BAB II LANDASAN TEORI - Pengoptimasian Kanal Dinamik Pada Komunikasi Seluler Dengan Algoritma Genetika
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Konsep Dasar Seluler
Konsep dasar dari suatu sistem selular adalah pembagian pelayanan menjadi daerah-daerah kecil. Hal ini digunakan untuk memastikan bahwa frekuensi dapat meluas sehingga mencapai ke semua bagian pada kawasan tertentu sehingga beberapa pengguna dapat menggunakan ponsel mereka secara simultan tanpa jeda dan tanpa terputus-putus.
Pada sistem seluler, untuk menggambarkan cakupan area secara geografis maka digunakan penggambaran heksagonal. Area inilah yang disebut sel (Cell). Beberapa komponen penting pembentuk sistem dari seluler adalah peralatan seluler itu sendiri seperti BTS (Base Station Radio), Antena dan BSC (Base Station Controller) yang akan mengatur lalulintas dari beberapa sel dan saling berhubungan pula dengan jaringan telepon publik.
2.2 Sistem komunikasi Seluler
Salah satu dari sistem komunikasi bergerak seluler adalah GSM (Global System for Mobile Communication), yang merupakan sistem komunikasi bergerak generasi kedua yang telah mengimplementasikan teknologi digital pada sistemnya. GSM menawarkan beberapa kelebihan dengan sistem digitalnya yaitu :
1. Kualitas suara lebih jernih 2.
Mudah mengintegrasikan pada data service
3. Lebih aman, dengan pengacakan dan penyandian 4.
Penggunaan smart card yang unik
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 BaseStation 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 Setiap sel mempunyai ukuran diameter kurang lebih 26-32 Km dengan
radius jangkauan 1 hingga 50 Km, dan setiap sel tersebut akan membentuk grid- grid heksagonal seperti sarang lebah yang luas meng-cover seluruh area. Sistem
Global System Mobile (GSM) mempunyai sel yang lebih kecil, yaitu 6 Km. Setiap
Base Station dipilihkan frekuensi dengan hati-hati untuk mengurangi interferensi
dengan sel tetangga. Layanan pancaran akan sangat tergantung dari keadaan topografi, kepadatan populasi, dan kepadatan lalu lintas data.
2.3 Channel Assigment Problem (CAP)
Masalah penugasan kanal timbul dalam jaringan telepon selular di mana rentang frekuensi yang tersedia dalam spektrum frekuensi radio perlu dialokasikan untuk wilayah geografis yang berbeda untuk meminimalkan rentang total frekuensi, sesuai pada permintaan dan kendala bebas interferensi (interference-
free constrain ).
Secara umum, tujuan dari strategi penempatan kanal adalah untuk meningkatkan kapasitas kanal dari setiap sel dan meminimalkan interferensi sesuai dengan yang diinginkan. Strategi penempatan kanal yang telah dikembangkan bertujuan untuk memenuhi tujuan diatas. Strategi penempatan kanal dapat dikelompokkan menjadi beberapa bagian, diataranya adalah Fixed Channel Allocation (FCA) dan Dynamic Channel Allocation (DCA).
2.3.1 Fixed Channel Allocation (FCA) Karakteristik dari Fixed Channel Allocation (FCA) adalah : 1.
Setiap sel memiliki kelompok kanal yang tetap 2. Bila seluruh kanal terduduki, maka sel akan “block”.
3. Kadang digunakan strategi “peminjaman” kanal dari sel tetangga
Kelebihan FCA dibandingkan dengan DCA adalah relatif lebih cepat untuk meng handle panggilan yang terjadi dalam sel, lebih murah untuk instalasi dan investasi awal karena tidak dibutuhkan komputer switching yang super cepat untuk pengambilan keputusan saat adanya alokasi kanal baru.
Kelemahan dari FCA (Fixed Channel Allocation) 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, perkembangan pelanggan harus diikuti tersediamya kanal di area tersebut, sehingga harus meng aranggement ulang pola kanal frekuensi
4. Operator harus mencek keadaan di lapangan apakah ada perkembangan beban trafik atau ada daerah yang banyak pelanggannya tapi tidak ter cover ataupun jelek performasinya.
2.3.2 Dynamic Channel Allocation (DCA) Karakteristik dari Dynamic Channel Allocation (DCA) adalah : 1. Setiap sel yang membutuhkan kanal akan memintanya pada MSC.
2. Kanal dialokasikan pada base station yang meminta, dengan memperhatikan “probabilitas blocking”, frekuensi kanal dan jarak guna– ulang “reuse distance”dan faktor biaya.
3. Probablitas blocking menurun dan kapasistas trunking meningkat.
4. Sistem memerlukan data riil tentang “channel occupancy”, “traffic
distribution” dan “ radio signal strenght indication (RSSI)” 5. Sistem memerlukan storage dan CPU power yang lebih besar.
DCA merupakan salah satu strategi 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 [1].
