Modul-13 Teknik Transmisi Seluler

Modul : 13

TEKNIK TRANSMISI SELULERKonsep Perencanaan Sistem Cellular

TekTransSel-Modul#13

Modul : 13

TEKNIK TRANSMISI SELULERKonsep Perencanaan Sistem Cellular

Program Studi D3Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Telkom

BANDUNG, 2012

Pendahuluan

1. Prediksi gross income (pendapatan kasar).Berbagai upaya dapat dilakukan untuk meneliti gross income,diantaranya adalah penelitian populasi penduduk, rata-rataincome, tipe-tipe bisnis yang berkembang, dll

2. Pengenalan kompetitorPenting untuk diketahui situasi kompetitor yang ada, untukmemastikan adanya peluang. Dalam hal ini bisa dilihat cakupandari kompetitor, performansi sistemnya, maupun juga jumlahpelanggan untuk dibandingkan jumlah pelanggan potensial yangbelum terlayani.

3. Keputusan cakupan geografisPertanyaannya adalah : mana daerah geografi yang dicakupsistem yang diinginkan serta jenis layanan apa yang cocok untukdaerah tersebut ? Pertanyaan tersebut harus dijawab untukkemudian diteruskan pada Bagian Teknik.

Implementasi suatu jaringan telekomunikasi di suatu wilayah disampingberhadapan dengan regulasi telekomunikasi, juga akan berhadapan dengansituasi pasar yang harus dipelajari dengan seksama untuk mengantisipasiberbagai kemungkinan. Di bawah ini adalah 3 tugas besar yang harusdikerjakan seorang analis pasar ...


1. Prediksi gross income (pendapatan kasar).Berbagai upaya dapat dilakukan untuk meneliti gross income,diantaranya adalah penelitian populasi penduduk, rata-rataincome, tipe-tipe bisnis yang berkembang, dll

2. Pengenalan kompetitorPenting untuk diketahui situasi kompetitor yang ada, untukmemastikan adanya peluang. Dalam hal ini bisa dilihat cakupandari kompetitor, performansi sistemnya, maupun juga jumlahpelanggan untuk dibandingkan jumlah pelanggan potensial yangbelum terlayani.

3. Keputusan cakupan geografisPertanyaannya adalah : mana daerah geografi yang dicakupsistem yang diinginkan serta jenis layanan apa yang cocok untukdaerah tersebut ? Pertanyaan tersebut harus dijawab untukkemudian diteruskan pada Bagian Teknik.

Siklus Perencanaan Sistem Cellular


Apa sesungguhnya peranan seorang engineer ?1. Memulai sketsa perencanaan pada daerah pelayanan,

tujuannya adalah menghasilkan cakupan service pada daerahpelayanan dengan sesedikit mungkin jumlah sel, kapasitassebesar mungkin untuk alokasi BW yang diberikan, serta kualitassebaik mungkin.

2. Menentukan jumlah kanal RF yang diperlukan untuk melayaniprediksi trafik pada jam sibuk sampai beberapa tahun ke depan.

3. Studi problem interferensi.Cochannel interference, adjacent channel interference, maupunjuga kemungkinan terjadinya intermodulasi dari tiap sel.Selanjutnya mencari cara-cara untuk mengatasi hal itu.

4. Studi mengenai probabilitas blocking pada tiap sel, sertamencari langkah-langkah untuk meminimisasi hal tersebut

5. Perencanaan teknologi untuk menyerap pelanggan baru.Jumlah kenaikan pelanggan baru akan tergantung kepada biayakomunikasi, performansi sistem, serta juga kecenderungan bisnis.Secara teknik harus dipikirkan upgrading sistem, teknik-teknikpengembangan kapasitas untuk BW yang terbatas pada layanansistem komunikasi bergerak.

Setelah menerimalaporan dari analis

ekonomi yangmeneliti kelayakan

ekonomi, tugasseorang engineer

untuk mewujudkanjaringan yang andaldari sisi kapasitas,

kualitas dengan biayaseefisien mungkin


1. Memulai sketsa perencanaan pada daerah pelayanan,tujuannya adalah menghasilkan cakupan service pada daerahpelayanan dengan sesedikit mungkin jumlah sel, kapasitassebesar mungkin untuk alokasi BW yang diberikan, serta kualitassebaik mungkin.

