Konsep Dasar Sistem dan Jaringan Radio S (1)

TTH4A3
Sistem Komunikasi Seluler

Bahan Kajian 1:

Konsep Dasar Sistem dan
Jaringan Radio Seluler
(3 weeks)
1

Outline

 Silabus, Bahan Kajian, & Learning Outcome
 Klasifikasi Teknologi Seluler
 Arsitektur dan Infrastruktur Jaringan Seluler
 Review Antena & Konsep Perhitungan dB /
dBm
 Manajemen Seluler:
 Manajemen Interferensi Seluler: Frequency Reuse
 Manajemen Mobilitas: Handover & Location
Update

 Manajemen Sumberdaya Radio: Teknik Akses
Jamak
 Manajemen Komunikasi: Konsep Kanal Logik,
Kanal Fisik, Call processing
2

Silabus
Problem Besar, Bahan Kajian, dan Learning Outcome

3

Problem Besar, Bahan Kajian, dan LO
PROBLEM

BAHAN KAJIAN

Apakah konsep-konsep yang harus
diketahui & dipahami dalam konteks
Sistem Komunikasi Seluler?

KONSEP DASAR JARINGAN
RADIO SELULER

Bagaimana prinsip rekayasa system
transceiver komunikasi radio seluler?

MOBILE CHANNEL DAN KONSEP
REKAYASA SISTEM RADIO
SELULER

Apa standar seluler yang
penting/popular, dan bagaimana
karakteristiknya ?

WIRELESS CELLULAR
COMMUNICATION STANDARDS

Bagaimana merancang dimensi
jaringan radio seluler berdasarkan
pertimbangan coverage dan

kapasitas?

DESAIN JARINGAN RADIO
SELULER

Learning Outcome
Mengetahui dan
memahami sejumlah
konsep dasar yang
penting dalam jaringan
komunikasi seluler

4

Materi Bahan Kajian #1:
CP-MK:
Mengetahui dan
memahami
sejumlah konsep
dasar yang

penting dalam
jaringan
komunikasi
seluler

MATERI PEMBELAJARAN:
1) Introduction: Sejarah sistem komunikasi seluler
2) Klasifikasi sistem komunikasi nirkabel dan pengenalan nama standar teknologi
nirkabel
3) Arsitektur dan infrastruktur jaringan komunikasi seluler
4) Review konsep antena & perhitungan operasi dB/dBm: contoh menghitung
daya terima dan kuat medan listrik
5) Manajemen Seluler:
a) Manajemen interferensi: konsep pengulangan frekuensi (frequency reuse),
parameter kinerja C/I (carrier to interference ratio)
b) Manajemen sumberdaya radio: teknik akses jamak (FDMA, TDMA, CDMA,
OFDMA) dan metode dupleks (FDD, TDD) dan contoh standar
c) Manajemen mobilitas: handover & location update
d) Manajemen komunikasi: konsep kanal fisik, kanal logic, call & data
processing

e) Manajemen Coverage Area
5

Introduction

6

Latar Belakang Sejarah
• Sebelum konsep seluler
diketemukan, hubungan akan
terputus pada batas area cakupan
dan user harus melakukan call set
up lagi
• Kelemahan :
Mahal ( daya, dan tinggi antena )
Kenyamanan pelanggan rendah
Kapasitas dan efisiensi spektrum rendah

• Tahun 1946 : siskomber yang pertama di Amerika untuk komunikasi
pelanggan bergerak dengan PSTN, half duplex (push to talk system )

dan radius pancar 50 km
• Tahun 1950-1960 diperkenalkan IMTS yang sudah bersifat full dupleks
• Tahun 1950-1960 oleh Bell Laboratories namun implementasinya
baru tahun 1983 di Chicago (AMPS)
7

Why Cellular Architecture?
 Keterbatasan spektrum frekuensi
 Efisiensi penggunaan spektrum frekuensi

• High power transmitter
• Large coverage area

“Arsitektur seluler”

•
•
•
•
•

•

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

8

KlasifikasiTeknologi

9

Klasifikasi Teknologi Nirkabel: Berdasarkan tingkat mobilitas dan arsitektur

Non
Cellular
Fixed

Wireless

contoh :
point to point communication, infra
red communication, LMDS,
Microwave communication
contoh :

Cellular
Wireless
Communication
Non
Cellular
Mobile
Wireless

PHS, CT2, PACS, DCS1800,
DECT
contoh :
paging system (ERMES, NTT, NEC)

