagram repeater


Berbagai jenis tipe koneksi repeater dengan Node B dibedakan menjadi tiga jenis: a. Koneksi lintas udara, yakni koneksi antara repeater dan Node B memakai gelombang yang dipancarkan dan diterima oleh sepasang antena di kedua sisi perangkat yang ditunjukkan pada Gambar 3.3.a. b. Koneksi kabel, yakni koneksi antara repeater dan Node B baik itu koaxial ataupun serat optik yang dillihat dari Gambar 3.3.b. c. Koneksi campuran, baik menggunakan kabel maupun lintas udara seperti Gambar 3.3.c.

Gambar 3.3 Berbagai Tipe Koneksi Repeater a. Koneksi lintas udara. b. Koneksi kabel. c. Koneksi campuran.


Ketika repeater terhubung dengan Node B melalui koneksi lintas udara, maka diperlukan dua antena seperti antena internal dan antena eksternal. Antena eksternal atau antena donor, biasanya ditempatkan di atas atap gedung yang akan dirancang, yang akan menerima sinyal downlink dari sel base station. Bersamaan itu pula antena donor memancarkan sinyal uplink ke base station. Repeater menerima sinyal downlink, menguatkannya, lalu memancarkan kembali melalui antena cakupan yang berada di dalam ruangan. Begitu juga dengan sinyal uplink dari UE akan diteruskan oleh antena cakupan ke arah base station. Noise figure dan daya puncak adalah faktor penting sebuah repeater. Agar cakupan sinyal memadai, unit repeater harus mampu memberikan daya output downlink untuk mengoperasikan antena cakupan. Pada umumnya sebuah repeater indoor memiliki daya output berkisar antara 10 mW sampai 10 W [2].

3.3 Perancangan Sistem Antena Untuk perancangan didalam ruangan, biasanya dipakai dua jenis antena seperti antena omnidirectional dan antena directional. Antena omnidirectional sendiri ditempatkan di atap ruangan sedangkan antena directional untuk pemasangan di dinding. Penempatan antena baik itu di atas atap maupun di dinding harus memastikan cakupan yang baik disamping memastikan jarak aman antara user dengan Electromagnetic Radiation (EMR) yang dipancarkan antena. Sistem antena terdistribusi akan memberikan solusi yang baik dalam menjangkau area. Dengan sistem ini tiap node antena mampu memancarkan dan menerima sinyal WCDMA. Sinyal uplink dari semua node antena akan dikumpulkan


ke sebuah titik pusat yang terhubung ke sistem radio. Sementara sinyal downlink dari sistem radio akan disebarkan ke tiap node antena untuk kemudian dipancarkan. Sistem antena terdistribusi ini terbagi dalam dua bagian yakni antena distribusi aktif dan pasif. Perbedaannya terletak pada kelebihannya didalam jangkauan, dimana antena distribusi aktif memiliki peralatan aktif seperti bidirectional amplifier (BDA) untuk menguatkan sinyal. Sementara itu antena distribusi pasif memiliki nilai spesifikasi tertentu. Antena yang dipakai didalam perancangan akan menentukan nilai-nilai parameter link budget. Link budget merupakan awal rancangan sebuah sistem, yang dipakai sebagai panduan dalam merancang sistem. Tabel 3.1 menunjukkan sebuah link budget sistem indoor WCDMA [3]. Tabel 3.1 WCDMA Indoor Link Budget Item Max. Total Repeater Transmitted Power

dBm

Fraction of Total Repeater Power for Pilot =10log(CPICH_Ec/Ior)

dB

Repeater Antenna Gain

dBi

Body Loss + Cable and Connector

dB

EIRP

dBm

Thermal Noise Density

dB/Hz

UE Receiver Noise Figure (NF)

dB

UE Receiver Noise Density

dB/Hz

UE Receiver Noise Power

dBm

Interference Margin

dB

WCDMA 12,2 kbps 23

WCDMA 64 kbps 23

WCDMA 384 kbps 23

-10

-10

-10

5

5

5

3

0

0

15

18

18

-174

-174

-174

8

8

8

-166

-166

-166

-102,2

-102,2

-102,2

3

3

3


Tabel 3.1 WCDMA Indoor Link Budget (Lanjutan) Item Total Effective Noise + Interference Processing Gain Required Eb/N0 Receiver Sensitivity UE Receiver Antenna Gain Repeater Cable, Connector & Combiner Losses Fast Fading Margin Max. Path Loss Log-normal Fading Margin Soft Handover Gain Maximum Allowable Path Loss (MAPL)

