BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Komunikasi Seluler - Studi Penggunaan Algoritma Ant Colony Dalam Pengalokasian Kanal Dinamik Pada Komunikasi Seluler

  2.1 Sistem Komunikasi Seluler Global System for Mobile communication (GSM) adalah sebuah standar

  global untuk komunikasi bergerak digital. GSM adalah nama dari sebuah group standarisasi yang dibentuk di Eropa tahun 1982 untuk menciptakan sebuah standar bersama telepon bergerak seluler di Eropa yang beroperasi pada daerah frekuensi 900-1800 MHz. GSM merupakan teknologi infrasturktur untuk pelayanan telepon selular digital dimana bekerja berdasarkan Time Division

Multiple Access (TDMA) dan Frequency Division Multiple Access (FDMA).

  Jaringan Global System for Mobile Communication (GSM) adalah jaringan telekomunikasi seluler yang mempunyai arsitektur yang mengikuti standar

  

European Telecommunication Standard Institute ETSI GSM 900 / GSM 1800.

  Arsitektur jaringan GSM tersebut terdiri atas tiga subsistem yaitu Base Station

  

Subsystem (BSS), Network Switching Subsystem (NSS) dan Operation Subsystem

  (OSS) serta perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk melakukan pembicaraan yang disebut Mobile System (MS).

  2.2 Konsep Seluler

  Hingga saat ini dapat dikatakan sebagai penyelesaian yang terbaik untuk mengatasi masalah terbatasnya sepektrum frekuensi dan kapasitas pelanggan. Pada konsep ini ditawarkan kapasitas yang sangat tinggi dalam alokasi sepektrum yang terbatas tanpa perubahan teknologi yang amat besar. Konsep dasarnya adalah mengganti pengirim tunggal berdaya tinggi dengan beberapa pengirim berdaya Daerah pelayanan yang lebih kecil ini disebut sel. Pada tiap-tiap sel ini dialokasikan sejumlah kecil kanal dari keseluruhan kanal yang ada, sehingga keseluruhan kanal yang dimiliki sistem tersebut terbagi-bagi dalam sel-sel yang ada. Interferensi antar setasiun basis dapat diminimalkan jika setasiun basis yang berdekatan menggunakan grup kanal yang berbeda. Dengan memisahkan setasiun- setasiun basis dan grup-grup kanal dengan cara yang sistematis, kanal-kanal didistribusikan dan digunakan berulang kali. Dalam hal ini interferensi antar setasiun co-channel harus tetap rendah. Setasiun co-channel adalah setasiun- setasiun yang menggunakan frekuensi yang sama.

  Bentuk jaringan sistem seluler berkaitan dengan luas cakupan daerah pelayanan. Bentuk sel yang terdapat pada sistem komunikasi bergerak seluler digambarkan dengan bentuk hexagonal dan lingkaran. Bentuk sel yang hexagonal lebih mewakili untuk dapat mencakup keseluruhan area. Berikut bentuk sel hexagonal dan lingkaran ditunjukan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Bentuk sel hexagonal dan lingkaran

2.3 Frekuensi Reuse

  bersamaan oleh beberapa pengguna merupakan inti dari komunikasi seluler. Pada konsep frequency reuse, suatu kanal frekuensi tertentu dapat melayani beberapa panggilan pada waktu yang bersamaan. Maka dapat dikatakan penggunaan sepektrum frekuensi yang efisien dapat dicapai. Semua frekuensi yang tersedia dapat digunakan oleh tiap-tiap sel, sehingga dapat mencapai kapasitas jumlah pemakai yang besar menggunakan pita frekuensi yang efektif.

  Pada frequency reuse, penggunaan kanal tidak tergantung pada frequency

  

carrier yang sama untuk beberapa wilayah cakupan. Pada Gambar 2.2 [1] dapat

  dilihat penggunaan ulang kanal frekuensi. Pada sel a yang menggunakan kanal radio f1 mempunyai radius R dapat digunakan ulang pada sel yang berbeda dengan jangkauan yang sama pada jarak D dari sel sebelumnya.

