BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.idrepository.ittelkom-pwt.ac.id/226/4/BAB II.pdf · Akatel Sandhy Putra Purwokerto Laporan Tugas Akhir komputer atau ponsel. Setelah

BAB II DASAR TEORI D309021

Akatel Sandhy Putra Purwokerto Laporan Tugas Akhir

8

BAB II

DASAR TEORI

High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) adalah sebuah teknologi

upgrade pada sisi downlink dari Wideband Code Division Multiple Access

(WCDMA).

Pada awalnya Universal Mobile Telecomunication System (UMTS)

menerapkan teknologi WCDMA untuk berperan pada evolusi 3G pada jaringan

Global System for Mobile Communications (GSM). Dengan teknologi ini user

bisa memperoleh kecepatan transmisi data mencapai 2 Mbps pada kondisi yang

ideal, hal ini tentunya memungkinkan layanan berbasis packet switch dan circuit

switch. Namun pada kenyataannya kecepatan transmisi yang dapat dicapai hanya

sampai 384 kbps, sedangkan kebutuhan akan layanan yang memakan bandwidth

besar semakin meningkat, seperti mobile internet access, media streaming, dan

layanan lainnya. Perkembangan layanan-layanan baru dan kebutuhan konsumen

yang semakin meningkat, tentunya memerlukan teknologi baru yang dapat

memenuhinya, yaitu teknologi dengan kecepatan transmisi data yang lebih tinggi.

Sebagai solusi untuk masalah tersebut maka 3GPP sebagai badan resmi

pengembangan teknologi UMTS mencetuskan spesifikasi baru yakni release 5

yang merupakan layanan berbasis paket data. Teknologi ini dikenal dengan nama

High Speed Downlink Packet Access (HSDPA). Mengingat keterkaitan yang kuat

antara HSDPA dan WCDMA maka akan sangat perlu untuk mengenal konsep dan

9



arsitektur jaringan WCDMA terlebih dahulu sebelum beranjak ke pembahasan

HSDPA itu sendiri.

A. Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)

Teknologi ini cukup diminati di masyarakat, dengan salah satu

keunggulan baru dari telepon selular yang memiliki fitur video call yang

membuat kita dapat melihat lawan bicara kita pada saat melakukan panggilan.

Teknologi generasi ketiga (3G) ini dirancang untuk sistem komunikasi

multimedia. Teknologi ini memungkinkan people-to-people communication

dengan gambar yang berkualitas tinggi dan video berkualitas tinggi. Selain

itu, Jaringan ini juga dapat digunakan untuk mengirimkan berbagai macam

layanan seperti layanan suara, data, faksimili, ataupun multimedia lainnya.

Kemampuan efesiensi yang tinggi dan tahan terhadap interferensi adalah

salah satu keunggulan yang dimiliki oleh jaringan 3G ini, dengan kecepatan

transfer data yang tinggi bisa mencapai 384 Kbps membuat jaringan ini

semakin diunggulkan pada masanya. Teknologi WCDMA (3G) diterapkan

pada jaringan GSM (2G) yang sudah ada, proses ini disebut dengan

refarming.

1. Konsep WCDMA

Secara garis besar yang biasa disebut WCDMA adalah sistem

transmisi paket data text, suara, gambar dan multimedia yang akan

menyediakan layanan ke User Equipment (UE) baik digunakan untuk

10



komputer atau ponsel. Setelah jaringan UMTS diimplementasikan,

komputer dan telepon selular dapat terhubung ke Internet ketika mereka

berada dimanapun selama daerah tersebut masih tercakup oleh jaringan

tersebut, pelanggan akan mendapat akses melalui hubungan nirkabel

(wireless).

Dalam penerapannya WCDMA memiliki sepesifikasi yang sudah

disepakati standarnya pada 3rd Generation Partnership Project (3GPP)

yang merupakan proyek standarisasi bersama dari badan standardisasi

yang terdiri dari Eropa, Jepang, Korea, Amerika Serikat dan Cina.

Spesifikasi WCDMA adalah seperti pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 menunjukkan spesifikasi standar teknologi WCDMA

sesuai standar pada 3GPP. Ada berbagai parameter yang harus

dipertimbangkan dalam penerapan teknologi WCDMA, beberapa

parameter tersebut adalah sebagai berikut:

a. Duplex Mode

Duplex adalah teknik yang digunakan untuk memisahkan

transmisi uplink dan downlink. WCDMA mendukung dua mode

dasar operasi duplexing yaitu Frekuensi Division Duplex (FDD) dan

Time Division Duplex (TDD). Dalam modus FDD, frekuensi 5 MHz

secara terpisah digunakan untuk uplink dan downlink masing-

masing, sedangkan pada modus TDD hanya frekuensi 5MHz yang

di-timeshared antara uplink dan downlink. Uplink adalah sambungan

11



dari perangkat user ke base station, dan downlink adalah sambungan

dari base station ke perangkat user.

Frekuensi Division Duplex (FDD) adalah teknik dimana satu

kanal disediakan satu pasang frekuensi, dengan frekuensi kirim

dan terima dibedakan. Jarak antara frekuensi kirim dan terima ini

disebut Frekuensi Duplex Spacing.

Time Division Duplex (TDD) adalah teknik di mana dalam satu

kanal disediakan satu pasang waktu, yang mana waktu kirim dan

waktu terima dibedakan. Dalam TDD besar frekuensi kirim dan

frekuensi terima sama. Jarak atau spasi antara waktu kirim dan

terima disebut sebagai Time Duplex Spacing.[9]

Tabel 2.1 Spesifikasi WCDMA berdasarkan 3GPP[16]

Parameter Spesifikasi

Channel bandwidth 5 MHz

Operating frequency UL(1920-1980) ; DL(2110-2170)

Duplex mode FDD and TDD

Multiple access WCDMA

Modulation Uplink : BPSK

Downlink : QPSK

Chip rate 3.84 Mcps

Frame length 10 ms(38400 chips)

Number of slots / frame 15

Uplink Spreading factor

Downlink Spreading Factor

4-256

4-512

Power control Open and closed loop (1.5 kHz)

Handover Soft, Softer, and Hard Handover

12



b. Modulasi

Modulasi merupakan proses penumpangan suatu gelombang

periodik sehingga menjadikan suatu sinyal dapat membawa suatu

informasi. Dengan proses modulasi, suatu informasi bisa

dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa.