dBm

WCDMA 12,2 kbps -97,16

WCDMA WCDMA 64 kbps 384 kbps -97,16 -97,16

dB

24,98

17,78

10

dB

5

1,5

1

-117,1

-113,4

-106,2

dBi

0

0

0

dB

17

17

17

dB

5

5

5

dB

110,1

109,4

102,2

dB

7,7

7,7

7,7

dB

2

2

2

dB

104,4

103,7

96,47

dBm

3.4 Model Propagasi Dalam Ruangan (Indoor) Setelah kita menentukan nilai MAPL dari link budget, langkah berikutnya yaitu menentukan wilayah cakupan antena. Di dalam menentukan wilayah tersebut kita dibantu dengan berbagai model propagasi yang akan memprediksi rentang sinyal antena. Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas tiga jenis model propagasi yang dipakai sebagai acuan dalam menentukan luas cakupan antena. Adapun ketiga model tersebut yakni Model Inverse Eksponensial, Model Free Space Loss dan Model MotleyKeenan.


3.4.1 Model Inverse Eksponensial Model propagasi ini memiliki rumusan sebagai berikut [2]: L(d) dB = P o + n × 10 log(R) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.1) Dimana : Po = daya pancar pada jarak 1 meter dari pemancar n = free space value dengan nilai: 1≤ n ≥2 = pengukuran di dalam gedung n = 3,9 untuk gedung dimana pemancar dan penerima berada pada lantai berbeda R = jarak jangkauan antara pemancar dan penerima (meter) 3.4.2 Model Free Space Loss Model ini biasanya dipakai sebagai acuan bagi semua model propagasi loss. Persamaan yang dipakai dalam menentukan loss dirumuskan sebagai [3]: Lf = 32,4 + 20 log(R) + 20 log(f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.2)

Dimana : R = jarak antara pemancar dan penerima (Km) f = frekuensi kerja (MHz) 3.4.3 Model Motley-Keenan Salah satu model propagasi yang dapat diterapkan dengan baik di dalam ruangan yakni sebuah model yang disebut Motley-Keenan Model. Didalam rumusannya memasukkan elemen penghalang lintasan sinyal yang mempengaruhi nilai loss lintasan. Adapun nilai loss Lo dan Po dituliskan sebagai berikut [2]: L o = Po + 20 log(R) + p × WAF + k × FAF . . . . . . . . . . . . . . (3.3)


Dimana : 4πf 4.π .2,1 x109 ] = 38,8 dB .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.4) Po = 20 log[ ] = 20log[ c 3 x108

R = jarak antara pemancar dan penerima (meter) p = jumlah dinding antara pemancar dan penerima WAF = Wall Attenuation Factor k = jumlah lantai antara pemancar dan penerima FAF = Floor Attenuation Factor Nilai WAF ditentukan dari struktur dinding, dimana WAF sebesar 3 dB untuk gedung modern sementara gedung dengan dinding beton biasa sebesar 10 dB. FAF sendiri bergantung dari konstruksi gedung, namun memiliki kisaran nilai sebesar 13 dB sampai 18 dB [2].

3.5 Rancangan Indoor WCDMA Tahapan didalam merancang indoor WCDMA dapat ditunjukkan melalui diagram alur dibawah. Nampak dari Gambar 3.4 rancangan berpatokan dari link budget yang telah ditetapkan. Link budget berperan sebagai panduan awal dalam merancang, dengan tujuan akhir memenuhi kriteria link budget seperti nilai Maximum Allowable Path Loss yang akan menentukan luas daerah yang akan dicakup oleh antena melalui sebuah model propagasi yang dipilih.


Gambar 3.4 Diagram Alur Rancangan


Sebagai contoh, Gambar 3.5 akan menunjukkan instalasi dalam ruangan meliputi antena donor, antena coverage, repeater, splitter maupun lokasi antena serta jalur kabel yang dipakai.

