Kapasitas CDMA


 Oleh: Hazim AHMADI

 

Menghitung kapasitas sistem CDMA lebih sulit dibandingkan menghitung kapasitas sistem GSM. Karena di dalam sistem CDMA dikenal dengan apa yang dinamakan kapasitas lunak (soft capacity). Kapasitas sistem dapat berubah karena pengaruh aktivitas suara pada saat berkomunikasi. Sedangkan pada sistem GSM setiap satu frekuensi pembawa dibagi dengan delapan slot waktu yang setiap slotnya dapat ditempati oleh satu kanal suara. Pada sistem CDMA2000 1X yang menggunakan 64 kode Walsh akan dapat ditempati idealnya oleh sebanyak 64 kanal. Namun hal itu bergantung pada kecepatan data yang dipancarkan oleh setiap pengguna. Teknologi CDMA2000 1X yang sekarang banyak digunakan dapat mengirimkan data dengan kecepatan 307,2 kbps setiap satu frekuensi pembawa dengan lebar 1,25 MHz. Bila pengguna masing-masing menggunakan kecepatan data penuh yaitu 9,6 kbps maka ke-64 kode tersebut tidak akan semuanya termanfaatkan, tetapi yang mungkin hanya sekitar 32 kanal saja. Di bawah ini saya tuliskan bagaimana perhitungan secara teori kapasitas sistem CDMA dan faktor-faktor yang mempengaruhinya.

Kapasitas

Kapasitas yang dimaksud adalah jumlah pengguna di dalam pita yang sama. Sebenarnya kapasitas CDMA dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu penerima demodulasi, akurasi dari kontrol daya, dan daya interferensi dari pengguna yang lain yang ada pada sel yang sama maupun pada sel tetangga. Dalam sistem komunikasi digital perbandingan energy per bit per noise power density difungsikan dengan Eb/No. Fungsi Eb/No digunakan untuk menyebut probabilitas bit error. Fungsi Eb/No mempunyai hubungan dengan signal-to-noise ratio (SNR) dengan menganggap energi per bit sama dengan rata-rata daya modulasi sinyal yang dialokasikan pada setiap durasi bit.

 (Eb/No) = (S/N x W/R)………………..1

Persamaan tersebut mengelompokkan energi per bit Eb/N0 menjadi 2 faktor, yaitu S/N dan perbandingan dari bandwidth yang ditransmisikan W dengan bit rate R. Perbandingan W/R juga dikenal dengan gain processing.

Dengan mempertimbangkan bahwa kapasitas reverse-link pada CDMA selalu dilakukan pembatasan dan diasumsikan bahwa daya yang ditransmisikan pada semua MS pengguna (yang dikontrol oleh penerima di BTS) sama dengan semua daya yang diterima oleh MS pengguna, maka SNR dari seorang pengguna dapat ditulis sebagai berikut :

 (S/N) = (1/(M-1))……………. 2

Dengan mensubtitusikan kedua persamaan di atas diperoleh persamaan :

 (Eb/No) = (1/(M-1)) x (W/R)………………….3

Dari persamaan di atas dapat diturunkan menjadi

M-1 = (W/R) / (Eb/No)………………..4

Untuk nilai M yang sangat besar persamaan di atas ditulis :

M ~ (W/R) / (Eb/No)……………………5

Keterangan:          Eb  = energi per bit

                        N0 = noise power density

                        S   = rata-rata daya modulasi sinyal

                        T   = durasi bit

                        N  = total daya noise

                        W = bandwidth

                        M = jumlah pengguna total dalam pita yang digunakan.

Efek Pembebanan

Persamaan 5 merupakan model yang digunakan untuk menentukan jumlah pengguna pada sel CDMA tunggal. Sel tunggal tersebut tidak mempunyai sel tetangga dan proses transmisi oleh semua pengguna terjadi di sepanjang waktu. Akan tetapi, hal ini sangat berbeda dengan yang terjadi di dunia nyata, dimana di dunia nyata terdapat banyak sel pada seluler CDMA. Pada Gambar 1 tampak bahwa suatu sel A dibatasi oleh sel CDMA lain yang kebetulan juga melayani pengguna lainnya. Meskipun daya MS pengguna lain di sel lain tadi diatur oleh masing-masing sel yang melayaninya, akan tetapi daya sinyal dari pengguna tersebut akan menyebabkan interferensi pada sel A.

 interferensi

Gambar 1. Interferensi Pengguna di Sel Tetangga

 

Pada kasus tersebut, sel A dikatakan loaded (terbebani) oleh pengguna dari sel yang lainnya, sehingga persamaan 5 perlu dimodifikasi untuk menghitung efek loading :

(Eb/No) = (1/(M-1)) x (W/R) x (1/(1+ η))…………………………6

Dimana η adalah faktor loading yang nilainya di antara 0 – 100%. Inverse dari faktor (1+ η) adalah frequency reuse factor F:

