Teori CDMA Dari Telkom

Analisis Performansi Jaringan CDMA

Oleh : Hazim Ahmadi *)

Memang menyebalkan kalau saat berbicara di telepon seluler untuk urusan penting tiba – tiba hubungan telepon kita terputus dan ketika mau menghubungi lagi sulit mendapatkan saluran. Bagi operator penyelenggara jaringan hal seperti ini harus diwaspadai kalau tidak ingin pelanggannya dengan mudah berpindah ke operator lain. Sedangkan bagi para insinyur telekomunikasi ada baiknya untuk mengetahui mengapa hal ini terjadi apalagi bagi kalangan yang ingin lebih dalam memahami dunia seluler.

Permasalahan unjuk kerja pada jaringan yang masih baru, sering dialami oleh operator telekomunikasi seluler baik yang berbasis GSM maupun CDMA. Kejadian seperti dropcall ketika sedang berbicara, gagal hand off, atau call set up yang lama adalah hal yang biasa ditemui. Banyak faktor yang berkontribusi terhadap kejadian tersebut, baik karena perancangan sisi radio atau perencanaan PN, peramalan trafik yang tidak tepat, perencanaan link budget yang kurang, dan pada ujungnya adalah karena desain jaringan yang tidak optimal. Dalam tulisan ini akan dipaparkan mengenai berbagai hal yang mempengaruhi unjuk kerja jaringan CDMA beserta pemecahannya.

Istilah CDMA

Sebelum dibahas lebih lanjut ada beberapa istilah yang akan digunakan dalam analisis yang harus dipahami dulu. Disini digunakan terminologi mobile station (MS) untuk menyatakan terminal secara umum apakah terminal bergerak ataukah tidak. Sedangkan base station kadang sering digunakan untuk menyatakan entitas BTS.

Eb/I0 atau Eb/N0 merupakan perbandingan antara 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/I0 akan makin memberikan performansi yang lebih baik.

FER (frame error rate) suatu perbandingan antara frame error terhadap frame yang diterima dengan baik. Merupakan parameter yang digunakan untuk mengukur permasalahan kualitas suara dan cakupan layanan. Nilai FER direpresentasikan dalam prosentase, misalnya 2% artinya hanya 2 frame dari 100 frame yang dikirimkan diperbolehkan mengalami kesalahan. FER pada sistem CDMA yang baik adalah nilainya rendah baik untuk arah BTS ke terminal MS (forward) maupun arah terminal MS ke BTS (reverse).

Menentukan Jumlah BTS Berdasarkan Volume Trafik & Coverage area

Penjelasan:
Menentukan Jumlah BTS Berdasarkan Volume Trafik
Prediksi volume trafik (Erl) = Jumlah calon user (sst) x Proyeksi Erlang per user (Erl)
Beban trafik per sektor per 3 FA = Prediksi volume trafik (Erl) / Jumlah sektor
Kebutuhan TCH per sektor dengan HO 30% = Kebutuhan TCH per sektor per 3FA dg GOS 2% x 1.3
Jumlah kebutuhan TCH dengan HO + Control CH = Kebutuhan TCH per sektor dengan HO 30% + Jumlah Control CH per sektor
Jumlah BTS yang harus dibangun bdsk kapasitas = (Jumlah kebutuhan TCH dengan HO + Control CH) / Kapasitas kanal per sektor per 3FA
Jumlah kebutuhan TCE per sektor = Kapasitas kanal per sektor per 3FA x (h2/h1)
Jumlah kebutuhan TCE per BTS = Jumlah kebutuhan TCE per sektor x 3
Jumlah kebutuhan CEMA/BTS = Jumlah kebutuhan TCE per BTS / 54