Gambar 3.5 Instalasi Peralatan dalam Ruangan Antena Yagi dipakai sebagai antena donor yang berperan menangkap sinyal WCDMA dari Node B (BTS) terdekat. Repeater akan terhubung dengan antena Yagi pada satu sisi dan terhubung dengan antena coverage pada ujung yang lainnya. Antena coverage sendiri memakai tipe omnidirectional pada atap dan juga antena directional yang dipasang pada dinding. Bila dipakai lebih dari satu antena diperlukan splitter sebagai pembagi sinyal radio dari repeater. Penambahan jumlah antena akan menambah luas cakupan namun akan menambah nilai loss. Rugi-rugi tersebut dapat berasal dari rugi –rugi connector, kabel yang dipakai. Total loss repeater, connector, kabel akan dimasukkan ke dalam link budget, dimana bertambahnya antena akan mengakibatkan bertambahnya nilai


loss yang diberikan oleh penambahan connector dan kabel. Spesifikasi perangkat yang digunakan dalam studi perancangan diperlihatkan pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Peralatan Perancangan Indoor WCDMA No.

Spesifikasi Perangkat

Keterangan WCDMA Indoor Repeater dengan daya

1

pancar mulai dari 10 dBm, 15 dBm,20 Indoor Repeater

dBm, sampai 43 dBm.

Antena donor memakai antena tipe

2 Antena Yagi

Yagi.

Splitter dipakai sebagai pembagi sinyal WCDMA dari Repeater ke Antena.

3

Tersedia dalam berbagai jenis seperti splitter 2 way, splitter 3 way, splitter 4 WCDMA Signal Splitter

way.

Antena coverage dalam ruangan dipakai

4

antena omnidirectional pada atap. Omnidirectional Antena

Indoor panel antena dipasang pada 5 dinding ruangan. Directional Antena


BAB IV ANALISA PERANCANGAN SISTEM

4.1 Analisa Link Budget Link budget merupakan patokan dalam rancangan, baik itu dalam menentukan MAPL maupun jarak jangkauan sinyal antena. Contoh link budget dapat dilihat pada Tabel 4.1[3]: Tabel 4.1 Downlink WCDMA Link Budget Item Max. Total Repeater Transmitted Power

dBm


dB


dBi


dB

EIRP

dBm


dB/H z


dB


dB/H z


dBm

Interference Margin

dB

Total Effective Noise + Interference

dBm

Processing Gain

dB

Required Eb/N0

dB

Bitrate(Rj) =12,2 Kbps 23 a

Rumusan

-10 b 5 c 3 d 15 e=a+b+c-d -174 f 8 g -166 h=f+g -102,2 i=h+10*log(3840000) 3 j -97,16 k=i+j 24,98 l=10*log(3840000/Rj)


5 m

Tabel 4.1 Downlink WCDMA Link Budget (Lanjutan) Item Receiver Sensitivity

dBm

UE Receiver Antenna Gain

dBi

Repeater Cable, Connector & Combiner Losses

dB

Fast Fading Margin

dB

Max. Path Loss

dB

Log-normal Fading Margin

dB

Soft Handover Gain

dB

Maximum Allowable Path Loss (MAPL)

dB

Bitrate(Rj)= Rumusan 12,2 Kbps -117,1 n=m-l+k 0 o 17 p 5 q 110,1 r=e-n+o-p-q 7,7 s 2 t 104,4 u=r-s+t

Setelah nilai MAPL diperoleh, jarak jangkauan sinyal antena dapat diperoleh dengan mengubah nilai satuan dB ke satuan meter melalui model propagasi yang sudah dijelaskan pada Bab 3. a. Free Space Loss L = 32,4 + 20 log(R) + 20 log(f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.1) f

dimana f = 2100 Mhz, maka :

R = 10

((L - 98,8)/20) f . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.2)

= 1905,46 meter b. Inverse Exponential Law L

dB

= Po + 20 log(R) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.3)

Po diperoleh dari persamaan (3.4), maka :

R = 10

((L - 38,8)/20)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.4)

= 1916,46 meter


c. Motley Keenan Model Lo = Po + 20 log(R) + p × WAF + k × FAF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.5)

R = 10

((Lo - 38,8 - (p × WAF + k × FAF))/20)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.6)

Untuk p = 2, WAF = 3dB, k = 0, FAF = 18 dB, diperoleh : R = 960,51 meter Dengan memasukkan nilai MAPL dalam persamaan (4.2), (4.4), (4.6) diperoleh nilai R sebagai jarak cakupan sinyal antena dari masing-masing model propagasi. Untuk memudahkan penghitungan link budget, dirancang sebuah program Visual Basic untuk menganalisa nilai input link budget. Program telah berjalan

dengan baik dalam perhitungan berbagai model propagasi. Dengan bantuan program diatas kita lebih mudah memperoleh data analisa untuk contoh link budget seperti Tabel 4.2. Tabel 4.2 WCDMA Indoor Link Budget