Informasi yang ditransmisikan terbagi dua yaitu data analog

dan data digital, oleh karena proses modulasi pun terbagi dua, yaitu:

Modulasi Analog adalah modulasi yang bekerja pada sinyal

analog. Sinyal analog merupakan sinyal data dalam bentuk

gelombang, yang membawa informasi dengan mengubah

karakteristik gelombangnya. Sinyal analog bekerja dengan

mentransmisikan suara dan gambar dalam bentuk gelombang.

Modulasi Digital adalah modulasi yang bekerja pada sinyal

digital. Sinyal digital adalah teknologi yang dapat mengubah

sinyal menjadi kombinasi bilangan 0 dan 1 yang biasa disebut

dengan bilangan biner, proses informasinya tergolong mudah,

cepat dan akurat.

Dalam WCDMA menggunakan dua tipe modulasi, yaitu

modulasi BPSK dan modulasi QPSK yang keduanya merupakan

jenis modulasi digital. Modulasi BPSK digunakan untuk komunikasi

arah atas (uplink) dan modulasi QPSK digunakan untuk komunikasi

arah bawah (Downlink).

13



BPSK adalah modulasi dengan sistem yang paling sederhana

dari PSK. Dengan menggunakan dua titik yang dipisahkan

sebesar 180° yang biasa disebut dengan sebutan 2-PSK.

QPSK yang biasa disebut dengan quadriphase PSK atau 4-PSK,

modulasi QPSK jenis ini menggunakan empat titik pada

diagram konstilasi, terletak di sekitar suatu lingkaran. Bentuk

diagram konstilasi tersebut diletakan seperti pada gambar 2.1

Dengan empat titik tersebut, QPSK dapat men-dekode 2 bit per

simbol yang berarti dua kali dari BPSK.[17]

Gambar 2.1 Diagram Konstilasi Modulasi QPSK[1]

c. Handover

Handover adalah suatu cara atau pemindahan daerah

pelayanan akibat pergerakan (mobilitas) pengguna. Pemindahan

daerah pelayanan tersebut terjadi baik dalam satu BTS, maupun

antar BTS bahkan antar MSC, tanpa adanya pemutusan hubungan

14



dan terjadi pemindahan frekuensi / kanal secara otomatis yang

dilakukan oleh sistem.

Untuk mendapatkan sel yang ditunjuk sebagai sasaran

handover maka MS dan BTS akan selalu melaporkan

pengukurannya mengenai kualitas dan kekuatan sinyal pada arah

downlink untuk stasiun bergerak dan arah uplink untuk BTS.

Pengukuran dan pelaporannya dilakukan secara periodik dalam

interval tertentu dan dikirim ke BSC dan MSC sebagai report.

Penyebab terjadinya handover adalah kualitas penerimaan

yang jelek atau nilai BER tinggi, daya terima rendah, jarak antara

MS dan BTS terlalu jauh, dan terdapat sel tetangga yang dapat

memberikan daya terima yang lebih baik.

Tujuan handover adalah memelihara koneksi selama proses

percakapan berlangsung dan menjaga hubungan antara MS dan BS

ketika MS melakukan perpindahan tepat dalam jarak tertentu.

Ada pula handover yang dilakukan dalam keadaan darurat /

terpaksa karena kondisi trafik yang sangat padat, handover seperti

ini disebut Forced Handover. Handover ini dilakukan meskipun

kualitas dan kekuatan sinyalnya dalam keadaan bagus, demi

menghindari panggilan jatuh akibat tidak mendapatkan kanal

trafik.[11]

Ada beberapa macam jenis handover, yaitu:

Hard Handover, UE melakukan perpindahan dari satu sel ke lain

yang memiliki frekuensi operasi yang berbeda, koneksi UE ke

15



Node B diputuskan terlebih dahulu dalam waktu yang sangat

singkat, dan kemudian koneksi yang baru dibangun dengan sel

lain.

Soft Handover, UE melakukan perpindahan tanpa memetuskan

hubungan dengan BTS, dari satu sel ke sel lain yang memiliki

frekuensi kerja yang sama tetapi scrambling code yang berbeda.

Softer Handover adalah kondisi soft handover yang terjadi pada

site yang sama.

d. Power Control

Power control pada teknologi WCDMA berguna untuk

mengontrol daya pancaran dari User Equipment ke Node B.

Tingkatan daya pancar akan diatur dengan sedemikian rupa agar

interferensinya tidak terlalu besar. Fungsi utama penggunaan power

control pada teknologi WCDMA yaitu untuk mendapatkan kualitas

komunikasi yang baik, mengurangi interferensi, dan memaksimalkan

kapasitas.

e. Fitur-Fitur Jaringan WCDMA

Ada beberapa fitur jaringan WCDMA, yaitu:

Kapasitas inisialisasi yang tinggi dan dukungan terhadap

pengembangan teknologi di masa mendatang baik dari segi

coverage maupun kapasitas.

16



WCDMA menawarkan layanan untuk packet switched dan

circuit switched. Mendukung layanan yang simultan pada tiap

mobile terminal karena setiap terminal WCDMA dapat

mengakses beberapa layanan yang berbeda pada saat yang

bersamaan.

Dapat diaplikasikan pada lingkungan interferensi yang tinggi.

Menyediakan kapasitas yang lebih besar daripada sistem

FDMA, TDMA, maupun Narrowband CDMA.

Kerahasiaan yang tinggi.

Penggunaan spektrum radio yang efisien

Akses layanan yang cepat.[5]

2. Arsitektur Jaringan WCDMA

Secara garis besar arsitektur WCDMA itu terdiri dari beberapa

elemen network yaitu Core Network, UTRAN, dan UE. Arsitektur

jaringan WCDMA tentunya sama dengan jaringan UMTS, bisa dilihat

pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Arsitektur Jaringan UMTS

Iu Uu

CORE NETWORK

UTRAN

UE

17



Gambar 2.3 Elemen-elemen arsitektur jaringan UMTS[13]

Gambar 2.3 menunjukan bahwa arsitektur jaringan WCDMA

terdiri dari berbagai macam perangkat-perangkat yang saling

mendukung satu sama lain, yaitu sebagai berikut:

a. User Equipment (UE)

User Equipment adalah perangkat yang dipakai oleh

pelanggan guna untuk memperoleh layanan komunikasi bergerak.