, dispatching system, PAMR (Public
Access Mobile Radio) dsb
contoh :

Cellular

GSM, CDMA/IS-95, AMPS, UMTS,
PHS, DCS1800, NMT450, TACS,
C-450, dsb
10

Klasifikasi Berdasarkan Generasi Sistem Komunikasi Nirkabel

(ETSI)

(ANSI)

11

Layanan

Sumber:
Fei Hu, Opportunities in
5G Networks: A
Research and
Development
Perspective, CRC Press

12

Evolution step GSM / GPRS / UMTS / HSDPA
Edge
Um
Um

PSTN
Network

BSC

BTS

GSM
INFRASTRUCTURE

PCU

Edge TRX

Abis
Node-B

HLR/AuC
EIR

MSC

HSDPA

RNC
HSDPA TRX

SS7
Network

Iu
IWU
UMTS (WCDMA)
INFRASTRUCTURE

Border
Gateway (BG)

Serving GPRS
Support Node
(SGSN)
GPRS
backbone
network
(IP based)

Lawful Interception
Gateway (LIG)
Inter-PLMN
network

GPRS
INFRASTRUCTURE

Internet
Gateway GPRS
Support Node
(GGSN)

13

Klasifikasi
Berdasarkan
Luas Cakupan

14

Arsitektur Jaringan dan
Infrastruktur Komunikasi
Seluler

15

Arsitektur Dasar Jaringan Bergerak Seluler
Voice link
Data link
RBS / BTS
MS

PSTN

SEL # 1

Base Station
Controller

RBS / BTS

MS

SEL # 2
BSC

Mobile Station

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

MSC/ MTSO

HLR

OMC
VLR

Home Location Register

Gateway

Operation and
Maintenance
Centre

Mobile Switching Centre (GSM) or
Mobile Telephone Switching
Office (AMPS)
Visitor Location Register
16

Telecommunication Networks Today …
CPE
(Customer
Premise
Equipment)

Backhaul
network

Jaringan akses

Core network

Jaringan akses
kabel
Akses kabel
tembaga
Akses kabel
optik

Jaringan akses
nirkabel

Fixed wireless

Access
point, BTS,
NodeB,
eNodeB

Mobile
wireless

Akses satelit

Satelit

BSC

IP Core
network

Ground
segmen
17

Apa yang kita pelajari di “Sistem Komunikasi Seluler?”
CPE

Jaringan akses

Jaringan akses
nirkabel
Fixed wireless

Core network

Backhaul
network
Access
point, BTS,
NodeB,
eNodeB

BSC

Mobile
wireless

Konsep rekayasa
system transceiver (TxRx) radio mobile

BTS
Standar
teknologi
radio seluler
(GSM, UMTS,
LTE)

Berapa kapasitas,
cakupan radio dan
bagaimana merancang
dimensi jaringan radio
seluler

IP Core
network

BSC

MSC

Standar teknologi
jaringan radio
selulet
18

Manajemen Frekuensi
Konsep Frequency Reuse

19

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

Sinyal yang diinginkan = C

F1

F3

F2

F2
titik A
Sinyal interferensi = I
20

Parameter Kualitas Sinyal: C/I (carrier to interference ratio)
Jarak 'bebas' interferensi

Sinyal yang diinginkan = C

F1

F3

F2

F2
titik A
Sinyal interferensi = I

• Lokasi kasus sinyal terburuk  titik A
• Dalam desain, pada lokasi sinyal
terburuk  C/I harus tetap lebih besar
atau sama dari C/I minimum yang
dipersyaratkan

Plane earth
propagation model

2



 d2 
Lp  

h h 
 1 2

C
1

I N int erferensi

 Pt

 R4 
 Pt

 D 4 

21

Analisis Interferensi Co-Channel
Rantai pertama
interferensi ( first tier )

Sel penyebab
interferensi
Sel penyebab
interferensi

Sel yang
ditinjau

Kluster

22

Analisis Interferensi Co-Channel: Uplink (MS  BTS)
I

C = Po / L(R)
I = Po / L(D)
 C/I = f (R,D)

I

D

I

D
D
C

Po

D
I

I

D
D
I

L(R )
C
I NP
 n L(D)
n 1
N = Jumlah sel penginterferensi
23

Analisis Interferensi Co-Channel: Downlink (BTS  MS)
C = Po / L(R)
I = Po / L(D)
 C/I = f (R,D)