Item Max. Total Repeater Transmitted Power

dBm


dB


dBi


dB

EIRP

dBm


dB/Hz


dB


dB/Hz


dBm

WCDMA 12,2 kbps 23

WCDMA 64 kbps 23

WCDMA 384 kbps 23

-10

-10

-10

5

5

5

3

0

0

15

18

18

-174

-174

-174

8

8

8

-166

-166

-166

-102,2

-102,2

-102,2


Tabel 4.2 WCDMA Indoor Link Budget (Lanjutan) Item Interference Margin

dB

Total Effective Noise + Interference

dBm

Processing Gain

dB

Required Eb/N0

dB

Receiver Sensitivity

dBm

UE Receiver Antenna Gain

dBi

Repeater Cable, Connector & Combiner Losses

dB

Fast Fading Margin

dB

Max. Path Loss

dB

Log-normal Fading Margin

dB

Soft Handover Gain

dB

Maximum Allowable Path Loss (MAPL)

dB

WCDMA 12,2 kbps 3

WCDMA 64 kbps 3

WCDMA 384 kbps 3

-97,16

-97,16

-97,16

24,98

17,78

10

5

1,5

1

-117,1

-113,4

-106,2

0

0

0

17

17

17

5

5

5

110,1

109,4

102,2

7,7

7,7

7,7

2

2

2

104,4

103,7

96,47

Analisa link budget akan diperlihatkan pada Tabel 4.3. Dengan rentang daya repeater dari 10 dBm sampai 30 dBm baik untuk model propagasi Free Space Loss (FSL), model Inverse Eksponential Law (IEL) dan model Motley-Keenan (MKM) dari masing-masing bitrate layanan WCDMA.


Tabel 4.3 Analisa Link Budget Repeater Power (dBm) 10

12,2 kbps speech service

64 kbps CS data service

384 kbps PS data service

FSL

IEL

MKM

FSL

IEL

MKM

FSL

IEL

MKM

426,5

429,0

215,0

393,5

395,8

198,3

170,2

171,2

85,8

12

537,0

540,1

270,7

495,4

498,3

249,7

214,2

215,53

108,0

14

676,0

679,9

340,8

623,7

627,3

314,4

269,7

271,3

135,9

16

851,1

856,0

429,0

785,2

789,7

395,8

339,6

341,5

171,2

18

1071,5

1077,7

540,1

988,5

994,2

498,3

427,5

430,0

215,5

20

1348,9

1356,7

679,9

1244,5

1251,7

627,3

538,2

541,3

271,3

22

1698,2

1708,0

856,05

1566,7

1575,0

789,7

677,6

681,5

341,5

24

2137,4

2150,3

1077,7

1972,4

1983,8

994,2

853,1

858,0

430,0

26

2691,5

2707,0

1356,7

2483,1

2497,4

1251,7

1073,9

1080,1

541,3

28

3388,4

3408,0

1708,0

3126,0

3144,1

1575,8

1352,0

1359,8

681,5

30

4265,7

4290,4

2150,3

3935,5

3958,2

1983,8

1702,1

1711,9

858,0

4.1.1 Grafik Analisa Link Budget

Grafik hasil analisa link budget dari Tabel 4.3 dapat dilihat pada Gambar 4.1.(a), 4.1.(b) dan 4.1(c). Pada Gambar 4.1(a) dapat dilihat perubahan luas cakupan antena R sesuai dengan kenaikan daya repeater untuk model propagasi Free Space Loss. Pada Gambar 4.1(b) dapat dilihat perubahan luas cakupan antena R dengan

kenaikan daya repeater untuk model propagasi Inverse Exponential Law. Sedangkan pada Gambar 4.1(c) dapat dilihat perubahan luas cakupan antena terhadap kenaikan daya repeater untuk model propagasi Motley Keenan. Dari masing-masing Gambar 4.1(a), 4.1(b) dan 4.1(c) dapat dilihat kenaikan luas cakupan antena memiliki sifat eksponensial baik untuk layanan 12,2 kbps Speech Service, 64 kbps CS Data Service dan 384 kbps PS Data Service.