UE difasilitasi dengan smart card yang dikenal dengan nama

UMTS Subscriber Identity Module (USIM) yang berisi nomor

identitas pelanggan dan juga rangkaian algoritma untuk keamanan

seperti authentication algorithm dan encryption algorithm. Selain

memiliki USIM, UE juga dilengkapi dengan ME (Mobile

Equipment) yang berguna sebagai terminal radio yang digunakan

untuk komunikasi lewat radio.[20]

b. Core Network

Core Network adalah salah satu dari tiga elemen utama

UMTS, core network berfungsi sebagai mediator/penghubung

18



seluruh jaringan UMTS dengan jaringan yang lainnya, seperti

untuk fungsi switching/routing panggilan untuk komunikasi suara

sedangkan mengatur layanan packet switched pada penggunaan

komunikasi data. Komponen Core Network UMTS terdiri dari:

Mobile Switching Center (MSC) berfungsi sebagai media

switching untuk penggunaan layanan berbasis circuit switch

seperti video call.

Visitor Location Register (VLR) adalah bagian yang

merupakan database yang berisi setiap informasi sementara

mengenai user terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada

cakupan area jaringan tersebut.

Home Location Register (HLR) adalah bagian yang

merupakan database yang berisi data-data setiap informasi

pelanggan yang tetap. Data-data tersebut adalah berisi

layanan pelanggan, servis tambahan serta informasi mengenai

lokasi pelanggan yang paling akhir.

Serving GPRS Support Node (SGSN) adalah gerbang

penghubung antar jaringan BTS ke jaringan GPRS. Fungsi

SGSN adalah mengantarkan paket data ke Mobile Station,

Update data pelanggan ke HLR, dan registrasi pelanggan

baru.[20]

19



c. UMTS Terresterial Radio Access Network (UTRAN)

UTRAN adalah elemen kedua yang terdapat pada jaringan

UMTS, pada UTRAN terdiri dari beberapa komponen jaringan

yaitu Node B dan RNC.

Node B adalah perangkat yang berfungsi sebagai pemancar

dan penerima pada suatu titik area yang merupakan pemberi

jaringan/layanan ke UE pelanggan. Node B juga biasa disebut

dengan Base Station. Node B dapat melakukan berbagai

macam proses yang meliputi channel coding, interleaving,

spreading, de-spreading, modulasi, demodulasi dll.

Radio Network Controller (RNC) berfungsi sebagai

pengontrol radio resources pada UTRAN yang

mengendalikan beberapa Node B, menghubungkan Core

Network dengan pelanggan, dan merupakan tempat

berakhirnya protokol Radio Resource Control (RRC).[20]

d. External Network

CS network. Menyediakan koneksi circuit-switched,

seperti layanan telepon existing. ISDN dan PSTN

merupakan contoh jaringan CS.

PS Network. Menyediakan koneksi untuk layanan paket

data. Internet adalah salah satu contoh jaringan PS.[13]

20



e. Interface antar Elemen - Elemen Network

Selain elemen-elemen di atas terdapat pula beberapa

interface, yaitu : Cu, Uu, Iu, Iub dan Iur. Cu Interface merupakan

interface elektris antara smartcard USIM dan ME. Uu Interface

merupakan interface radio WCDMA yang menghubungkan antara

UE dan UTRAN. Uu adalah interface yang memungkinkan UE

mengakses bagian tetap (fixed part) dari sistem, oleh karena itu

mungkin merupakan interface yang paling penting dalam UMTS.

Iu Interface merupakan interface yang menghubungkan UTRAN

ke CN. Iur Interface merupakan interface yang memungkinkan

soft handover antar RNC. Iub Interface merupakan interface yang

menghubungkan Node B dan RNC.[13]

f. User-specific Packet Scheduling

Pada WCDMA, packet scheduler terdapat pada RNC.

WCDMA mendukung tiga jenis saluran transportasi yang dapat

digunakan untuk mengirimkan paket data yaitu common,

dedicated dan shared transport channels.

Common Channels (RACH/FACH) adalah Random Access

Channel (RACH) pada uplink dan Forward Access Channel

(FACH) pada downlink. Keduanya dapat membawa sinyal

data dan juga data pengguna di jaringan WCDMA.

Dedicated Channel (DCH) selalu merupakan saluran dua

arah dengan kedua koneksi uplink dan downlink, dikarenakan

21



Feedback channel, fast power control dan dan soft handover

dapat digunakan pada channel ini. Fitur-fitur ini

meningkatkan kinerja radio, dan mengurangi adanya

interferensi yang dihasilkan dari Common channel.

Downlink Shared Channel (DSCH) ditargetkan untuk

mentransfer paket data. Fungsinya adalah untuk membagi

saluran pyshical channel yaitu kode ortogonal antara banyak

pengguna dalam waktu tertentu. Pendekatan ini menyimpan

sejumlah kode downlink orthogonal karena beberapa

pengguna dapat berbagi kode. Jika Dedicated Channel yang

digunakan, maka kode ortogonal akan tersedia sesuai dengan

bit rate maksimum.[13]

B. High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA)

High-Speed Downlink Packet Access atau HSDPA adalah suatu

teknologi telekomunikasi yang diterapkan pada telepon selular yang

merupakan pengembangan lanjutan dari teknologi 3G, yang biasa disebut

dengan 3.5G. HSDPA ini merupakan evolusi dari sistem jaringan WCDMA

sehingga dapat menghasilkan kecepatan data yang jauh berbeda dengan

teknologi 3G, untuk HSDPA sendiri hanya digunakan untuk komunikasi arah

bawah (downlink).

HSDPA menggunakan penambahan pada saluran WCDMA yang lama

yaitu penambahan saluran High Speed Downlink Shared Channel (HS-

22



DSCH). Dengan kapabilitas yang mampu dicapai HSDPA sebesar 7.2 Mbps,

memungkinkan user untuk menggunakan layanan video streaming, video call,

dan lainnya melalui internet.