2. Menentukan jumlah kanal RF yang diperlukan untuk melayaniprediksi trafik pada jam sibuk sampai beberapa tahun ke depan.

3. Studi problem interferensi.Cochannel interference, adjacent channel interference, maupunjuga kemungkinan terjadinya intermodulasi dari tiap sel.Selanjutnya mencari cara-cara untuk mengatasi hal itu.

4. Studi mengenai probabilitas blocking pada tiap sel, sertamencari langkah-langkah untuk meminimisasi hal tersebut

5. Perencanaan teknologi untuk menyerap pelanggan baru.Jumlah kenaikan pelanggan baru akan tergantung kepada biayakomunikasi, performansi sistem, serta juga kecenderungan bisnis.Secara teknik harus dipikirkan upgrading sistem, teknik-teknikpengembangan kapasitas untuk BW yang terbatas pada layanansistem komunikasi bergerak.

Setelah menerimalaporan dari analis

ekonomi yangmeneliti kelayakan

ekonomi, tugasseorang engineer

untuk mewujudkanjaringan yang andaldari sisi kapasitas,

kualitas dengan biayaseefisien mungkin

Sebelum merencanakan sistem, seorang engineer harus memiliki pengetahuan yangmendalam mengenai dasar-dasar teknologi selular, yang meliputi struktur sel, channelasignment, cell splitting, sistem sel overlay, pemrosesan panggilan, konsep propagasiradio , dan berbagai prinsip lainnya.Seperti yang sudah dijelaskan dimuka, bahwa langkah pertama desain jaringantelekomunikasi selalu berdasar tentang estimasi apa yang akan terjadi pada masadatang terhadap jaringan yang hendak direncanakan. Dalam hal ini prediksi trafiktelekomunikasi merupakan hal penting yang pertamakali akan dilakukan.Filosofi umum dari desain jaringan telekomunikasi adalah mendapatkan performansiterbaik dengan minimal cost. Performansi radio meliputi kualitas kanal fisik untukkontrol / signalling dan juga kanal fisik suara. Dalam kaitan ini, ukuran dari kualitastransmisi adalah S/(I+N) atau biasa disebut RF signal to impairement ratio.Seorang RF enginner harus menganalisis 2 macam kondisi : (1), Pada kondisi yangterburuk, dan (2), Pada kondisi rata-rata yang dicapai oleh jaringan yang didesain.Dalam hal ini, kondisi performansi rata-rata akan menunjukkan ukuran persepsipelanggan mengenai kualitas yang akhirnya bermuara pada kepuasan pelanggan.Sedangkan analisis kondisi terburuk adalah untuk mencegah berbagai kasus terburukyang mungkin akan terjadi.

Lalu..


Sebelum merencanakan sistem, seorang engineer harus memiliki pengetahuan yangmendalam mengenai dasar-dasar teknologi selular, yang meliputi struktur sel, channelasignment, cell splitting, sistem sel overlay, pemrosesan panggilan, konsep propagasiradio , dan berbagai prinsip lainnya.Seperti yang sudah dijelaskan dimuka, bahwa langkah pertama desain jaringantelekomunikasi selalu berdasar tentang estimasi apa yang akan terjadi pada masadatang terhadap jaringan yang hendak direncanakan. Dalam hal ini prediksi trafiktelekomunikasi merupakan hal penting yang pertamakali akan dilakukan.Filosofi umum dari desain jaringan telekomunikasi adalah mendapatkan performansiterbaik dengan minimal cost. Performansi radio meliputi kualitas kanal fisik untukkontrol / signalling dan juga kanal fisik suara. Dalam kaitan ini, ukuran dari kualitastransmisi adalah S/(I+N) atau biasa disebut RF signal to impairement ratio.Seorang RF enginner harus menganalisis 2 macam kondisi : (1), Pada kondisi yangterburuk, dan (2), Pada kondisi rata-rata yang dicapai oleh jaringan yang didesain.Dalam hal ini, kondisi performansi rata-rata akan menunjukkan ukuran persepsipelanggan mengenai kualitas yang akhirnya bermuara pada kepuasan pelanggan.Sedangkan analisis kondisi terburuk adalah untuk mencegah berbagai kasus terburukyang mungkin akan terjadi.