Tabel Erlang

Menghitung Path Loss & Radius Cell

Penjelasan :
HATA PROPAGATION MODEL
Menentukan Path Loss (L50)
a(hm) Dense Urban = 3.2*(LOG(11.75*hm (m)))^2-4.97
a(hm) Urban = (1.1*LOG(f (MHz))-0.7)*hm (m)-(1.56*LOG(f (MHz))-0.8)
L50(du) - (dB) = C1+C2*LOG(f (MHz)-13.82*LOG(hb (m))-a(hm) Dense Urban+(44.9-6.55*LOG(hb (m)))*LOG(r (km))+Cm
L50(u) - (dB) =  C1+C2*LOG(f (MHz)-13.82*LOG(hb (m))-a(hm) Urban+(44.9-6.55*LOG(hb (m)))*LOG(r (km))+Cm
L50(su) - (dB) = L50(u) (dB) - 2*(LOG(f (MHz)/28))^2-5.4
L50(rt) - (dB) = L50(u) (dB) -4.78*(LOG(f (MHz))^2+18.33*LOG(f (MHz))-40.94

Menghitung Kapasitas CDMA

Penjelasan :
Menentukan Kapasitas Maximal dan Nominal (M)
Processing gain (numeric) =  (Chip rate (Kcps)/Information rate (Kbps))
Processing gain (dB) = 10*LOG(Processing gain (numeric))
Eb/It (numeric) = 10^(Eb/It (dB)/10)
M maximum (omni) = (Processing gain (numeric)*Power control factor) / (Eb/It (numeric)*vf*(1+f))
M nominal / cell = (Processing gain (numeric)*Power control factor*Gain sektoral antena*Loading factor)/(Eb/It (numeric)*vf*(1+f))
M nominal / sector = (M nominal / cell)/3

MODEL-MODEL PROPAGASI PADA JARINGAN SELULER

Silahkan sobat pahami dan perhatikan terlebih dahulu hal-hal dibawah ini sehingga nantinya sobat mampu menghitung path loss antara BTS dengan MS pada berbagai lingkungan dan frekuensi yang dipakai dan mampu mendesain suatu jaringan telekomunkasi bergerak.

1. Sasaran disain paling penting dari jaringan seluler/PCS adalah :  menyediakan cakupan radio seluas-luasnya (near-ubiquitous).
2. Salah satu konsideran paling krusial dalam proses perencanaan cakupan radio adalah PROPAGATION MODEL.
3. Akurasi prediksi oleh suatu model propagasi tergantung pada kemampuannya menghitung/memperhitungkan detil daerah lapang, tumbuh2an dan bangunan-bangunan.
4. Akurasi ini sangat penting dalam menentukan PATH LOSS, dan o.k.i. ukuran sel dan kebutuhan infrastruktur dari jaringan seluler/PCS.
5. OVER ESTIMATION akan menyebabkan penggunaan sumber-sumber daya jaringan yang tidak efisien.
6. UNDER ESTIMATION akan menghasilkan cakupan radio yang buruk.
7. Model-model propagasi umumnya cenderung menyederhanakan kondisi propagasi yang sebenarnya, dan bisa sangat tidak akurat di dalam lingkungan daerah metropolitan yang kompleks.
8. Model-model propagasi empiris hanya memberikan petunjuk umum dan terlalu sederhana untuk disain jaringan yang akurat.
9. Oleh karena itu, pengukuran lapangan yang akurat harus dilakukan untuk memberikan informasi mengenai cakupan radio di daerah urban.
10. Propagasi radio di daerah urban sangat dipengaruhi oleh SHADOWING. Untuk memastikan bahwa level sinyal dalam 90% area sel sama atau di atas ambang yang ditetapkan, suatu SHADOW FADING MARGIN harus ditambahkan dalam link budget.
11. Faktor kritis lain yang mempengaruhi cakupan radio adalah PENETRATION LOSS untuk bangunan dan kendaraan.
12. Disainer sebaiknya mengasumsikan PENETRATION LOSS yang tinggi, untuk memastikan kualitas layanan yang baik.

Kanal Rayleigh Fading pada Komunikasi CDMA

Tulisan ini akan membahas tentang kanal Fading yang sangat berpengaruh pada komunikasi bergerak, pada tulisan ini dibahas Kanal Rayleigh Fading yang merupakan model yang paling banyak dipakai untuk mensimulasikan suatu sistem. Sistem spread spectrum memiliki banyak kelebihan diantaranya mampu menghilangkan pengaruh akibat multipath fading. Pada time domain, perlawanan terhadap multipath berdasar pada fakta bahwa bentuk sinyal PN yang terdelay akan mempunyai korelasi yang lemah dengan sinyal PN yang asli, dan akan muncul sebagai pemakai yang tidak berkorelasi sehingga akan diabaikan oleh penerima. Fenomena Fading yang terjadi dapat dimodelkan secara matematis menurut distibusi Rayleigh, dan lebih dikenal dengan Rayleigh Fading Model. Multipath fading yang menjadi masalah pada sistem komunikasi bergerak dapat dikurangi dengan memakai sistem Direct Sequence-CDMA yang menggunakan penerima jamak dan mengatur penerima-penerima tersebut untuk mendapatkan sinyal yang diinginkan yang disebut RAKE Receiver. 