F = 1/(1+ η)…………………7

Efek Sektorisasi

Interferensi dari pengguna yang lainnya dapat dikurangi jika sel yang bersangkutan disektorisasi. Pada umumnya, antena suatu sel memancar ke segala arah (3600). Oleh karena itu sel A dapat disektorisasi/dibagi menjadi 3 sektor, setiap sektor hanya menerima sinyal dalam jangkauan 1200 atau sesuai dengan kebutuhan pancaran untuk memperoleh cakupan yang diinginkan. Sehingga suatu sektor antena akan menolak interferensi dari pengguna yang berada diluar jangkauannya. Susunan antena seperti ini dapat mengurangi efek pembebanan dengan faktor (pembagi) sekitar 3. Jika sel disektorisasi menjadi 6 sektor, maka efek loading akan berkurang dengan pembagi sekitar 6. Faktor ini disebut dengan sectorization gain λ.

Nilai λ dapat dihitung dengan persamaan :

persamaan…………………………..8

Keterangan :

                 G (θ) = pola antena yang horizontal dari sektor antena             

 G (0) = puncak penguatan antena, diasumsikan (θ = 0)

  I (θ) = daya interferensi yang diterima dari pengguna dari sel yang lain sebagai fungsi θ

 sektorisasi

Gambar 2. Sektorisasi Antena Mencegah Interferensi

Persamaan 8 di atas tidak dapat digunakan untuk menghitung pola vertikal dari sektor antena. Akan tetapi, efek dari pola vertikal sendiri terlalu kecil untuk dimasukkan dalam perhitungan sectorization gain. Pada kenyataannya, λ  bernilai sekitar 2.5 untuk sistem konfigurasi 3 sektor dan bernilai 5 untuk sistem konfigurasi 6 sektor.

Dengan adanya sectorization gain maka persamaan 8 perlu dimodifikasi menjadi:

 (Eb/No) = (1/(M-1)) x (W/R) x (1/(1+ η)) x λ…………………………….9

Efek Voice Activity

Persamaan 9 di atas menganggap bahwa proses transmisi oleh semua pengguna terjadi sepanjang waktu. Akan tetapi, pada prakteknya, vocoder yang digunakan pada sistem CDMA2000 1X adalah variable rate, yang berarti bahwa keluaran rate dari vocoder disesuaikan berdasarkan pola suara pengguna yang sebenarnya. Contohnya, jika selama proses berbicara si pengguna tidak bersuara, maka keluaran rate dari vocoder akan diturunkan untuk mencegah daya ditransmisikan dengan percuma.

Oleh karena itu persamaan 9 perlu dimodifikasi dengan memasukkan efek dari voice activity:

(Eb/No) = (1/(M-1)) x (W/R) x (1/(1+ η)) x λ x (1/v)  ……………….10

 

Di mana v adalah faktor voice activity. Dari persamaan 10 dapat diturunkan persamaan berikut:

                  M =1 +  (1/(Eb/No)) x (W/R) x (1/(1+ η)) x λ x (1/v)  ………………………..11

 

Untuk nilai M yang sangat besar, persamaan 11 dapat ditulis sebagai berikut:

                  M ~   (1/(Eb/No)) x (W/R) x (1/(1+ η)) x λ x (1/v) ……………………….12

 

Kendali Daya (Power Control)

Power control sangat penting untuk mengatur proses kerja sistem CDMA. Hal ini dikarenakan semua pengguna CDMA menggunakan pita RF yang sama menggunakan PN code. Oleh karena itu diperlukan suatu pengendali daya sehingga tidak ada pengguna yang mengganggu pengguna lain dikarenakan kelebihan daya. Pada pembahasan ini digunakan pada kasus reverse link karena keberadaanya dibatasi pada CDMA. Pengendali daya bertujuan untuk mengatasi masalah near-far sehingga setiap pengguna akan mendapatkan perlakuan yang relatif adil meskipun mempunyai perbedaan jarak yang cukup signifikan terhadap BTS dan juga untuk mencegah turunnya nilai SNR. Selain itu, kontrol daya juga ditujukan untuk memaksimalikan kapasitas.

 power-control

Gambar 3. Daya dari setiap MS Harus Sama Saat Diterima oleh BTS

 

Maksud dari pengendalian daya adalah daya transmisi dari setiap pengguna yang diterima oleh BTS sama antara satu pengguna dengan pengguna yang lainnya. Hal ini sesuai dengan ilustrasi yang tampak pada Gambar 3.

Kesimpulan

Kapasitas sistem CDMA dipengaruhi oleh aktifitas suara, sektorisasi dan pembebanan. Power control digunakan untuk menangani terjadinya fenomena near far effect pada sistem akibat menyebarnya posisi pengguna yang dilayani suatu BTS.