Adalah cukup sulit untuk mencapai performansi yang diharapkanpada lingkungan komunikasi mobile yang sangat kompleks. Karena itudiharapkan seorang engineer memiliki berbagai pengetahuan untukmelakukan optimalisasi sistem yang nantinya akan melibatkanberbagai solusi kompromi dari berbagai kondisi trade off yang nantinyaakan dihadapi. Berbagai metoda optimalisasi jaringan komunikasibergerak seluler ini diberikan pada bagian selanjutnya.Tujuan Perencanaan Jaringan Selular...


Goal Kapasitas Coverage Kualitas

Perencanaan jaringandimulai dari alokasilebar pita frekuensiyang diberikanpemerintah kepadasuatu operator seluler.Alokasi lebar pitafrekuensi inilah yangdigunakan olehoperator untukmemberikan layanankomunikasi dengankualitas komunikasiyang sebaik-baiknyadan untuk sebanyak-banyaknya user.

Tujuan dari Perencanaan


Perencanaan jaringandimulai dari alokasilebar pita frekuensiyang diberikanpemerintah kepadasuatu operator seluler.Alokasi lebar pitafrekuensi inilah yangdigunakan olehoperator untukmemberikan layanankomunikasi dengankualitas komunikasiyang sebaik-baiknyadan untuk sebanyak-banyaknya user.

START

Analisa kapasitasyang dibutuhkanAtot = (Erlang)Kapasitas sistemdari BW yangdialokasikanAsel = (Erlang /sel)

Diagram Alir Perencanaan Sel

END

OPTIMASI Threshold Handover Daya Pancar Noise Figure, dll

Prediksi trafikyang dibutuhkansampai denganbeberapa tahunke depan(Analisisstatistikdemand)

Yes

Kapasitas

Kualitas


Analisa kapasitasyang dibutuhkanAtot = (Erlang)Kapasitas sistemdari BW yangdialokasikanAsel = (Erlang /sel)

Jumlah selAtot /Asel = (sel)

2,6SelLuasSelJariJariSelJumlah

PelayananAreaLuasSelLuas

Analisa PathlossAnalisa Link BudgetPerhitungan DayaFrequency Planning

KUALITASOKE ?

OPTIMASI Threshold Handover Daya Pancar Noise Figure, dll

YesNo

Coverage

Grade Of Service ( GOS ) Informasi tentang intensitas trafik selama jam sibuk akanmenjadi dasar untuk dimensioning sistem wireless pada nilai Grade OfService yang ditentukan

Grade Of Service adalah probabilitas panggilan ditolak (diblok)selama jam sibuk

Tabel GOS diperlukan untuk mengetahui berapa kanal yangdibutuhkan untuk minimum GOS yang dipersyaratkan

Jika sistem tidak didimensioning untuk mendukung trafik, makapanggilan akan sering tertolak ( GOS >> )

Dasar Teori Trafik


Informasi tentang intensitas trafik selama jam sibuk akanmenjadi dasar untuk dimensioning sistem wireless pada nilai Grade OfService yang ditentukan

Grade Of Service adalah probabilitas panggilan ditolak (diblok)selama jam sibuk

Tabel GOS diperlukan untuk mengetahui berapa kanal yangdibutuhkan untuk minimum GOS yang dipersyaratkan

Dalam lingkungan wireless, target desain GOS adalah 2% atau 5%[BOU]. Target 1% digunakan jika sistem wireless digunakan untukmelengkapi wireline pada aplikasi binis seperti pada low tier PCS.

Karakteristik Mobile Traffic Trafik mobile subscriber secara tradisional umumnya adalah 25 -35 mErlang selama jam sibuk

Jam Sibuk secara tradisional adalah sekitar jam 10 pagi, dan antarapk. 13.00 sd. 15.00

Pelanggan mobile sekarang memiliki karakteristik yangrelatif berubah... sedemikian :

Kata jam disini dalam konteks berarti adalah periode, dan tidak berarti /tidak selalu 60 menit

Dasar Teori Trafik


Trafik mobile subscriber secara tradisional umumnya adalah 25 -35 mErlang selama jam sibuk

Jam Sibuk secara tradisional adalah sekitar jam 10 pagi, dan antarapk. 13.00 sd. 15.00

Pelanggan mobile sekarang memiliki karakteristik yangrelatif berubah... sedemikian :