Fading

Fading merupakan karakterisktik utama dalam propagasi radio bergerak. Fading dapat didefinisikan sebagai perubahan fase, polarisasi dan atau level dari suatu sinyal terhadap waktu. Definisi dasar dari fading yang paling umum adalah yang berkaitan dengan mekanisme propagasi yang melibatkan refraksi, refleksi, difraksi, hamburan dan redaman dari gelombang radio. Pada sistem komunikasi bergerak terdapat dua macam fading yaitu short term fading dan long term fading. 

Short term fading sebagian besar disebabkan oleh pantulan multipath suatu gelombang transmisi oleh penghambur lokal seperti rumah-rumah, gedung-gedung dan bangunan lain atau oleh halangan lain seperti hutan (pepohonan) yang mengelilingi suatu unit bergerak tetapi tidak oleh gunung atau bukit yang terletak diantara lokasi pemancar dan penerima. Berikut beberapa kondisi yang memberikan gambaran mengenai fenomena short term fading tersebut.

Kondisi I : Penerima dalam keadaan diam, dikelilingi oleh beberapa obyek yang bergerak seperti kendaraan lain (Gambar 1). Sinyal yang diterima akan menunjukkan adanya fading yang bergantung pada laju kendaraan dan jarak dari kendaraan-kendaraan tersebut terhadap unit penerima bergerak.

Gambar 1. Kondisi 1 : Unit Penerima dalam keadaan diam

Kondisi II : Unit penerima bergerak dengan kecepatan V, dianggap tidak ada penghambur diantara pemancar dan penerima (Gambar 2). Sinyal yang datang dengan sudut phase ? pada penerima :

Sr = A exp[j(2pftt - bx cos q )] (1)  

dimana : 

b= 2  p/l

ft = Frekuensi Transmisi

x = v * t (jarak perpindahan)

A = Amplitudo

Tantangan Aplikasi Wireless Generasi 3 (3G)

Sobat, berikut saya tuliskan artikel yg cukup bagus yang saya dapat saat mengikuti training.

Telah banyak menjadi pembicaraan saat ini bahwa telah terjadi revolusi dalam perkembangan teknologi informasi. Bahkan dikatakan pada saat ini telah terjadi evolusi teknologi informasi seiring dengan berkembang pesatnya teknologi dan layanan komunikasi bergerak di dunia (mobile evolutions) [1]. Hal ini ditunjukkan dengan terus bertambahnya ribuan subscriber baru ke dalam jaringan wireless di dunia. Para ahli, pengembang aplikasi, dan pelaku bisnis utama di bidang ini kemudian membentuk forum studi dan diskusi untuk merumuskan standar teknologi jaringan dan aplikasi yang mendukung perkembangan teknologi ini. Forum tersebut hingga saat ini telah merumuskan arah perkembangan dan standar teknologi wireless generasi-3 (3G) yang diharapkan dapat diterapkan pada pertengahan 2002 nanti. [1]