Keunggulan dari teknologi HSDPA dibandingkan dengan WCDMA

adalah terletak pada penjadwalannya, untuk HSDPA memiliki waktu delay

atau penundaan yang lebih singkat dalam memberikan feedback yang lebih

cepat pada saat user menggunakan layanan Internet dengan berbagai jenis

layanan yang membutuhkan data bit rate yang tinggi.

1. Konsep HSDPA

HSDPA memiliki tujuan utama yaitu untuk memaksimalkan user

throughput dalam melakukan transmisi paket data untuk sisi arah bawah

(downlink). Penambahan yang dilakukan pada HSDPA ini tidak

mengubah cara kerja dasar dari sisi UTRAN namun ada perbedaan yang

besar terjadi pada bagian Medium Access Control (MAC) yaitu adanya

penambahan entitas Medium Access Control High Speed (MAC-hs) pada

Node B.

Gambar 2.4 memperlihatkan perbedaan proses retransmisi paket

data antara WCDMA dan HSDPA yang merupakan pengaruh dari

penempatan layer MAC. Pada WCDMA penempatan layer MAC adalah

di sisi RNC, sedangkan pada HSDPA penempatan layer MAC-hs adalah

pada sisi Node B. Kondisi ini mengakibatkan suatu penjadwalan yang

cepat dan berdampak pada proses retransmisi yang cepat pula. Jika

23



pemberitahuan status ACK/NACK pada WCDMA harus berhubungan

dengan terminal RNC, maka HSDPA dalam konfirmasi status

ACK/NACK hanya sampai pada terminal Node B, sehingga

mempercepat proses retransmisi paket data. Untuk retransmisi paket data

pada sistem HSDPA ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.4 Retransmisi WCDMA vs HSDPA[16]

Gambar 2.5 Fast Retransmission[16]

24



Sistem yang digunakan untuk memperoleh kecepatan transmisi

paket data yang lebih cepat dengan mengembangkan teknologi WCDMA

yang sudah ada antara lain, Adaptif Modulation and Coding (AMC),

Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) dan fast scheduling.

a. Adaptive Modulation Coding (AMC)

AMC adalah istilah yang digunakan dalam komunikasi

nirkabel untuk menunjukkan pencocokan modulasi, coding dan

sinyal lain dan parameter protokol dengan kondisi pada link radio

(misalnya pathloss, interferensi karena sinyal yang datang dari

pemancar lain, sensitivitas penerima, dll).

AMC ini adalah salah satu teknologi utama yang diterapkan

pada HSDPA yang dapat menyebabkan HSDPA mencapai data rate

lebih tinggi dari teknologi sebelumnya. Pada WCDMA skema

modulasi konstan (M-PSK) dan fast power control masih digunakan

agar sesuai dengan kondisi kanal. Sedangkan pada AMC

menggunakan power konstan sementara, skema modulasi dan koding

yang berubah sesuai kondisi kanal sehingga dapat menyesuaikan

dengan kondisi kanal, sehingga throughput rata-rata dapat

ditingkatkan karena level MCS (Modulation and Coding Scheme)

yang diberikan semakin tinggi sesuai kondisi yang diinginkan

pengguna.[17]

25



b. Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ)

HARQ berguna untuk menambah performa dan menambah

ketahanan terhadap error pada link adaptation. Receiver akan

mengirim NACK melalui HS-DPCCH ketika menemukan error pada

paket data yang telah diterima dari akhir TTI HS-DSCH. Teknologi

HARQ mengkombinasikan Feed Error Correction (FEC) dan ARQ

untuk menngamankan informasi dari kegagalan transmisi untuk

keperluan decoding pada UE.

HARQ diimplementasikan pada layer MAC (Medium Access

Control) sebagai pengganti dari layer RLC (Radio Link Control)

pada penggunaan protokol transmisi data yang lain.[17]

Pada keadaan

normal NACK diminta kurang dari 10 ms pada layer MAC padahal

dengan RLC dibutuhkan antara 80-100 ms. Dengan menurunkan

delay pada proses retransmisi, protokol internet yang telah

diperkenalkan pada release 4 mudah diimplementasikan. Hal

tersebut mendukung diterapkannya berbagai aplikasi seperti internet

dan FTP. Untuk membatasi kompleksitas proses retransmisi, 3GPP

menetapkan protocol SAW (Stop and Wait). Protokol SAW bekerja

dengan cara mengirimkan suatu paket dan menunggu respon UE.

Yang menjadi masalah adalah jika sistem idle (diam) dan tidak

merespon. Agar efisien, 3GPP memilih protokol N-channel SAW.

Saat sebuah kanal N menunggu ACK atau NACK, kanal (N-1) terus

mengirimkan data. HARQ menggunakan buffer virtual untuk

26



mengirimkan salinan data yang dikirim sebelumnya. Saat retransmisi

diminta, data yang rusak dibandingkan dengan salinan pada buffer

untuk menentukan kualitas koding sehingga proses retransmisi

segera berhasil dilakukan. Hal tersebut akan meningkatkan rata-rata

throughput.

c. Fast Scheduling

Fast Scheduling merupakan proses mekanisme untuk

menentukan pelanggan mana yang akan ditransmisikan paket

datanya terlebih dahulu selama satu TTI. Dengan adanya

penambahan MAChs pada Node B maka waktu tunda transmisi

paket yang terjadi dapat dikurangi. Ada tiga cara penjadwalan

dipakai dalam sistem HSDPA yaitu Round Robin (RR), Maximum

C/I, dan Fair Channel Dependent Scheduling (FCDS).

Round Robin adalah sistem penjadwalan yang paling simpel

karena dalam proses penjadwalannya tidak ada pelanggan yang

diprioritaskan. Rangkaian algoritma menyeleksi pelanggan yang

belum dilayani dalam antrian dalam jangka waktu yang lama

dan perbedaan kondisi variasi tidak diperhitungkan dalam proses

penjadwalan, konsekuensinya pengguna tetap berada dijadwal

meskipun kondisi kanal buruk. Apabila ukuran paket data besar,

maka kinerja algoritma round robin akan sama dengan

algoritma first in first out (FIFO) dimana antrian yang paling

27



pertama masuk maka akan pertama dilayani dan waktu tunda

antara satu paket dengan paket yang lainnya tidak begitu besar,

sebaliknya apabila ukuran paket data kecil, maka akan semakin

banyak peralihan proses sehingga akan banyak waktu terbuang

atau dengan kata lain delay yang terjadi akan semakin besar.