Pelanggan sekarang tidak didominasi oleh para pekerja yang memilikimobilitas tinggi yang melakukan panggilan saat jam kerja Jam sibuk sekarang cenderung bergeser ke pk. 16.00 sd. pk 19.00( memerlukan penelitian lebih lanjut ) Intensitas trafik tiap pelanggan sekarang cenderung meningkat

Tabel Trafik ... Tabel trafik yang mungkin digunakan dalam komunikasi wireless

Dasar Teori Trafik


Tabel trafik disusun dari suatu persamaan probabilitasContoh :Tabel Erlang B

N = total jumlah kanalA = intensitas trafik = t

Tabel Erlang B ...Tabel Erlang B tipikalnya umum digunakan dalam perencanaansistem wireless. Disebabkan karena sistem umumnya tidakmengakomodasi antrian untuk panggilan baru.Contoh :Berapa kanal yangdiperlukan untuk mendukung100 user untuk mencapaiGOS 2%, jika rata-rataintensitas trafik seorang useradalah 30 mE

Dasar Teori Trafik


Contoh :Berapa kanal yangdiperlukan untuk mendukung100 user untuk mencapaiGOS 2%, jika rata-rataintensitas trafik seorang useradalah 30 mE

Kapasitas JaringanAnalisis statistik pertumbuhan pelanggan diperlukan untuk estimasijumlah pelanggan pada waktu-waktu mendatang.Ukuran sel yang kita rancang, harus mampu melayani sejumlah useryang diprediksikan pada suatu daerah ( traffic demand )Demand trafik selalu dihitung sampai beberapa tahun kedepan ( 5 tahun,10 tahun, dsb ) untuk mengamankan investasi dan tergantung juga dariprospek bisnis, efisiensi berkaitan dengan laju perkembangan teknologi,dsb.Umumnya untuk penentuan lokasi, dan jaringan fixed kabel (jika ada)akan direncanakan untuk waktu yang lebih panjang dibandingkandengan jaringan perangkat radionya.

Traffic Demand


Analisis statistik pertumbuhan pelanggan diperlukan untuk estimasijumlah pelanggan pada waktu-waktu mendatang.Ukuran sel yang kita rancang, harus mampu melayani sejumlah useryang diprediksikan pada suatu daerah ( traffic demand )Demand trafik selalu dihitung sampai beberapa tahun kedepan ( 5 tahun,10 tahun, dsb ) untuk mengamankan investasi dan tergantung juga dariprospek bisnis, efisiensi berkaitan dengan laju perkembangan teknologi,dsb.Umumnya untuk penentuan lokasi, dan jaringan fixed kabel (jika ada)akan direncanakan untuk waktu yang lebih panjang dibandingkandengan jaringan perangkat radionya.ATOT = Jumlah estimasi user x Trafik rata-rata per-user

KRFkanalSimultanUserJumlah

BWBWN

RFkanalandialokasikyang 1/

1

Kapasitas jaringan akan tergantung kepada lebar pita(bandwidth) yang diberikan, serta pada efisiensi spektral komunikasiyang bersangkutan yang akan diimplementasikan.Jumlah user yang bisa dilayani tiap sel untuk bandwidth tertentu yangdialokasikan adalah didefinisikan secara umum sebagai berikut :

dimana,N = Jumlah user yang bisa dilayani tiap selK = Ukuran kluster

Kapasitas Jaringan


dimana,N = Jumlah user yang bisa dilayani tiap selK = Ukuran kluster

Contoh :Suatu operator sistem seluler mengalokasikan pita selebar 10 MHz untuk sistemDCS1800. Berapa kapasitas sistem jika diketahui lebar pita 1 kanal RFDCS1800 adalah 200 kHz, jumlah user simultan untuk satu kanal RF adalah 8user, serta ukuran kluster untuk DCS1800 adalah = 3

Kapasitas trafik per-sel( Erlang / sel )

Dari perhitungan sebelumnya,didapatkan jumlah user perseluntuk melayani sejumlah N user.Selanjutnya untuk dedicatedcommunication dapat dilihat daritabel Erlang-B denganspesifikasi GOS yangdipersyaratkan untuk melihatkapasitas Erlang per-sel