I

I

D

I

 R = radius / jari-jari sel
D = jarak antara 2 pusat sel
reuse

D
D

I

C
D

D
D

I

I

Po

L(R )
C
I NP
 n L(D)
n 1
N = Jumlah sel penginterferensi
24

Analisis Interferensi Co-Channel
Po

L(R )
C
I NP
 n L(D)
n 1

Lp



 d2 


h
h


 1 2

2
Po

C
I N
Plane Earth

Propagation Model
n1



 R2 


h h

 1o 2o 

2

Pn


 D 2 
n



h h
 1n 2n 

2

Asumsi sel seragam,
h10 = h11 = … = h1n
h20 = h21 = … = h2n

“ Hubungan antara kluster K dengan C/I “

C
C

4
D
1
R

=  
N.D 4 N  R 
4 9K 2
1


  3K  
N
N

4


I
I

D  3K
R

P

C  R 4
I
N
 Dn 4
n1

C
I N

n1

 2
R 


 k 



2

P


D 2
 n 
 k 



2
25

Perbaikan C/I Dengan Sektorisasi Antena
I

I
C

I

Topologi sel trisektor menggunakan antena
sektor 120o. Karena antena tersebut
mencakup 1/3 bagian sel, maka interferensi
cochannel akan dapat ditekan hingga 1/3-nya
pula.
Penggunaan 6 sektor sel akan menekan
interferensi cochannel hingga 6 kali. Namun
beban signalling akan menjadi lebih tinggi

C 1 D
  
I N R 

4

C 1 D
  
I 6 R 

4

C 1 D
  
I 2 R 

4

Antena
omnidirectional

Antena
trisektoral

26

Analisis Sistem Koordinat

27

Sistem Koordinat



D  u 2  u1   v2  v1   u 2  u1 v 2  v1 
Jika,

2

2

u1, v1   0,0 u 2 , v2  



1
2

merupakan nilai integer = ( i , j )

D  i 2  ij  j2

D
 3K
R

28

RuF (Reuse Factor) atau Ukuran Kluster (K)
• Kluster adalah kelompok sel yang masing-masing selnya memiliki 1 set frekuensi
yang berbeda dengan sel lain di kluster yang sama.

• Ukuran kluster = Reuse Factor ( dilambangkan = K= RuF ) = jumlah sel dalam 1 kluster
• Semakin kecil RuF, frekuensi dapat diulangi semakin efisien  kapasitas makin besar

Contoh :
K=3
K=4

artinya terdapat 3 sel dalam 1 kluster
artinya terdapat 4 sel dalam 1 kluster

freq. reuse pattern / cluster

freq. reuse pattern

K=3

K=4
2

1

2

2

1

1
3

reuse

2

1

2

1

2
reuse

3

3
4

3

1

D
 3K
R

3

3

D
 3  RuF
R

4

4

reuse
reuse

29

Kapasitas Seluler

30

Kapasitas Kanal Tiap Sel
1 BTS
1 TRX

1 BTS
1 TRX
1 BTS
1 BTS
1 TRX
1 TRX

BW
1

2

3

n 1' 2' 3'

n' 1'' 2'' 3''

A-bis
and
Clock
Signal

n''

1 BTS
1 TRX

1 BTS
1 TRX

- one BTS is Clock
Master

F1

F2

F3
A-bis

BSC

F2

jumlah kanal
BWAlokasi
N
BWch RF

F1

F2

F3

ch RF
K

F1

F3

Dapat disimpulkan,
jumlah frekuensi carrier
dalam satu sel adalah
lebih dari satu buah…
31

K=3

Bagaimana Pembagian Spektrum Frekuensi Seluler Indonesia?

32

Manajemen Mobilitas
Handover & Location Update

33

Alasan: Komunikasi bergerak harus
memungkinkan perpindahan lokasi,
dengan…

Mobility
Management

 Tetap menjaga kualitas
 Tetap menjaga koneksi (keterhubungan)

Manajemen mobilitas:
 Handover  menjaga koneksi dan kualitas
sinyal ketika terjadi perpindahan antar sel
 Location Update  Jaringan harus mengetahui
lokasi handset (agar bisa dipanggil /paging)

34

Konsep mekanisme handover

35

Teknik Akses Jamak &
Manajemen Sumberdaya
Radio
Radio Resource Management

36

Resource radio (kanal) yang digunakan
untuk mengirimkan informasi
3 jenis sumberdaya radio utama:

Sumberdaya
Radio

 Frekuensi
 Waktu
 Daya pancar

37

 CDMA = Code Division Multiple Access
 Berarti bahwa beberapa user dapat saling
berkomunikasi menggunakan Channel yang sama
pada waktu yang bersamaan, masing-masing user
menggunakan code yang berbeda

Multiple
Access

 TDMA = Time Division Multiple Access
 Berarti bahwa beberapa user dapat saling
berkomunikasi menggunakan Channel yang sama
pada waktu yang berbeda, tiap user tidak
menggunakan code

 FDMA = Frequency Division Multiple Access
 Berarti bahwa beberapa user dapat saling
berkomunikasi menggunakan Channel yang berbeda
pada waktu yang sama, tiap user tidak menggunakan
code
38

Frequency Division Multiple Access (FDMA)
FDMA

Power

AMPS  30 kHz/user
N-AMPS  10 kHz/user

39

Time Division Multiple Access (TDMA)
TDMA
Power

IS-54  30 kHz,
3 user
IS-136  30
kHz, 3 user

GSM  200
kHz, 8 user

40

Code Division Multiple Access (CDMA)
CDMA

Power

IS-95A  1,25 MHz, 22 user
IS-95B  1,25 MHz, 22 user

ANSI-J-STD 008  1,25 MHz, 22 user
IS-2000 1x  1,25 MHz
IS-2000 3x  5 MHz
41

OFDMA

42

OFDM
•

Semua subcarrier dialokasikan untuk satu user

•

Misal : 802.16-2004

OFDMA
•

Subcarrier dialokasikan secara fleksibel untuk banyak user
tergantung pada kondisi radio.

•

Misal : 802.16e-2005 dan 802.16m
43

Manajemen Komunikasi
Konsep Kanal Fisik & Kanal Logik

44

Kanal Fisik

45

Kanal Logik

46

Signalling Process of MOC (Mobile Originating Call)

RACH

Channel Request

Immediate Assignment
SDCCH

Call
Processing

AGCH
Request for services

Authentication Request
SDCCH

Authentication Response
Ciphering Mode Command

SDCCH

SDCCH

Setup

Assignment Command

SDCCH

SDCCH

Assignment Complete
Alerting

Connect
FACCH

SDCCH

Ciphering Mode Complete

Call Proceeding

FACCH

SDCCH

Connect Acknowledge

FACCH

FACCH

47

Signalling Process of MTC (Mobile Terminating Call)

Paging Request
RACH

PCH

Channel Request

Immediate Assignment

Call
Processing

SDCCH

AGCH
Paging Response

Authentication Request
SDCCH

Authentication Response
Ciphering Mode Command

SDCCH

FACCH

FACCH

SDCCH

Call Confirmed
Assignment Command

FACCH

SDCCH

Ciphering Mode Complete
Setup

SDCCH

SDCCH

SDCCH

Assignment Complete

Alerting

Connect
Connect Acknowledge

FACCH

48

Manajemen Wilayah
Cakupan (Coverage Area)

49

Implementasi Sel
Sel diimplementasikan
dengan antenna yang
memiliki pola radiasi dan
beamwidth tertentu

4
4
Gain  eff
 eff
B
1/ 2 .1/ 2

Parameter antenna penting
yg menentukan coverage sel:
1. Beamwidth 
menentukan pola
pancaran
2. Gain (dB)
3. Tilting
50

Konfigurasi BTS
Rx
Rx

Omnidirectional

Tx

Sectoring 120o

Sectoring 60o

51

Ilustrasi infrastruktur fisik BTS-BSC

BSC

BTS

Cakupan sinyal BTS

52

1 BTS
1 BTS

1 BTS
1 TRX

Contoh
Konfigurasi
BTS Trisektor
2/2/2

1 TRX

1 BTS

1 BTS
1 BTS
1 TRX
1 TRX

1 BTS
1 BTS

A-bis
and
Clock
Signal

1 BTS
1 TRX

1 TRX

- one BTS is Clock
Master

Maksudnya 1 site
terdiri 3 sector (3
cell), masing-masing
sector 2 kanal RF

A-bis

BSC

53

Radiasi Antena membentuk coverage sel
Sudut tilting (kemiringan)

Feeder =
saltran

Loss
propagasi

Pr ( MS ) (dBm)  PTx ( BTS ) (dBm)  L feeder (dB)  Gantena (dBi)  Lp (dB)

Coverage
Sel

Pola radiasi
antena

Tx
54

End of Kajian #1

55