Maximum C/I adalah sistem penjadwalan yang bekerja

berdasarkan dari nilai dari carrier to interference pengguna

ketika mengakses jaringan. User yang mempunyai nilai C/I

yang paling besar akan mempunyai prioritas utama untuk

dijadwalkan dibandingkan dengan user yang mempunyai nilai

C/I kecil. Hal tersebut kurang adil dikarenakan dapat

menyebabkan hampir setengah pengguna cell tidak memperoleh

pelayanan yang cukup.

Fair Channel Dependent Scheduling (FCDS) adalah bentuk

kompromi antara RR dan Maximum C/I. FCDS bekerja

berdasarkan keseimbangan antara rata rata throughput yang

diperoleh dengan data rate sesaat. Maka cara kerjanya adalah

setiap pengguna dilayani saat kondisi kanal mendukung. Bisa

dibilang lebih adil karena kondisi kanal waktu tertentu pasti

lebih baik daripada rata ratanya.[2]

28



2. Arsitektur HSDPA

Proses evolusi yang terjadi dari WCDMA menuju HSDPA secara

garis besar adalah penambahan sistem pada sisi Node B. Pada WCDMA,

Node B merupakan komponen yang langsung terhubung dengan User

Equipment dan hanya memiliki sebuah layer yaitu layer fisik, namun

pada HSDPA Node B memiliki dua buah layer, yang pertama layer fisik

yang kedua adalah layer MAC. Inilah yang membedakan arsitektur

WCDMA dengan HSDPA sehingga proses transmisi dan penjadwalan

dilakukan lebih cepat, karena lebih dekat dengan UE. Gambaran

arsitektur HSDPA dapat dilihat pada gambar 2.6.

Penambahan MAC-hs yang merupakan bagian dari MAC berfungsi

sebagai pengatur dalam fungsi retranmisi dan penjadwalan guna

menangani prioritas paket data. Dengan adanya MAC layer pada Node

B, maka proses retransmisi dan scheduling dapat terjadi lebih cepat.

Pengimplementasian HSDPA pada jaringan WCDMA tidak begitu

berpengaruh pada cara kerja dan sistem UTRAN, hanya saja terletak

pada layer MAC–hs, selain itu teknologi HSDPA ini memungkinkan UE

dengan kapabilitas HSDPA bisa memiliki dua jaringan yaitu HSDPA dan

WCDMA pada carrier yang sama.

Dalam mengimplementasikan HSDPA, penambahan kanal pada

platform WCDMA, terdiri atas High Speed Downlink Shared Channel

(HS-DSCH), High Speed Physical Downlink Shared Channel (HS-

29



PDSCH), High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH), dan Uplink

High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH).

Gambar 2.6 Perbedaan Arsitektur WCDMA dan HSDPA[6]

a. Medium Access Control (MAC-hs)

Sebuah layer baru telah ditambahkan pada sistem HSDPA

yaitu Medium Access Control – High Speed (MAC-hs). Pada

WCDMA fungsi MAC diterapkan pada Radio Network Controller

(RNC) namun pada HSDPA berbeda, pada HSDPA layer MAC

ditempatkan pada Node B. Oleh karena itu, sistem dapat menentukan

keputusan lebih cepat dan memiliki waktu reaksi yang lebih singkat

dari sistem sebelumnya. Gambar 2.7 menunjukkan struktur yang

lebih mendetail dari MAC-hs. Seperti yang digambarkan dalam

30



Gambar 2.7, MAC-hs memiliki empat fungsi utama: mengontrol

aliran (flow control), penjadwalan dan prioritas penanganan

(Scheduling and Priority Handling), penanganan fungsi HARQ, dan

pemilihan format transportasi dan sumber daya (TFRC Selection).[17]

Gambar 2.7 Arsitektur MAC-hs[1]

b. High Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH)

Dalam mengimplementasikan HSDPA, terdapat penambahan

kanal pada layer fisik platform WCDMA yaitu HS-DSCH, kanal ini

berfungsi sebagai channel sharing yang digunakan untuk membawa

beberapa Dedicated Transport Channel (DCH) dalam satu frekuensi.

Pemetaan dari kanal transport HS-DSCH ke kanal fisik

tersebut dapat digambarkan sebagai berikut pada gambar 2.8.

31



Penambahan kanal-kanal pada layer fisik inilah yang

membedakannya dengan jaringan WCDMA sebelumnya. Gambar

2.9 menampilkan perbandingan antara kanal pada layer fisik

WCDMA dan layer fisik HSDPA.

Gambar 2.8 Diagram pemetaan kanal pada layer fisik HSDPA

Gambar 2.9 Perbandingan Physical Layer pada WCDMA dan HSDPA[16]

HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel)

HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink Shared Channel)

HS-SCCH (High Speed Shared Control

Channel)

HS-DPCCH (Dedicated Physical Control

Channel)

32



c. High Speed Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH)

HS-PDSCH merupakan saluran fisik arah downlink HSDPA

yang dapat digunakan untuk mengirim paket data oleh beberapa user

dalam satu cell. Tidak seperti pada WCDMA yang semua transport

channel-nya berakhir di RNC, HS-DSCH berakhir di Node B dan

dikontrol oleh MAC-hs. HS-DSCH memiliki Spreading Factor (SF)

tetap sebesar 16, berbeda dengan DSCH pada WCDMA yang

memiliki SF variable. Transmission Time Interval (TTI) pada HS-

DSCH sebesar 2 ms adalah lebih pendek jika dibandingkan dengan

TTI sebesar 10, 20, 40, atau 80 ms yang digunakan pada channel-

channel sejenis sebelumnya.[17]

d. High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH)

HS-SCCH digunakan untuk membawa informasi control

yang diperlukan bagi HS-PDSCH seperti jumlah channelization

code, skema modulasi, ukuran transport block, dan menyediakan

informasi waktu bagi UE sebelum menerima HS-PDSCH. HS-SCCH

dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama, berisi identitas UE,

modulasi yang digunakan dalam HS-PDSCH, dan informasi coding.