( ASEL )Kapasitas Jaringan


Dari perhitungan sebelumnya,didapatkan jumlah user perseluntuk melayani sejumlah N user.Selanjutnya untuk dedicatedcommunication dapat dilihat daritabel Erlang-B denganspesifikasi GOS yangdipersyaratkan untuk melihatkapasitas Erlang per-sel

Dedicated communication : 1 user memerlukan 1 kanal khusus untukberkomunikasi

Jumlah Sel Yang Dibutuhkan ...Jumlah sel yang dibutuhkan di suatu daerah akhirnya akan bergantungkepada demand trafik di daerah tersebut. Dalam hal ini semakin besardemand trafik akan semakin banyak pula sel yang dibutuhkan.Selain itu, jumlah sel tergantung pula kepada kapasitas Erlang tiap seldengan suatu hubungan :

ATOT= Jumlah trafik total disuatu wilayahASEL = Kapasitas Erlang tiap sel ( tergantungkepada efisiensi spaktral siskomber yang

dimplementasikan

Kapasitas Jaringan


SELTOT

SEL AA ATOT= Jumlah trafik total disuatu wilayahASEL = Kapasitas Erlang tiap sel ( tergantungkepada efisiensi spaktral siskomber yang

dimplementasikan

Luas Sel dan Jari-Jari Sel ...

SELSELDaerahLuasL

Luas sel tentunya adalah luas daerah pelayanan dibagi denganjumlah sel yang terhitung dari bagian sebelumnya...

Sehingga, jari-jari sel akan dapat dihitung dari pengertian bahwauntuk sel heksagonal di ketahui hubungan :

Kapasitas Jaringan


Sehingga, jari-jari sel akan dapat dihitung dari pengertian bahwauntuk sel heksagonal di ketahui hubungan :

2sel R2,6L

Perencanaan daya yang kemudian akan dilakukan harus dapatmenjangkau sejarak jari-jari sel tersebut dengan kualitas sinyal tertentuyang tergantung dari ambang batas yang dipersyaratkan.

Untuk daerah dengan distribusi trafik non-uniform (kondisiumum), daerah pelayanan akan diklasifikasikan berdasarkan kepadatanuser. Sehingga ukuran sel untuk masing-masing daerah klasifikasi tersebutakan berbeda.

rural area

Kapasitas Jaringan


urbanarea

suburbanarea

CoverageSalah satu tujuan perencanaan jaringan komunikasi bergerak wirelessadalah memberikan layanan komunikasi pada cakupan (coverage) yang sudahditentukan. Cakupan yang ditentukan tergantung kepada kapasitas yanghendak dicapai, seperti yang sudah kita bahas pada bagian sebelumnya.Pembahasan topik coverage akan dimulai dari pertanyaan : Berapa dayapancar yang diperlukan untuk menjangkau sisi terluar sel ? Jawaban daripertanyaan ini akan dijawab dalam perhitungan Link Budget.Perhitungan link budget mengharuskan seorang engineer untuk mengetahuiberbagai redaman, loss, margin, serta gain-gain sepanjang lintasan daya untukkomunikasi uplink dan downlink.Secara prinsipil, daya yang ada di penerima harus selalu lebih besar atausama dengan level daya ambang yang telah dipersyaratkan. Dan menjadi tugasengineer adalah merencanakan (1) berapa daya yang dipancarkan, (2) berapamargin yang diperlukan untuk mengakomodasikan terjadinya fading daninterferensi, dan (3) mengestimasi loss propagasi sejarak jari-jari sel.Perhitungan yang semakin akurat akan semakin baik disebabkan karenaperhitungan link budget berkaitan dengan kelas-kelas daya dari perangkatsistem yang kita rencanakan