1. Sejarah Jaringan Wireless/ Telepon Seluler
Sejarah perkembangan teknologi jaringan wireless hingga saat ini dibagi menjadi 3 generasi yang masing-masing disebut generasi-1 (1G), generasi-2 (2G), dan generasi-3 (3G). Generasi-1 dimulai pada akhir tahun 1970-an di Amerika (di Eropa pada awal tahun 1980-an). Advanced Mobile Phone Service (AMPS) pertama kali diperkenalkan di New Jersey dan Chicago pada tahun 1978. AMPS merupakan sistem telepon wireless analog yang, untuk ukuran waktu itu, cukup sukses di Amerika. AMPS berhasil memberikan pelayanan telepon bergerak yang dapat menjangkau sebagian besar daratan Amerika Serikat. Namun AMPS masih banyak memiliki kelemahan, yaitu antara lain dalam hal mobilitas pengguna yang sangat terbatas karena belum adanya kemampuan handover yang menyebabkan pembicaraan dari pengguna akan segera terputus apabila dia berada di luar jangkauan area, efisiensi yang sangat kecil karena keterbatasan kapasitas spektrum yang menyebabkan hanya sedikit pengguna saja yang dapat berbicara dalam waktu bersamaan, dan sistem ini tidak dapat dioptimasi lebih lanjut karena keterbatasan kemampuan kompresi dan coding data. Selain dari hal-hal tersebut, sistem ini harus mempergunakan perangkat dan peralatan yang berat dan tidak praktis serta masih sangat mahal untuk ukuran waktu itu. Generasi-1 telepon wireless untuk kawasan Eropa ditandai dengan diluncurkannya paling tidak 9 standar sistem analog di awal tahun 1980-an, seperti Nordic Mobile Telephony (NMT) di Skandinavia, Total Access Communications System (TACS) di Inggris, C450 di Jerman, dll., dimana satu sama lain tidak saling berinterkoneksi.  Banyaknya standar jaringan yang muncul menjadikan kemampuan jelajah dari masing-masing jaringan yang sangat terbatas disamping efisiensi dari sistem sendiri yang masih sangat kecil.

Generasi-2 (2G) telepon wireless dipelopori dari kawasan Eropa yang diawali pada kebutuhan bersama terhadap satu sistem jaringan baru yang dapat menjadi standar jaringan yang berlaku dan dapat diterapkan di seluruh kawasan Eropa.  Dalam sistem baru juga harus terdapat kemampuan yang dapat mengantisipasi mobilitas pengguna serta kemampuan melayani lebih banyak pengguna untuk menampung penambahan jumlah subscriber baru. Karena hal ini tidak dapat dilakukan dengan mempertahankan sistem analog, maka kemudian diputuskan untuk merombak sistem dan menggantinya dengan sistem digital. Standar baru diperkenalkan dengan nama Global Standard for Mobile Communications (GSM). GSM pada awalnya adalah kepanjangan dari Groupe Speciale Mobile, sebuah badan gabungan dari para ahli yang melakukan studi bersama untuk menciptakan standar GSM tersebut. Generasi-2 (2G) di Amerika Serikat ditandai dengan diluncurkannya standar jaringan baru yang juga bersistem digital yang diberi nama Digital AMPS (D-AMPS) (disebut juga TDMA – Time Division Multiple Access). Sistem digital lainnya yang muncul di Amerika adalah IS-95 atau cdma-One, yang merupakan sistem digital yang berbasis teknologi CDMA (Code Division Multiple Access) dan diperkenalkan oleh Qualcomm pada pertengahan 1990-an. Untuk negara-negara di benua Asia, pertama kali mereka mengadopsi sistem telepon wireless digital dengan menerapkan teknologi jaringan GSM. Khusus di negara Jepang, berkembang sistem Personal Digital Cellular (PDC) yang mereka kembangkan sendiri dan hanya berlaku di negeri itu. Jepang sendiri hingga saat ini telah mengembangkan sendiri sistem digital selulernya hingga meninggalkan negara-negara di kawasan lainnya ditandai dengan kemajuan layanan dan terus bertambahnya jumlah subscriber di jaringan mereka, namun demikian sistem yang mereka kembangkan tetaplah sistem yang eksklusif dan hanya berlaku di Jepang saja. [1]

LOADING FACTOR, POWER CONTROL, DAN KAPASITAS PADA CDMA

Cell Loading Factor

• Umumnya suatu sinyal mobile sampai di antena BTS kira-kira 14 dB di bawah thermal (IS-95, Mobile environment, 9,6 kbps).
• Mobile harus bersaing dengan thermal noise, jammer, dan noise pengguna mobile lain.
• Jika jumlah daya dari pengguna-pengguna mobile sama dengan thermal noise, berarti sistem telah dibebani 50 %

Power Control
Mengapa perlu Power Control ?

karena CDMA adalah interference-limited system.  Daya pancar dari setiap MS harus dikontrol untuk membatasi interferensi. Tetapi, level daya harus cukup kuat untuk menjamin kualitas suara (FER) yang baik. atau dengan kata lain untuk mengatasi masalah Near and Far.