Bagian kedua dari HS-SCCH mengangkut informasi lebih bersifat

sekunder, seperti untuk informasi HARQ misalnya, atau informasi

redundansi. Informasi channelization code set dan skema modulasi

yang dibawa pada HS-SCCH bagian pertama merupakan parameter

33



kritis karena parameter tersebut menunjukkan kode-kode paralel HS-

PDSCH yang diminta UE dan jenis modulasi yang dipakai (QPSK

atau 16 QAM). Dengan informasi yang dibawa HS-SCCH ini, UE

dapat menggunakan waktu yang tepat untuk menerima HS-PDSCH

dan dapat menggunakan kode kode yang benar agar data dapat

diterima dengan sukses.[17]

e. Uplink High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-

DPCCH)

HS-DPCCH adalah saluran layer fisik pada arah uplink yang

digunakan untuk tujuan signaling. HS-DPCCH bertanggung jawab

dalam proses uplink yaitu pengiriman acknowledgement (ACK) dan

negative acknowledgement (NACK) untuk memberitahu status suatu

paket data yang diterima serta Channel Quality Indicator (CQI) .

Berkat feedback ini, Node B akan dapat melakukan adaptasi link

dengan cepat, penjadwalan untuk kembali memancarkan informasi

yang salah/error.[20]

3. Perencanaan HSDPA

Pada Tugas Akhir ini perencanaan HSDPA dibagi menjadi 2 tahap,

yaitu perencanaan kapasitas dan perencanaan coverage. Perencanaan

kapasitas meliputi prediksi jumlah pelanggan dan perencanaan trafik.

34



Perencanaan coverage meliputi perencanaan link budget dan propagation

loss.

a. Perencanaan Kapasitas HSDPA

Perencanaan kapasitas diperlukan untuk mengetahui muatan

informasi dalam sel jaringan pada suatu wilayah dengan

mempertimbangkan jumlah pelanggan dan faktor pertumbuhannya

untuk prediksi beberapa tahun kedepan, serta trafik aktifitas

pelanggan.

1) Estimasi Jumlah Pelanggan

Estimasi jumlah pelanggan diperlukan dalam

perencanaan untuk beberapa tahun kedepan (tahun ke-n).

Estimasi ini dibuat berdasarkan jumlah penduduk di wilayah

perencanaan dan prosentase pelanggan suatu operator. Estimasi

jumlah pelanggan pada tahun ke-n dapat ditentukan dengan

persamaan 2.1.

Un = Um 1 + Gf n ............................................................ (2.1)

Dengan Un : Jumlah pelanggan pada tahun ke-n

Um: Jumlah pelanggan pada tahun perencanaan

Gf : Faktor pertumbahan penduduk (%)

n : Tahun prediksi

Dan kepadatan pelanggan per Km2 pada wilayah

perencanaan dapat ditentukan dengan persamaan 2.2.

σ = Un Larea ..................................................................... (2.2)

35



Dengan σ : Kepadatan pelanggan suatu wilayah (user/Km2)

Larea : Luas area perencanaan (Km2)

2) Kepadatan Trafik

Kepadatan trafik pada layanan HSDPA dapat

diestimasikan dengan nilai Offered Bit Quantity (OBQ). OBQ

merupakan total bit throughput per km2 pada jam sibuk. Ada

beberapa asumsi yang diperlukan untuk memperhitungkan nilai

OBQ, asumsi-asumsi tersebut berdasarkan Report ITU-R

M.2023 yang dapat dilihat pada Tabel 2.2 dan Tabel 2.3, dengan

persamaan 2.3.

0BQ = cT × σ × pT × BW × BT × hT ............................. (2.3)

Dengan OBQ : Offered Bit Quantity (Kbps / Km2)

T : Tipe user (Building/ Pedestrian/ Vehicular)

c : Penetrasi tipe pengguna (%)

p : Penetrasi pengguna tiap layanan (%)

BW : Net user bit rate (Kbps)

B : Busy Hour Call Attempt (BHCA) per tipe user

dan tipe service (call / hour)

h : Call duration per tipe user dan tipe servis (sec)

36



Tabel 2.2 Penetrasi tipe pengguna[16]

Tipe User Prosentase

CBuilding 50%

CPedestrian 30%

CVehicular 20%

Tabel 2.3 Asumsi User Penetration, BHCA,dan Call Duration[16]

User Type Parameter

Service Type

Voice Video Data

PS Data

HSDPA Lain-lain*

Building User Penetration (p) 13% 15% 15% 15% 42%

BHCA (B) 0,6 0,5 0,5 0,15 0,3

Call Duration (h) 180 3000 3000 3000 2000

Pedestrian User Penetration (p) 13% 15% 15% 15% 42%

BHCA (B) 0,3 0,4 0,4 0,06 0,2

Call Duration (h) 120 3000 3000 3000 2000

Vehicular User Penetration (p) 13% 15% 15% 15% 42%

BHCA (B) 0,2 0,008 0,008 0,008 0,085

Call Duration (h) 120 3000 3000 3000 2000

All User Bit Rate (BW) 12,2

Kbps

64

Kbps

384

Kbps

2000

Kbps 128 Kbps

*Asumsi penulis

3) Kapasitas Sel

Kapasitas sel diukur dalam berapa banyak bit sistem

dapat mengirimkan bandwidth per detik. Nilai dari kapasitas sel

dapat ditentukan dengan persamaan 2.4 yang menggunakan

rumus kapasitas Shannon Hartley.

C = B × log2 1 + SNR .................................................... (2.4)

37



Dengan C : Kapasitas kanal (Mbps)

B : Bandwidth (Hertz)

SNR : Signal to noise ratio (linear)

b. Perencanaan Coverage HSDPA

Ada beberapa tahapan yang perlu dilakukan dalam membuat

perencanaan area cakupan HSDPA seperti diagram yang ditunjukkan

pada Gambar 2.10,

Gambar 2.10 Tahapan coverage planning HSDPA[16]

yaitu menentukan parameter-parameter yang diperlukan dalam

perencanaan coverage, menghitung link budget untuk downlink,

radius sel, luas sel, dan jumlah Node B.

c. Parameter Perhitungan

Sebelum masuk ke tahap perhitungan, perlu ditentukan terlebih

dahulu parameter-parameter yang berpengaruh dalam perhitungan.