Free Space Loss Model

R ep eater Po w er [d B m ]

35 30 25

Series1

20

Series2

15

Series3

10 5 0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

R [m eter]

(a) Inverse Exponential Law Model

Repeater Power [dBm]

35 30 25 Series1

20

Series2

15

Series3

10 5 0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

R [m eter]

(b) Motley Keenan Model

Repeater Power [dBm]

35 30 25

Series1

20

Series2

15

Series3

10 5 0 0

500

1000

1500

2000

2500

R [m eter]

(c) Gambar 4.1 Grafik Analisa Link Budget

Keterangan : Series 1 = 12,2 kbps Speech Service ; Series 2 = 64 kbps CS Data Service ; Series 3 = 384 kbps PS Data Service


4.2 Analisa Performansi WCDMA

Selanjutnya kita akan menentukan performansi WCDMA ditinjau dari throughput kanal, N sebagai jumlah user, ηDL sebagai downlink load factor, serta

tingkat kenaikan Noise Rise sistem WCDMA. Langkah-langkah analisa : 1. Asumsikan repeater berlaku sama terhadap BTS, sehingga rumusan pada BTS berlaku juga terhadap repeater. 2. Asumsikan total throughput sistem dalam kbps. 3. Hitung nilai load faktor ηDL dari persamaan 4.7 dibawah [3]. N

η DL = ∑νj . j=1

( Eb/No )j . [(1 - α ) + i ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.7) W/Rj

4. Throughput = N x Rj x (1 – BLER) , sehingga N adalah [3]: N=

Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.8) Rj × (1 - BLER)

5. Hitung Noise Rise Capacity [3].

Noise Rise =

1 1 - η DL

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.9)

Noise Rise (dB) = - 10 log ( 1 - η DL ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4.10)

6. Data perhitungan dilihat dari Tabel 4.4 [3]. Tabel 4.4 Asumsi Perhitungan Data

Speech Service

Data Service

Parameter

12,2 kbps

64 kbps

384 kbps

Activity Factor νj

0,58

1

1


Tabel 4.4 Asumsi Perhitungan Data (Lanjutan)

Speech Service

Data Service

Parameter

12,2 kbps

64 kbps

384 kbps

Eb/No

7 dB

5 dB

1 dB

Bit rate Rj

12,2 kbps

64 kbps

384 kbps

WCDMA chip rate W

3,84 Mcps

Orthogonality ά

0,5

Interference Ratio i

0,65

BLER

1%

10%

Contoh perhitungan untuk 12,2 kbps : 1. Throughput = 100 kbps. N=

Throughput 100000 = = 8,2 = 8 user Rj . ( 1 - BLER ) 12200 . (1 - 0,01)

2. Downlink load factor : N ( Eb/No )j . [(1 - α ) + i ] η DL = ∑νj . W/Rj j=1 N ( Eb/No )j . [(1 - α ) + i ] η DL = ∑νj . W/Rj j=1

η DL =

η DL η DL

W

N

. ∑ ( Eb/No)j . Rj j=1

νj . [(1 - α ) + i]

. [( Eb/No)1 . R1 + . . . . . . + ( Eb/No ) N . RN ] W νj . [(1 - α ) + i ] . [N ( Eb/No) . R] = W 0,58 . [(1 - 0,5) + 0,65] = . [ 8 . 7.12200] 3840000 = 0,118 = 11,8 %

η DL = η DL

νj . [(1 - α ) + i]


10%

3. Noise Rise : Noise Rise = - 10 log (1 - η DL ) = - 10 log (1 - 0,118) = 0,54 dB 4. Untuk throughput selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama. 5. Begitu juga dengan bitrate 64 kbps, 384 kbps dilakukan dengan cara yang sama melihat data pada Tabel 4.4. 6. Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 4.5, Tabel 4.6 dan Tabel 4.7. Tabel 4.5 Analisa Performansi 12,2 kbps Speech Service

Throughput (kbps)

N

ήDL

Noise Rise (dB)

100

8

11,8 %

0,54

200

16

23,7 %

1,17

300

24

35,6 %

1,91

400

33

48,95 %

2,92

500

41

60,82 %

4,06

600

49

72,69 %

5,63

700

57

84,55 %

8,11

800

66

97,9 %

16,77

820

-

pole capacity

-


Tabel 4.6 Analisa Performansi 64 kbps CS Data Service

Throughput (kbps)

N

ήDL

Noise Rise (dB)