Beberapa teknik DCA tersebut adalah sebagai berikut :
1. First Avaible (FA)
2. Nearest Neighbour (NN) 3.
Hybrid Assigment Strategi
4. Borrowing with Channel Ordering Strategi (BCO) 5.
Borrowing with Directional ChanneL Locking (BDCL)
Pemilihan strategi penempatan kanal dapat mempengaruhi kinerja dari sistem, terutama pengaturan panggilan saat sebuah pengguna berpindah dari satu sel ke sel yang lain. Salah satu tugas yang paling penting pada perancangan jaringan selular adalah untuk menentukan alokasi kanal yang efisien dan bebas dari interferensi kanal antara sel-sel dimana kendala nya adalah jumlah pelanggan nya bertambah dan trafik nya meningkat atau biasa dikenal dengan nama Electromagnetic Compatibility (EMC) [2].
Ada 3 (tiga) jenis kendala (constraints) terhadap gangguan (interference), yaitu: 1.
Cochannel Constraint (CCC) – cij dengan nilai = 1 Interferensi ini berasal dari sel yang menggunakan frekuensi yang sama.
Terjadinya interferensi ini secara temporer, sehingga tidak selalu dialami oleh pengguna. Jika interferensi ini terjadi kanal akan ditutup (diblok) sehingga sangat mengganggu pemakai. Dengan kata lain, Cochannel Constraint (CCC) adalah penggunaan kanal yang sama untuk sel yang berjauhan.
2. Adjacent Channel Constraint (ACC) - cij dengan nilai = 2 Dimana frekuensi yang berdekatan tidak dapat dialokasikan untuk sel yang berdekatan secara bersamaan. Interferensi kanal bersebelahan tersebut dapat diperkecil dengan penyaringan yang lebih hati-hati dan channel assigment atau pola penataan kanal yang baik.
3. Cosite Constraint (CSC) - cii dengan nilai = α Cosite Constraint (CSC) merupakan jarak antar kanal dalam satu sel, yang artinya dimana setiap pasangan frekuensi yang ditetapkan dalam sel yang sama harus memiliki jarak frekuensi minimum α. Nilai α merupakan nilai positif mulai dari 0 ditugaskan ke sel i. Nilainya tergantung pada standar komunikasi yang digunakan. Pada umumnya nilai α dimulai dengan 5 untuk menyatakan jarak antar kanal dalam satu sel (α ≤ 5).
Dari ketiga hal tersebut dapat dihitung jumlah kanal minimun yang dapat disediakan untuk penugasan kanal, dengan rumus [2.1] : Kanal minimum yang dibutuhkan = .......................(2.1) Dimana : C
ii
= Rentang minimum CSC D i = Nilai maksimum Demand (kanal tertinggi)
2.4 Pola Cell
Dalam banyak literatur tentang seluler, digambarkan bentuk dari coverage area sebuah cell adalah berbentuk hexagon, walau dalam kenyataan bentuk tersebut tidak bias diterima. Dengan pertimbangan, bentuk hexagon adalah bentuk yang gampang untuk melayout coverage area sebuah cell dan bentuknya paling mendekati bentuk ideal dari sebuah coverage antenna (lingkaran). Gambar 2.1 merupakan sel dengan bentuk hexagonal.
Gambar 2.1 Cell hexagon Luas sel heksagonal dapat dihitung menggunakan persamaan 2.2.2
2 Luas sel = 2,6R (Km ) ...........................................................................(2.2)
Dimana : R = Jari-jari sel (Km)
Pada tugas akhir ini, penulis memilih 2 Km sebagai jari-jari sel agar mendapatkan luas daerah yang kecil.
Untuk mengetahui Jumlah sel, dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.3.
∑Sel = Luas area : Luas sel....................................................................(2.3) Dalam cellular pola-pola untuk penyusunan kanal frekuensi dalam satu cluster, yaitu dengan aturan bahwa satu cluster tidak boleh menggunakan kanal frekuensi yang sama. Pola kanal dapat dilihat pada Gambar 2.2 [1].
a) Pola 3 cell
b) Pola 4 cell c). Pola 7 Cell d). Pola 9 cell
Gambar 2.2 Pola Kanal2.5 Struktur Sel
Setiap sel terbagi dalam beberapa sector atau area individual untuk efisiensi. Antena akan melakukan pengiriman sinyal pada setiap sel. antenna tidak mencakup area secara keseluruhan, akan tetapi hanya sebagian saja dari sebuah area sedangkan bagian yang lain akan dicakup oleh antena yang lain. Dimana sebuah antena akan dapat mengirim dan menerima sinyal pada tiga daerah yang berbeda, di mana setiap sel hanya tercakup sebagian saja dari ketiga sel yang ter-
cover .