Dalam Tugas Akhir ini parameter yang digunakan mengacu pada

data dari PT Telkomsel di Tabel 2.4.

3,5GParameter

MAPL Calculation

3,5G Cell Radius

3,5G Cell Wide

Number of Node B

38



Tabel 2.4 Data Telkomsel parameter link budget[21]

Parameter Nilai / satuan

Tx Power WCDMA

Tx Power HSDPA

20 W (43 dBm)

14 W (41 dBm)

Frequency

1940 MHz (uplink)

2130 MHz (downlink)

Antenna gain Node B 18 dB

Tinggi antena Node B 30 m

Tinggi antena MS (hm) 1,5 m

d. Membuat Link Budget HSDPA

Dikarenakan HSDPA adalah pengembangan dari teknologi

WCDMA pada sisi downlink, maka link budget yang perlu

diperhitungkan adalah downlink. Link Budget Downlink HSDPA

dirincikan seperti pada Tabel 2.5.

1) HSDPA Power

HSDPA power adalah power yang dialokasikan untuk

HSDPA diambil dari power NodeB. Biasanya daya yang

dialokasikan untuk HSDPA dapat diasumsikan 70 hingga 90

persen.

Daya transmit ini dapat diasumsikan berkisar antara 20-40

Watt atau 43-48 dalam satuan dBm.[12]

39



Pada Tabel 2.6 dapat dilihat standarisasi perencanaan

transmit power dan frekuensi menurut PT. Telkomsel.

Tabel 2.5 Link budget HSDPA[4,15]

BS

HSDPA Power W A

HSDPA Power dBm B = 10 log A + 30

TX antenna gain dBi C

Cable loss dB D

Transmitter EIRP dBm E = B + C – D

MS

Thermal Noise dBm F = 10 log (k.T.1000) +

(10 log data rate)

Receiver noise figure dB G

Receiver noise power dBm H = F + G

Downlink load % I

Interference margin dB J = -10 log (1 – I)

Interference plus noise dBm K = H + J

Required SINR dB L

HSDPA processing gain dB M = 10 log 16

RX antenna gain dBi N

Body loss dB O

Receiver sensitivity dB P = K + L – M – N + O

Power control headroom dB Q

Soft handover gain dB R

Maximum allowable path loss dB S = E – P – Q + R

40



Tabel 2.6 Standarisasi perencanaan frekuensi dan Tx Power PT.

Telkomsel[21]

Sistem Frekuensi (MHz) Tx Power

(W)

Tx Power

(dBm)

WCDMA 1940 – 1945

(Uplink) 20 43

HSDPA 2130 – 2135

(downlink) 14 41

2) Antenna Gain

Antenna gain adalah nilai penguatan yang diberikan pada

antena. Pada link budget gain pada antena dikategorikan pada

dua terminal, yaitu pada Base Station dan Mobile Station. Untuk

gain antena pada Base Station distandarkan 15 – 21 dBi.[12]

Dan

karena handheld UE biasanya tidak menggunakan antena

eksternal, maka nilai gain antena untuk MS ditentukan 0 dBi.[4]

3) Cable loss

Cable loss adalah kerugian daya yang diakibatkan oleh

kabel. Cable loss ini adalah antara konektor antena base station

dengan antena tersebut. Rugi-rugi ini bisa diakibatkan oleh

panjang kabel dan ketebalan kulit kabel itu sendiri. Loss kabel

ini dapat diasumsikan antara 1 – 6 dBi.[12]

Akan tetapi, karena

handheld UE biasanya tidak menggunakan antena eksternal dan

merupakan perangkat mobile, maka nilai loss kabelnya adalah 0

dBi.[4]

41



4) Body loss

Body loss adalah kerugian daya yang disebabkan oleh

kemampuan serap tubuh manusia, tubuh manusia dapat

mengurangi daya yang memancar. Body loss dipengaruhi oleh

evolusi handset dan bagaimana user menggunakannya. Dengan

perangkat handsfree, UE dapat ditempatkan di mana saja pada

pengguna, tidak harus dekat dengan kepala. Hal ini dapat

menyebabkan variasi yang besar dalam body loss, tetapi tidak

ada karakterisasi pasti yang ditetapkan. Untuk aplikasi video-

telephony body loss dapat diabaikan atau dikurangi

dibandingkan dengan aplikasi suara, karena pengguna akan

memegang UE agak jauh dari tubuh mereka.[4]

Body loss biasanya dimasukkan dalam voice link budget,

dimana terminal sangat dekat dengan user, standar asumsinya

adalah 3 - 5 dB untuk voice.[12]

5) Transmitter EIRP

Effective Isotropically Radiated Power (EIRP) adalah total

daya yang dipengaruhi dengan gain dan loss yang ada pada daya

transmit.

EIRP = HSDPA 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 + Tx Antn 𝐺𝑎𝑖𝑛 − Cbl 𝐿𝑜𝑠𝑠 ......... (2.5)

6) Thermal Noise

Thermal noise merupakan noise yang muncul pada seluruh

media transmisi dan perangkat komunikasi akibat pergerakan

42



elektron. Thermal noise dapat dihitung dengan persamaan 2.6,

satuannya adalah dBm.

𝑇𝑁 = [10 × log k × T × 1000 + 10 log 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑒 ....... (2.6)

Dimana k adalah konstanta Boltzmann (1,38x10-23

), T

adalah temperatur dalam satuan Kelvin (typically 290 K), dan

data rate-nya menurut spesifikasi standar dari 3GPP adalah 3,84

Mcps.[4]

7) Receiver Noise Figure

Receiver noise figure dapat diasumsikan antara 6-11 dB. [4]

8) Downlink Load

Downlink load pada link budget ini adalah prosentase

faktor beban yang diasumsikan untuk downlink. Biasanya

downlink load diasumsikan sebesar 70%.