  Sel a Sel b

  

R R

Gambar 2.2 Jarak pengulangan frekuensi

  Sedangkan jarak pemisah relatif terhadap radius sel dinyatakan dengan D/R. Dapat dilihat pada persamaan 2.1 [1]

  ( = (2.1)

  ⁄ ) Dimana : D = jarak pengulangan (reuse distance) R = jari–jari terjauh sel hexagonal (jarak terjauh dari pusat sel ke ujung K = cluster

  Konsep frequency reuse dapat meningkatkan efisiensi pada penggunaan spektrum frekuensi, akan tetapi harus diikuti dengan pola tertentu dan teratur agar tidak terjadi interferensi kanal.

  Cluster adalah sekelomkpok sel yang masing-masing selnya memiliki 1 set

  frekuensi yang berbeda dengan sel yang lain. Ukuran cluster (dilambangkan = K, sering juga dilambangkan = N) adalah jumlah sel yang terdapat dalam 1 cluster.

  Ukuran cluster tergantung dari syarat C/I (Carrier to Interference) sistem seluler. Beberapa cluster dapat disusun atau diulang-ulang menjadi suatu kelompok cluster dalam suatu sistem. Gambar 2.3 adalah gambar cluster 3 dan 4 dimana K=3 maka dalam satu cluster ada terdapat 3 sel demikian dengan K=4 tedapat 4 sel yang berbeda dalam satu cluster [1].

Gambar 2.3 Frekuensi Reuse dengan 3 dan 4 Kluster

  Kaidah penentuan nomor sel atau kaidah parameter dengan cara lalui sejauh i sel dari sel referensi sepanjang rantai heksagonalnya (garis lurus yang menghubungkan dua pusat sel), lalu berputar 60 berlawanan dengan arah jarum jam, kemudian lalui sepanjang j sel pada arah tersebut. Pada posisi akhir disitulah sel.

Gambar 2.4 Kaidah Penentuan Nomor Sel

  Dimana ukuran kluster dihitung dengan :

• (2.2) = .

  Untuk : i = 1 dan j = 1  K = 3 i = 1 dan j = 2  K = 7 i = 0 dan j = 2  K = 4 i = 1 dan j =0  K = 4

2.4 Alokasi Kanal

  Pada teknologi seluler perangkat telepon bergerak hanya dapat mengirimkan sinyal menuju base station melalui kanal dengan menggunakan salah satu dari skema multiple access. Karena adanya keterbatasan kanal maka sistem komunikasi seluler harus melakukan alokasi kanal. Ada beberapa strategi alokasi kanal diantarannya FCA (Fixed Channel Allocation) atau setrategi dimana jumlah kanal telah ditetapkan secara permanen dan DCA (Dynamic Channel

  

Allocation ) atau jumlah kanal diberikan berdasarkan permintaan jumlah trafik.

  Channel Allocation ) yaitu sebagai berikut [2]:

  1. Setiap sel yang membutuhkan kanal akan memintannya pada Mobile Switcing Center (MSC).

  2. Kanal dialokasikan pada Base Transceiver Station (BTS) yang meminta, dengan memperhatikan probabilitas blocking, frequensi reuse dan faktor biaya.

  3. Probabilitas blocking menurun dan kapasitas trunking meningkat.

2.4.1 Fixed Channel Allocation (FCA)

  Merupakan teknik pengalokasisn kanal secara tetap, pada setiap sel dialokasikan kanal secara tetap. Karena setiap sel dialokasikan secara tetap maka dalam sistem ini diperlukan management kanal yang tetap. Bila seluruh kanal terduduki maka sel akan diblok dan kadang digunakan setrategi peminjaman kanal dari sel tetangga.

  FCA memiliki kelebihan dibandingkan alokasi dinamis yaitu relatif lebih cepat untuk menangani panggilan yang terjadi dalam sel, lebih murah instalasi dan

  

investasi awal karena tidak dibutuhkan komputer switching yang super cepat untuk

pengambilan keputusan saat adanya alokasi kanal baru.