Salah satu tujuan perencanaan jaringan komunikasi bergerak wirelessadalah memberikan layanan komunikasi pada cakupan (coverage) yang sudahditentukan. Cakupan yang ditentukan tergantung kepada kapasitas yanghendak dicapai, seperti yang sudah kita bahas pada bagian sebelumnya.Pembahasan topik coverage akan dimulai dari pertanyaan : Berapa dayapancar yang diperlukan untuk menjangkau sisi terluar sel ? Jawaban daripertanyaan ini akan dijawab dalam perhitungan Link Budget.Perhitungan link budget mengharuskan seorang engineer untuk mengetahuiberbagai redaman, loss, margin, serta gain-gain sepanjang lintasan daya untukkomunikasi uplink dan downlink.Secara prinsipil, daya yang ada di penerima harus selalu lebih besar atausama dengan level daya ambang yang telah dipersyaratkan. Dan menjadi tugasengineer adalah merencanakan (1) berapa daya yang dipancarkan, (2) berapamargin yang diperlukan untuk mengakomodasikan terjadinya fading daninterferensi, dan (3) mengestimasi loss propagasi sejarak jari-jari sel.Perhitungan yang semakin akurat akan semakin baik disebabkan karenaperhitungan link budget berkaitan dengan kelas-kelas daya dari perangkatsistem yang kita rencanakan

max Tx power pertraffic channel, Pt (dBm)

Loss kabel, konektor ,dan combiner (dB)

Gain antena Tx (dB)Tx EIRP per traffic channel

(dBm)

Loss Propagasi (dB)

Receiced Signal Power(dBm)

Gain antena Rx (dB)Loss kabel, konektor ,

dan filter (dB)

Daya input ke receiver(dBm)

Fading Margin (dB)Sensitivitas Receiver

(dBm)

Spectral Noise Figure

Noise power spectral density,No (dBm/Hz)

Efective noise powerspectral density

C/No

Diagram LevelCoverage


max Tx power pertraffic channel, Pt (dBm)

Loss kabel, konektor ,dan combiner (dB)

Gain antena Tx (dB)Tx EIRP per traffic channel

(dBm)

Loss Propagasi (dB)

Receiced Signal Power(dBm)

Gain antena Rx (dB)Loss kabel, konektor ,

dan filter (dB)

Daya input ke receiver(dBm)

Fading Margin (dB)Sensitivitas Receiver

(dBm)

Spectral Noise Figure

Noise power spectral density,No (dBm/Hz)

Efective noise powerspectral density

C/No

Contoh perhitungan link budget.... Perhitungan dilakukan untuk uplink dan downlink Gain-gain dijumlahkan, loss-loss dikurangkan ...

Coverage


Contoh perhitungan link budget.... Area yang berbeda membutuhkan persyaratan daya yang berbeda Pathloss total diambil nilai yang terkecil (kondisi uplink, karenalebih terbatas dayanya ), kemudian dimasukkan ke dalam rumusempirik pathoss yang dipakai

Coverage


Kualitas Jaringan Kualitas sistem seluler di tunjukkan oleh parameter BER (bit errorrate),availabilitas cakupan , dan juga oleh probabilitas blocking.

Desain pertama jaringan selular adalah berdasarkan atas trafik yangingin dicapai , dalam hal ini mengacu pada probabilitas blocking.

Untuk parameter kualitas berikutnya, BER akan berkorelasi denganthreshold, dan availability berkorelasi dengan margin fading yangdiberikan. Lihat kembali modul sebelumnya tentang fading margin !!

Pemilihan perangkat RF juga menempati posisi penting dalam halmemperbaiki kinerja sistem dengan jalan memperkecil Noise Figureperangkat RF.


Kualitas sistem seluler di tunjukkan oleh parameter BER (bit errorrate),availabilitas cakupan , dan juga oleh probabilitas blocking.

Desain pertama jaringan selular adalah berdasarkan atas trafik yangingin dicapai , dalam hal ini mengacu pada probabilitas blocking.

Untuk parameter kualitas berikutnya, BER akan berkorelasi denganthreshold, dan availability berkorelasi dengan margin fading yangdiberikan. Lihat kembali modul sebelumnya tentang fading margin !!

Pemilihan perangkat RF juga menempati posisi penting dalam halmemperbaiki kinerja sistem dengan jalan memperkecil Noise Figureperangkat RF.

3214

213

12

1 GGG1F

GG1F

G1FFFs

Kualitas Jaringan

TekTransSel-Modul#13 Sensitivitas lebih baik !!

Modul : 13 TEKNIK TRANSMISI SELULER Konsep Perencanaan Sistem Cellular Slide2Slide3Slide4Slide5Slide6Slide7Slide8Slide12Slide13Slide14Slide15Slide16Slide17Slide18Slide19Slide20Slide21Slide22Slide23Slide24Slide25Slide26Slide27

Modul-13 Teknik Transmisi Seluler

Documents