9) Interference Margin

Interference margin adalah rugi-rugi akibat adanya

interferensi saat pengembangan jaringan. Sebagai dampaknya

pelanggan yang berada di batas sektor akan mengalami

penurunan dalam kualitas koneksi.

Interference margin digunakan dalam perhitungan link

budget karena adanya beban sel, dimana faktor beban tersebut

dapat mengakibatkan perubahan pada suatu cakupan cell.

Semakin banyak beban yang ada dalam suatu jaringan, semakin

besar pula interference margin yang ada didalam jaringan

43



tersebut, dan mengakibatkan mengecilnya cakupan cell pada

suatu area. Nilai interferensi dapat dihitung dengan persamaan

2.7.

𝑖 𝑚𝑎𝑟𝑔𝑖𝑛 = −10 × log 1 − 𝐷𝐿 𝑙𝑜𝑎𝑑 .............................. (2.7)

10) Required SINR

Signal to Interference and Noise Ratio (SINR) adalah

kualitas signal power dengan kombinasi interferensi dan noise.

Nilai SINR adalah -5 dB ≤ SINR ≤ 20 dB, akan tetapi yang

biasa dianjurkan adalah 5,3 dB.[15]

11) HSDPA Processing Gain

Processing Gain pada HSDPA sudah fix dengan

spreading factor 16.[20, 14]

12) Receiver Sensitivity

Receiver sensitivity merupakan total keseluruhan dari

noise, interferensi, loss, dan gain.

13) Power control headroom (Fast Fading Margin)

Power control headroom diperlukan dalam pengiriman

daya MS untuk mempertahankan kemampuan kontrol daya

cepat. Kontrol daya yang cepat mampu secara efektif

mengimbangi fast fading. Akan tetapi pada link budget downlink

HSDPA paramaeter ini diabaikan, sehingga diberi nilai 0 dB.

44



14) Soft handover gain

Soft handover tidak digunakan pada HSDPA sehingga

nilainya adalah 0 dB.

15) Maximum Allowable Path loss

Maximum Allowable Path Loss merupakan persyaratan

maksimal redaman lintasan yang diperlukan agar komunikasi

antar BS dan MS dapat terjadi dengan baik, Nilai dari MAPL

sangat menentukan dalam perencanaan cakupan HSDPA.

Nilai MAPL dapat diperoleh dari total daya pemancar

yang telah dipengaruhi oleh interferensi dan loss serta gain.

e. Menghitung Radius Sel

Untuk menghitung radius sel dapat digunakan perumusan dari

suatu model propagasi. Pada perencanaan ini model propagasi yang

digunakan adalah Model Propagasi COST-231 Hatta. Model

Propagasi COST-231 dirumuskan sebagai pengembangan perumusan

rugi-rugi lintasan Hatta, yang mempunyai frekuensi kerja sampai 2

GHz.

PL = 46.3 + 33.9 log f – 13.82 log hte – a(hre) + (44.9 – 6.55 log hte)

log d + CM ................................................................................... (2.8)

Dengan PL : Path Loss (dB)

f : frekuensi (MHz)

hte : tinggi efektif antena pemancar (base station dalam

45



meter) berkisar 30m – 200m

hre : tinggi efektif antena penerima (mobile station dalam

meter) berkisar 1m – 10m

d : jarak antara pemancar dan penerima (dalam km)

a(hre) : faktor koreksi untuk tingggi efektif antena MS.

CM : 0 dB untuk ukuran medium kota dan area suburban

CM : 3 dB untuk daerah pusat kota (metropolitan)

Untuk daerah perkotaan yang luas wilayahnya dari kecil ke

menengah, faktor koreksi mobile station diberikan sebagai berikut:

a(hre) = (1.1 log fc – 0.7) hre – (1.56 log fc – 0.8) dB .................. (2.9)

Untuk daerah perkotaan yang wilayahnya luas, persamaannya

adalah:

untuk fc ≤ 300 MHz:

a(hre) = 8.29 (log 1.54 hre)2

– 1.1 dB ........................................ (2.10)

dB untuk fc ≥ 300 MHz:

a(hre) = 3.2 (log 11.75 hre)2

– 4.97 dB ....................................... (2.11)

COST-231 yang merupakan pengembangan dari model Hatta,

dibatasi oleh parameter berikut:

f = 1500 MHz sampai 2 GHz

hte = 30 m – 200 m

hre = 1 m – 10 m

d = 1 km – 20 km [8]

46



f. Menghitung Luas Sel

Setelah dapat mendapatkan nilai radius sel dengan Model

Propagasi COST-231, maka selanjutnya dapat ditentukan luas dari

sel heksagonal dengan cara yang dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Radius sel

[16]

g. Menghitung Jumlah NodeB

Tujuan akhir dari perencanaan coverage HSDPA adalah

menentukan jumlah Node B yang dapat men-cover wilayah

Kabupaten Banyumas berdasarkan luas cakupan sel. Jumlah Node B

dapat ditentukan dengan persamaan 2.10.

Jumlah Node B = luas area / luas sel heksagonal .................... (2.12)

h. Menentukan Jumlah Node B berdasarkan Kapasitas Sel

Untuk menentukan jumlah Node B, sebelumnya perlu

dihitung luas cakupan sel berdasarkan kapasitas sel sebagaimana

persamaan 2.13.

L = C OBQTotal ..................................................................... (2.13)

Dengan L : Luas cakupan sel (Km2)

C : Kapasitas kanal (Kbps)

47



OBQ : Offered Bit Quantity (Kbps / Km2)

Sehingga dapat ditentukan jumlah Node B berdasarkan

kapasitas sel dengan persamaan 2.14.

Jumlah sel =Luas area perencanaan Km 2

Luas cakupan sel Km 2 ................................ (2.14)

Dengan jari-jari sel hexagonal dapat ditentukan sebesar

persamaan 2.15.

Jari − jari sel = Luas cakupan sel

2,6 (Km) .............................. (2.15)

Sehingga dapat diperhitungkan nilai path loss dengan nilai

jari-jari sel pada persamaan 2.15 menggunakan Model Propagasi

COST-231.

Documents

BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.idrepository.ittelkom-pwt.ac.id/226/4/BAB II.pdf · Akatel Sandhy Putra Purwokerto Laporan Tugas Akhir komputer atau ponsel. Setelah