  Kelemahan dari FCA adalah:

  1. Butuh perencanaan alokasi kanal yang sangat matang saat instalasi

  2. Butuh pengecekan berkala untuk melihat optimasi pembagian kanal dalam satu clauster atau dalam satu sistem keseluruhan.

  3. Operator harus sering mencek perkembangan pelanggan dalam tiap area, tersebut, sehingga harus meng-aranggement ulang pola kanal frekuensi.Operator harus mencek keadaan di lapangan apakah ada perkembangan beban trafik atau ada daerah yang banyak pelanggannya tetapi tidak tercover ataupun buruk performasinya. Syarat-syarat fixed channel allocation (FCA) yaitu:

  a. Setiap sel memiliki kelompok kanal yang tetap b. Bila seluruh kanal terduduki, maka sel akan “block”.

  c. Kadang digunakan setrategi “peminjaman” kanal dari sel tetangga.

2.4.2 Dynamic Channel Allocation (DCA)

  Merupakan teknik dimana kanal yang dialokasikan secara tetap di dalam sel. Dengan demikian semua kanal yang dialokasikan dapat digunakan dalam seluruh sel. Pengaturan kanal dilakukan secara otomatis oleh pengontrol. Pada teknik DCA pemberian kanal dilakukan berdasarkan permintaan.

  DCA merupakan salah satu setaregi untuk mengatasi penambahan beban

  

trafik dalam sistem seluler. Konsep dasar dari strategi DCA adalah bila beban

trafik tidak merata dalam tiap sel maka pemberian kanal frekuensi pada tiap sel

  akan sering tidak terpakai dalam sel yang kurang padat, dan terjadi bloking pada sel dengan beban trafik padat. Teknik DCA dapat mengalokasi kanal frekuensi bila hanya beban trafik meningkat dan melepaskan kanal frekuensi bila beban

  trafik menurun. Beberapa teknik DCA tersebut adalah sebagai berikut[1]:

  1. First Available (FA)

  2. Nearest Neighbour (NN)

  4. Borrowing with Channel Ordering Strategi (BCO)

  5. Borrowing with Directional ChanneL Locking Strategi alokasi kanal DCA inilah yang diangkat dalam Tugas Akhir ini, dimana trafik pada setiap sel berubah-ubah dalam kurun waktu tertentu. Diagram blok di bawah ini menggambarkan proses frequency assignment in celuler network [Kotrotsos, 2001] ditunjukan pada Gambar 2.5.

  Input Proses Output

Gambar 2.5 Diagram blok proses penugasan frekuensi dalam jaringan seluler

  Tujuan penugasan kanal adalah untuk menempatkan beberapa resource yang tepat. Dengan menempatkan beberapa kanal pada setiap sel tanpa melanggar batasan yang ditetapkan, maka dapat dinyatakan pada persamaan 2.3 [3].

  = + (2.3)

  Layout Sel Kendala Interferensi Permintaan

  Kanal per Sel Kanal yang Tersedia Proses

  Optimasi Ant Colony

  Alokasi Kanal

2.5 Masalah Alokasi Kanal

  Dimana :

  ∆f = kanal bandwidth n = bilangan bulat (n>0)

  F = bervariasi dari F

  1 (n=1), F 2 (n=2), F 3 (n=3),…,F mak (n=maksimum)

  Untuk memenuhi persyaratan dalam penugasan kanal, kita harus mencari nilai terendah dari F

  mak

  , atau rentang minimum sehingga kanal yang dialokasikan pada sel akan memenuhi trafik dan kualitas layanan. Kualitas layanan akan puas jika semua kendala interferensi diminimalkan.