 

 

23 thoughts on “Kapasitas CDMA

  1. Enoch says:

    Dear Pak Hazim,
    Mau tanya dong Pak, frekwensi untuk Smart yg EVDO Rev. A itu uplink dan downlinknya di berapa ya Pak? Karena signal modem usb ZTE 2726 saya lemah sekali cuma berkisar d 1 atau 2 Bar saja, ada rencana untuk menggunakan booster amplifier + antena outdoor dan indoor seperti yg d jual2 d indonetwork apakah menolong signal yg tadinya lemah menjadi lebih kuat Pak?
    Terima kasih atas perhatiannya dan jawabannya.
    salam,
    enoch

    • hazimahmadi says:

      Dear Enoch,
      Smart Telecom menggunakan frekuensi kerja di pita band class 1 atau 1900 MHz. Seinget saya di DL (forward): 1980-1990 MHz dan UL (reverse): 1900-1910 MHz, perlu dicek ulang.
      Penggunaan antena booster biasanya hanya meningkatkan sensitivitas penerimaan, artinya sinyal dari BTS ke perangkat terminal (modem). Tetapi tidak demikian dengan pemancaran sinyal dari terminal ke BTS. Dengan demikian kalaupun mekanisme transmisi data Downlink berhasil, kemungkinan pada arah Uplink sering gagal, karena ketidakcukupan sinyal pancar. Dalam sinyal EV DO ada semacam mekanisme re-transmisi, dimana hal ini dilakukan, bila sinyal yang dikirim dari BTS ke terminal modem memberikan sinyal not acknowledge (NAK), yang berarti sinyal tidak diterima dengan baik. Bila ini terjadi maka terjadi pemborosan sumber daya BTS. Bila terminal memberikan sinyal pesan acknowledge maka berarti data yang ditransmisikan dapat diterima dengan baik oleh terminal modem, maka tidak perlu dikirim ulang.

  2. ijoel says:

    Pak hazim,

    saya butuh pencerahan;
    setahu saya speed 1x =153,6 kbps kalo yang bapak sebutkan 307,2 kbps itu speed apa?
    trus satu lagi pak perbedaan kanal fundamental dan suplemen konteknya dalam voice dan data itu bagaimana?

    saya sedang mendalami cdma, mohon bantuanny

    tq

    ijoel

    • dhata says:

      saya coba jawab ya Pak Ijoel.. 307,2 kbps itu spesifikasi kecepatan akses data untuk teknologi CDMA 1X advanced.
      kemudian untuk pertanyaan selanjutnya: untuk komunikasi data, pada CDMA 1X kanal yang digunakan adalah FCH (9.6 kbps) + SCH (up to 153.6 kbps). Sedangkan untuk voice, hanya memakai kanal FCH saja.

      Ijin mampir Pak Hazim🙂

    • hazimahmadi says:

      @Ijoel:
      speed 307,2 kbps adalah kemampuan sistem cdma2000 1X rel.0 dalam satu carrier selebar 1,25 MHz. Itu adalah hasil hitungan kemampuan coding dan sistem setelah dikurangi header dan overhead data lainnya.
      Kalau definisi kanal fundamental dan kanal suplemental adalah seperti yang disebutkan jawaban Dhata.

      salam,
      hazim

  3. ijoel says:

    Saya ingin tanya perbedaan spesifik dari RC3 dan RC4 pada CDMA? dan bagaimana prioritinya apabila system tsb di set prefered?

    Makasih sebelumnya

    Ijoel

    • hazimahmadi says:

      Banyak perbedaan RC3 dan RC4. Semua dapat disett di awal, apakah sistem menggunakan RC3 ataukah RC4. Ada kelebihan dan ada pula kelemahan masing-masing.
      Sepertinya semua network CDMA yang ada di Indoneisa menggunakan RC3.
      Dari sisi radio (BTS), RC3 hanya menggunakan walsh code 64 sedangkan RC4 menggunakan walsh code 128.
      Kanal kendali (control channel) berubah dari 9 (RC3) menjadi 12 (RC4).
      Jumlah pelanggan yang dilayani juga berubah, menjadi lebih besar. Namun cakupan layanan menjadi lebih kecil.
      Dari sisi core network, diperlukan suatu upgrade software sesuai lisensi RC4.

  4. Putri Devi says:

    Terima Kasih sekali Pak. Jawaban dan tulisannya sangat membantu untuk saya yang sedang bingung.🙂

    Sebenarnya pertanyaan tentang hard capacity itu muncul ketika sy presentasi ttg kapasitas CDMA dan memuat materi ttg soft capacity. Sempet bingung juga menjawabnya.

    Oya, sebelumnya salam kenal Pak

    Putri

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s