100

1

9,58 %

0,43

200

3

28,75 %

1,47

300

5

47,92 %

2,83

400

6

57,5 %

3,71

500

8

76,67 %

6,32

600

10

95,83 %

13,79

650

-

pole capacity

-

Tabel 4.7 Analisa Performansi 384 kbps PS Data Service

Throughput (kbps)

N

ήDL

Noise Rise (dB)

100

0

0

0

500

1

11,5 %

0,53

1000

2

23 %

1,13

1500

4

46 %

2,67

2000

5

57,5 %

3,71

2500

7

80,5 %

7,09

3000

8

92 %

10,96

3006

-

pole capacity

-


4.2.1 Grafik Analisa Performansi

Grafik analisa performansi WCDMA akan diberikan pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3. Pada Gambar 4.2 akan dilihat pengaruh kenaikan throughput terhadap kenaikan noise sedangkan pada Gambar 4.3 akan dilihat pengaruh kenaikan jumlah

user terhadap kenaikan noise. 4.2.1.1 Grafik Throughput vs Noise Rise

Grafik hasil analisa performansi dapat dilihat pada Gambar 4.2(a), 4.2(b) dan 4.2(c). Dimana untuk layanan 12,2 kbps Speech Service ditunjukkan pada Gambar 4.2(a), layanan 64 kbps CS Data Service pada Gambar 4.2(b) dan layanan 384 kbps PS Data Service pada Gambar 4.2(c). Dapat dilihat kenaikan noise bertambah seiring dengan kenaikan throughput sistem secara logaritma untuk masing-masing layanan bitrate. 12,2 kbps Speech Service Noise Rise Capacity 18

Noise Rise [dB]

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Throughput [kbps]

(a) 64 kbps CS Data Service Noise Rise Capacity 16

Noise Rise [dB]

14 12 10 8 6 4 2 0 0

100

200

300

400

500

600

Throughput [kbps]

(b)


700

384 kbps PS Data Service Noise Rise Capacity 12

Noise Rise [dB]

10 8 6 4 2 0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Throughput [kbps]

(c) Gambar 4.2 Grafik Throughput vs Noise Rise

4.2.1.2 Grafik Jumlah User N vs Noise Rise

Grafik analisa performansi sebagai fungsi Jumlah User N vs Noise Rise dapat dilihat pada Gambar 4.3(a), 4.3(b) dan 4.3(c). Dimana untuk layanan 12,2 kbps

Speech Service ditunjukkan pada Gambar 4.3(a), layanan 64 kbps CS Data Service pada Gambar 4.3(b) dan layanan 384 kbps PS Data Service pada Gambar 4.3(c). Dapat dilihat kenaikan noise bertambah seiring dengan meningkatnya jumlah user secara logaritma untuk masing-masing layanan bitrate.

Noise Rise [dB]

12,2 kbps Speech Service (N vs Noise Rise) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

10

20

30

40

50

N [Jumlah User]

(a)


60

70

64 kbps CS Data Service (N vs Noise Rise)

Noise Rise [dB]

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

2

4

6

8

10

12

N [Jumlah User]

(b) 384 kbps PS Data Service (N vs Noise Rise)

Noise Rise [dB]

12 10 8 6 4 2 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

N [Jumlah User]

(c) Gambar 4.3 Grafik Jumlah User N vs Noise Rise


9

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa data pada bab sebelumnya, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Dengan daya repeater yang sama, jarak jangkauan untuk layanan 12,2 kbps lebih luas dari 64 kbps dan 384 kbps memiliki jangkauan terkecil, baik itu dilihat dari model propagasi Free Space Loss, Inverse Exponential Law maupun Motley

Keenan Model. 2. Dengan meningkatnya throughput sistem, akan diikuti oleh kenaikan noise yang bertambah secara logaritma, dengan kenaikan noise terbesar pada layanan 12,2 kbps speech service. Bertambahnya jumlah user yang dilayani akan seiring dengan meningkatnya noise sistem. 3. Setelah memperoleh karakteristik rancangan repeater seperti jarak jangkauan antena, tingkat kenaikan noise, serta ramalan jumlah user yang akan terlayani, kita dapat melakukan implementasi rancangan bila telah sesuai dengan kebutuhan perancangan dalam ruangan. 4. Untuk menunjukkan performansi cakupan sinyal WCDMA yang akurat, perlu dilakukan optimasi sistem dalam implementasinya.