CDMA RADIO LINK PROSES

CDMA Radio link proses (1)

CDMA Radio link proses (2)

VARIABLE RATE VOCODER

• Tipe Vocoder :  8K CELP, 13K CELP dan 8K EVRC
• Vocoder Rate Set : Rate Set 1 dan Rate Set 2
• Rate Set 1
• Full Rate    :  9600 bps
• Half Rate    :  4800 bps
• Quarter Rate    :  2400 bps
• Eighth Rate    :  1200 bps

Kode-Kode Dalam CDMA

Masih seputar teori dasar CDMA, sekarang saya mencoba mengulas mengenai kode-kode dalam CDMA yaitu meliputi kode Walsh Code, kode PN Code, Long PN Code & Short PN Code. Tapi terlebih dulu kita pahami dulu sifat/tipe suatu kode apakah orthogonal atau korelasi


Korelasi Dan Orthogonal

• Korelasi adalah ukuran kesamaan diantara dua deretan kode.
• Dua deretan kode dikatakan ORTHOGONAL, apabila korelasi kedua deretan kode tersebut = 0.

WALSH CODE

• Walsh code digunakan untuk mengidentifikasi MS secara individual ketika menempati band frekuensi yang sama pada arah down-link.
• CDMA IS-95 menggunakan Walsh Code yang terdiri dari 64 binary sequence, di mana satu kode dengan kode yang lain bersifat orthogonal.
• Walsh code dibangun dari matrik Hadamard, sebagai berikut: 

Teori Dasar dan Perkembangan DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access)

Pendahuluan 

DS-CDMA adalah salah satu teknik akses spread spectrum yang mempunyaikelebihan kebal terhadap interferensi dan jamming. Teknologi ini pertama kali digunakan pada militer dan kemudian dikembangkan ke komunikasiluar angkasa. Pada tahun 1995, CDMA mulai digunakan secara komersial terutamasesudah diperkenalkannya standard IS-95 pada tahun 1992 oleh QUALQOMM.Sistim ini rencana akan digunakan oleh Komselindo [1]. Tulisan ini membahasteori dasar CDMA, kelebihan serta kemungkinan masa depannya.

Prinsip Dasar Spread Spectrum

Spread spectrum adalah teknik memancarkan sinyal pada pita frekuensiyang jauh lebih lebar dari pita frekuensi yang dibutuhkan pada transmisistandard (misal; TDMA, FDMA). Sebagai contoh adalah CDMA IS-95 menggunakanlebar pita frekuensi 1.25 MHz, sedangkan AMPS hanya 30 kHz untuk menyalurkansinyal suara. Proses pelebaran pita frekuensi ini disebut dengan spreading.Terdapat 2 teknik utama dalam spread spectrum yaitu frequencyhopping dan DS-CDMA (yang lebih dikenal sebagai CDMA saja diperlihatkanpada gambar 1.

Frequency hoping diperoleh dengan merubah-rubah frekuensi pembawaberdasarkan waktu dengan pola yang mendekati acak, pseudo random.Sedangkan CDMA diperoleh dengan memodulasi sinyal informasi dengan spreadingsequence yang dikenal sebagai pseudo noise (PN) sinyal digitalyang menjadikan sinyal informasi berpita lebar dan berbentuk seperti derau (noise).

 

Gambar 1. Bentuk spektrum sinyal Frequency Hoping dan CDMA.

Teori dasar CDMA

Setiap kanal/pengguna (user) pada CDMA menggunakan waktu danfrekuensi secara bersamaan. Untuk membedakan setiap kanal/pengguna makadigunakan kode yang unik yang juga digunakan untuk melebarkan sinyal. Kodeini disebut Pseudo Random Noise (PN Code) yang merupakan deretandata berkecepatan tinggi yang berharga polar (-1 & +1) ataunon polar (0 & 1). Proses dasar spreading dan despreading diperlihatkan gambar 2.