  Kendala kompatibilitas elektromagnetik dalam jaringan n cell diwakili oleh kompatibilitas matrik C, yang merupakan n x n matrik simetris. Nilai dari setiap elemen c

  ij

  nondiagonal dari matrik kompabilitas c merupakan co-channel dan saluran kendala saluran yang berdekatan yang berarti pemisah jarak frekuensi minimum antar frekuensi ditugaskan untuk sel i dan sel j. Ada tiga kendala kompabilitas elektromagnetik (EMC) dengan 3 jenis gangguan, yaitu [3]: a. Kendala Co-channel (CCC)c ij - nilai = 0 yang mana kanal yang sama tidak dapat ditugaskan secara bersamaan pada sel yang berada dalam jarak yang ditetapkan secara bersamaan.

  b. Kendala Adjacent Channel (ACC) c ij - nilai = 2 dimana kanal yang berdekatan tidak boleh ditugaskan ke sel yang berdekatan secara bersamaan.

  c. Kendala Co-site (CSC)c

  ii

• – nilai = α dimana kanal setiap pasang kanal yang ditugaskan ke sel harus lebih besar dari ambang batas minimum pemisah α. Nilai α merupakan nilai positif mulai dari 0 ditugaskan ke sel i. Nilainya tergantung pada

setandar komunikasi yang digunakan. Pada umumnya nilai α dimulai

  Dari ketiga hal tersebut dapat dihitung jumlah kanal minimun yang dapat disediakan untuk penugasan kanal dengan rumus 2.4 [3]: (

  = ( − ) + )(2.4) Dimana : c ii = nilai maksimum CSC pada matrik C d = nilai maksimum demand (kanal tertinggi)

  i

2.6 Frequency Exhaustive Assignment

  Merupakan strategi penugasan kanal pada tiap-tiap sel dengan tetap memperhatikan aturan kendala kompabilitas elektromagnetik (EMC). Kendala co- site yaitu tiap kanal pada sel yang sama harus mempunyai rentang minimum yaitu 5, untuk kendala berdekatan sel rentang minimum 2 kanal, dan untuk kendala co-

  channel renang minimum

  ≥ 0. Ilustrasi berikut ini menunjukan strategi Frequency Exhaustive Assignment (FEA) ditunjuukan pada Gambar 2.6 [4].

  a. b. Matrik

  Bentuk Layout Sel

  Gambar

2.6 a. Bentuk Layout Sel dan b. Matrik

  Matrik D adalah matrik call of demand, yaitu jumlah panggilan yang ada pada setial sel. Dari ilustrasi di atas dapat diperoleh jumlah kanal/frekuensi minimum yang di butuhkan dengan menghitung persamaan (2.4) dengan melihat 5 (3-1) + 1 = 11 kanal. Gambar 2.7 adalah cara penentuan letak kanal pada tiap- tiap sel. c

  44 = 5 c 44 =

  5 c

  3

  43 =

  c

  42 = 2 c 24 = 3

  sel kanal/frekuensi

Gambar 2.7 Strategi Fequency Exhaustive Assignment

  Untuk menugaskan kanal pada Gambar 2.7 langkah pertama adalah terlebih dahulu perlu dilihat pola layout sel bersamaan dengan memperhatikan kendala Electromagnetic Compabily (EMC) yaitu CCC, ACC, dan CSC. Alokasikan/tempatkan deman D terbesar yang ada. Pada ilustrasi Gambar 2.6 dimand D terbesar adalah 3 yaitu pada sel ke 4 dengan jarak antara cosite (CCC) adalah 5 yaitu menempati kanal (f

  1 , f 6 , dan f 11 ). Kemudian tempatkan call of dimand D berikutnya yaitu 1 pada sel ke 3 yang menempati kanal (f 4 ). Selanjutnya

  pada demand yang sama yaitu 1 untuk sel 2 dan demand 1 untuk sel 1 yang menempati kanal (f ) untuk sel 2 dan kanal (f ) untuk sel 1[2].

  3

  6 Berikut ini flowchart struktur dasar untuk setrategi Frequency Exhaustive Assignment (FEA) ditunjukan pada Gambar 2.8[2]. Mulai Urutan Panggilan/Call Menentukan Panggilan Pertama untuk Kanal “1”

  Ya Apakah Semua Panggilan Sudah Selesai Ditempatkan ?

  Tidak Memilih Panggilan Berikutnya Memilih dan

  Menempatkan Sebuah Kanal Gambar 2.8Flowchart Struktur Dasar Strategi Frequency Exhaustive Assignment

  (FEA)