5.2 Saran

Beberapa saran yang penulis dapat berikan adalah : 1. Sebagai perbandingan perlu dilakukan perhitungan MAPL dengan model propagasi yang lebih spesifik selain tiga model yang telah dibahas. 2. Perlu analisa yang lebih mendalam untuk mendapatkan karakteristik sistem repeater yang telah dirancang.


DAFTAR PUSTAKA

1.Smith Clinth and Daniel Collins, 2002, “3G Wireless Networks”, McGraw-Hill TELECOM Professional, Singapore. 2.Chevallier Christopher, Christhoper Brunner, Andrea Garavaglia, Kevin P. Murray, and Kenneth R. Baker, 2006, “WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and Optimization Aspects”, John Wiley and Sons, Ltd, USA. 3.Holma Harri and Antti Toskala, 2004, “WCDMA for UMTS”, John Wiley and Sons, Ltd, England. 4.Nawrocki J. Maciej, Mischa Dohler and A. Hamid Aghvami, 2006, “Understanding UMTS Radio Network Modelling, Planning and Automated Optimisation”, John Wiley and Sons, Ltd, England. 5. Frezza Bill and Ajay Diwan, 2006, “Commonalities CDMA 2000 and WCDMA”, Qualcomm Incorporated, USA. 6. Mulyanta Edi S, 2003, “Kupas Tuntas Seluler”, PENERBIT ANDI, Jogyakarta.


LAMPIRAN


List Program : Private Sub Combo_bitrate_Click() Call Nilai_Bitrate End Sub Private Sub Command1_Click() Form2.Show End Sub Private Sub Form_Load() Combo_bitrate.Text = "Pilihan Bit Rate" Combo_bitrate.AddItem "12.2 kbps" Combo_bitrate.AddItem "64 kbps" Combo_bitrate.AddItem "384 kbps" For i = 0 To 20 Text(i).Text = "" Next i Command1.Enabled = False End Sub Sub Nilai_Bitrate() If Combo_bitrate.Text = "12.2 kbps" Then Frame1.Caption = "12,2 kbps Speech Service " Form1.Caption = "12,2 kbps Speech Service " Text(0).Text = 23 Text(1).Text = -10 Text(2).Text = 5 Text(3).Text = 3 Text(5).Text = -174 Text(6).Text = 8 Text(9).Text = 3 Text(12).Text = 5 Text(14).Text = 0 Text(15).Text = 17 Text(16).Text = 5 Text(18).Text = 7.7 Text(19).Text = 2 Command1.Enabled = True ElseIf Combo_bitrate.Text = "64 kbps" Then Frame1.Caption = "64 kbps Circuit Switch Data Service " Form1.Caption = "64 kbps Circuit Switch Data Service " Text(0).Text = 23 Text(1).Text = -10 Text(2).Text = 5 Text(3).Text = 0 Text(5).Text = -174 Text(6).Text = 8 Text(9).Text = 3


Text(12).Text = 1.5 Text(14).Text = 0 Text(15).Text = 17 Text(16).Text = 5 Text(18).Text = 7.7 Text(19).Text = 2 Command1.Enabled = True ElseIf Combo_bitrate.Text = "384 kbps" Then Frame1.Caption = "384 kbps Packet Switch Data Service " Form1.Caption = "384 kbps Packet Switch Data Service " Text(0).Text = 23 Text(1).Text = -10 Text(2).Text = 5 Text(3).Text = 0 Text(5).Text = -174 Text(6).Text = 8 Text(9).Text = 3 Text(12).Text = 1 Text(14).Text = 0 Text(15).Text = 17 Text(16).Text = 5 Text(18).Text = 7.7 Text(19).Text = 2 Command1.Enabled = True End If End Sub Private Sub mnuDefault_Click() Call Nilai_Bitrate End Sub Private Sub mnuexit_Click() End End Sub Private Sub mnuPrint_Click() Form1.PrintForm End Sub Private Sub Text_KeyPress(Index As Integer, KeyAscii As Integer) Dim Isi If KeyAscii >= 48 And KeyAscii >= 59 Then Isi = MsgBox(" Kolom Tidak Dapat Diisi, Kolom adalah Hasil Hitungan ", vbExclamation, " Maaf Anda Salah !!! ") = vbOK KeyAscii = 0 End If End Sub Private Sub Timer_Hitung_Timer()