Setiap cell site sebuah Base Station mempunyai pemancar 800 Mhz – 1900 MHz dengan diperlengkapi dengan antena untuk mengatur cakupan wilayahnya. Setiap Base Station dipilihkan frekuensi dengan hati-hati untuk mengurangi interferensi dengan sel tetangga. Layanan pancaran akan sangat tergantung dari keadaan topografi, kepadatan populasi, dan kepadatan lalu lintas data. Pada sistem GSM dan PCS, dibuat tingkatan-tingkatan stasiun yang terdiri dari [3]: 1.
Sel Makro (Macro Cell)
Sel ini dipergunakan untuk melayani suatu daerah layanan luas dengan kapasitas trafik rendah. Pada umumnya sel makro biasanya diaplikasikan untuk daerah rural dan sub urban karena akan menghasilkan jari-jari sel yang besar. Namun demikian, implementasi sel ini juga dilakukan untuk daerah
Urban dengan tujuan meningkatkan kapasitas trafik dengan menopang sel
micro-cell (cell splitting). Maksimum macro cell mempunyai jangkauan hingga 35 km. pada realitanya, macro cell hanya beroperasi hingga 20 km saja dan digunakan untuk daerah frekuensi 150 – 1000 MHz dan 1500 – 2000 MHz. Ini disebabkan adanya halangan-halangan yang mengganggu penetrasi signal.
2. Sel Mikro (Micro Cell)
Dari segi ukuran, sel ini lebih kecil dari sel makro. Sel Mikro terbagi dalam beberapa dimensi yaitu satu dimensi apabila terletak pada suatu daerah sepanjang suatu jalan raya, dua dimensi apabila sel tersebut meliputi suatu daerah yang terdiri dari beberapa jalan yang berdekatan dan tiga dimensi apabila meliputi suatu lokasi di dalam gedung bertingkat. Micro cell akan meng-cover area outdoor tertentu sehingga cocok digunakan untuk pengguna yang tidak begitu sering bergerak (slow moving subscriber). Jenis sel ini digunakan untuk melayani daerah dengan trafik yang sangat tinggi.
Karakteristik dari model sel ini yaitu ketinggian antena yang berkisar 4 meter – 50 meter.
Karakteristik lain pada sel ini adalah jari-jari yang digunakan untuk model sel kecil ini akurat dengan rentang 0,2 Km sampai dengan 5 Km, biasanya sekitar 2 atau 3 Km agar mendapatkan luas daerah yang kecil.
3. Sel Piko (Pico Cell)
Sel ini digunakan untuk melayani suatu kapasitas trafik yang sangat tinggi. Dari segi luasan, sel ini berukuran sangat kecil berkisar 10 sampai 30 meter dan terletak di dalam gedung (indoor). Gambar 2.3 adalah struktur hierarki dari sel pada GSM.
Gambar 2.3 Struktur dari sel pada GSM2.6 Frequency Reuse
Frequency Reuse adalah pemakaian frekuensi yang sama secara berulang
di lokasi yang berbeda. Latar belakang pemakaian frekuensi reuse diantaranya adalah keterbatasan alokasi frekuensi yang dapat digunakan, sedangkan kebutuhan akan ketersedian coverage area yang lebih luas terus meningkat. Maka agar
coverage area baru dapat diwujudkan, dibuatlah sel-sel baru dengan menggunakan frekuensi yang sudah pernah digunakan sebelumnya oleh sel lain.
Gambar 2.4 ini menunjukan frequensi reuse.Gambar 2.4 Frekuensi reuseInti dari konsep selular adalah konsep frekuensi reuse. walaupun ada ratusan kanal yang tersedia, bila setiap frekuensi hanya digunakan oleh satu sel, maka total kapasitas sistem akan sama dengan total jumlah kanal. Dalam penggunaan kembali kanal frekuensi diusahakan agar daya pemancar masing- masing BS tidak terlalu besar, hal ini untuk menghindari untuk menghindari adanya interferensi akibat pemakaian kanal yang sama.
2.7 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 rentang minimum ≥ 0.
Gambar 2.5 Ilustrasi d adalah cara mengalokasikan kanal, dimana demand d1 sampai d4 berturut-turut adalah 1, 1, 1, 3. C ii = 5, d i = 3. Dengan menggunakan jenis kendala (constraints) CCC, ACC, dan CSC, maka dapat dihitung jumlah kanal minimum, 5 (3-1) + 1 = 11. c = 5 c5
44 44 =
c 43 =
3 c
42 = 2 c
24 = 3
sel kanal/frekuensi
Gambar 2.5 Setrategi Fequency Exhaustive AssignmentUntuk menugaskan kanal pada Gambar 2.4 langkah pertama adalah terlebih dahulu perlu dilihat pola layout sel bersamaan dengan memperhatikan kendala Electromagnetic Compabily (EMC) yaitu CCC, ACC, dan CSC. Tugaskan/tempatkan demand D terbesar yang ada. Pada ilustrasi Gambar 2.4
demand 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 demand Dberikutnya 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
3 ) untuk sel 2 dan kanal (f
6 ) untuk sel 1[4].