If Combo_bitrate.Text = "12.2 kbps" Then For i = 0 To 3 If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If Next i Text(4).Text = Format(CSng(Text(0).Text) + CSng(Text(1).Text) + CSng(Text(2).Text) - CSng(Text(3).Text), "0.0#") For i = 5 To 6 If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If Next i Text(7).Text = Format(CSng(Text(5).Text) + CSng(Text(6).Text), "0.0#") Text(8).Text = Format(CSng(Text(7).Text + 10 * (Log(3840000) / 2.303)), "0.0#") If Text(9).Text = "" Then Text(9).Text = 0 End If Text(10).Text = Format(CSng(Text(8).Text) + CSng(Text(9).Text), "0.0#") Text(11).Text = Format((10 * (Log(314.7540984) / 2.303)), "0.0#") If Text(12).Text = "" Then Text(12).Text = 0 End If Text(13).Text = Format(CSng(Text(12).Text) - CSng(Text(11).Text) + CSng(Text(10).Text), "0.0#") For i = 14 To 16 If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If Next i Text(17).Text = Format(CSng(Text(4).Text) - CSng(Text(13).Text) + CSng(Text(14).Text) - CSng(Text(15).Text) - CSng(Text(16).Text), "0.0#") Text(20).Text = Format(CSng(Text(17).Text) - CSng(Text(18).Text) + CSng(Text(19).Text), "0.0#")

ElseIf Combo_bitrate.Text = "64 kbps" Then For i = 0 To 3 If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If


Next i Text(4).Text = Format(CSng(Text(0).Text) + CSng(Text(1).Text) + CSng(Text(2).Text) - CSng(Text(3).Text), "0.0#") For i = 5 To 6 If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If Next i Text(7).Text = Format(CSng(Text(5).Text) + CSng(Text(6).Text), "0.0#") Text(8).Text = Format(CSng(Text(7).Text + 10 * (Log(3840000) / 2.303)), "0.0#") If Text(9).Text = "" Then Text(9).Text = 0 End If Text(10).Text = Format(CSng(Text(8).Text) + CSng(Text(9).Text), "0.0#") Text(11).Text = Format((10 * (Log(60) / 2.303)), "0.0#") If Text(12).Text = "" Then Text(12).Text = 0 End If Text(13).Text = Format(CSng(Text(12).Text) - CSng(Text(11).Text) + CSng(Text(10).Text), "0.0#") For i = 14 To 16 If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If Next i Text(17).Text = Format(CSng(Text(4).Text) - CSng(Text(13).Text) + CSng(Text(14).Text) - CSng(Text(15).Text) - CSng(Text(16).Text), "0.0#") Text(20).Text = Format(CSng(Text(17).Text) - CSng(Text(18).Text) + CSng(Text(19).Text), "0.0#")

ElseIf Combo_bitrate.Text = "384 kbps" Then For i = 0 To 3 If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If Next i Text(4).Text = Format(CSng(Text(0).Text) + CSng(Text(1).Text) + CSng(Text(2).Text) - CSng(Text(3).Text), "0.0#") For i = 5 To 6


If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If Next i Text(7).Text = Format(CSng(Text(5).Text) + CSng(Text(6).Text), "0.0#") Text(8).Text = Format(CSng(Text(7).Text + 10 * (Log(3840000) / 2.303)), "0.0#") If Text(9).Text = "" Then Text(9).Text = 0 End If Text(10).Text = Format(CSng(Text(8).Text) + CSng(Text(9).Text), "0.0#") Text(11).Text = Format((10 * (Log(10) / 2.303)), "0.0#") If Text(12).Text = "" Then Text(12).Text = 0 End If Text(13).Text = Format(CSng(Text(12).Text) - CSng(Text(11).Text) + CSng(Text(10).Text), "0.0#") For i = 14 To 16 If Text(i).Text = "" Then Text(i).Text = 0 End If Next i Text(17).Text = Format(CSng(Text(4).Text) - CSng(Text(13).Text) + CSng(Text(14).Text) - CSng(Text(15).Text) - CSng(Text(16).Text), "0.0#") Text(20).Text = Format(CSng(Text(17).Text) - CSng(Text(18).Text) + CSng(Text(19).Text), "0.0#") End If End Sub


TUGAS AKHIR STUDI PERANCANGAN CAKUPAN SINYAL SISTEM WCDMA DI DALAM RUANGAN

Recommend Documents