Parameter Kinerja CDMA

Parameter kinerja sistem cdma meliputi, antara lain : Carrier to Interference Ratio (CIR), Energi bit to Interference Ratio (E_b/I₀), Frame Error Ratio (FER), ICapasitas, Daya Handset Maksimum dan Pembebanan sel.

13.1          Carrier -To-Interference Ratio (CIR atau C/I)

r  Performansi dari sistem komunikasi tergantung pada ratio S/N ( SNR)

■         Performansi terbaik saat sinyal relatif kuat terhadap noise

■         penurunan performansi tak dapat diterima bila nilai SNR sangat rendah

■         Nilai minimum SNR agar performansi dapat diterima tergantung pada teknologi yang digunakan.

r  Interferensi secara khusus lebih merupakan masalah daripada noise pada PCS dan sistem seluler

■         Interferensi "Co-Channel" merupakan "masalah" terbesar

■         Penggunaan kembali frekuensi seluler membolehkan digunakannya kembali frekuensi yang sama secara : simultan oleh pemakai yang banyak ataupun sel yang saling berkaitan.

CIR (Carrier-to-Interference Ratio), atau C/I lebih relevan untuk PCS dan seluler

r  Contoh CIR

Perbedaan teknolgi yang digunakan membutuhakan nilai CIR minimum  yang berbeda agar memenuhi performansi, misalnya :

■         AMPS

-       CIR mendekati nilai 63 atau 10 log(63) = 18 dB

-       Khusus membutuhkan 7 sel frekuensi Re-Use

■         U.S TDMA digital PCS/Cellular (IS-136 dan IS-54)

-       CIR mendekati nilai 40 atau 10 log(40) = 16 dB

-       Secara khusus masih membutuhkan 7 sel frekuensi Re-Use

■         GSMdanPCS 1900

-       CIRmendekati 16atau 10 log (16) = 12 dB

-       Mengizinkan 4 sel Frekuensi Re-Use

■         US CDMA digital PCS/Cellular (IS-95 based PCS dan IS-95)

-       CIR mendekati 0.03 atau -15 dB untuk saluran 9,6 Kb/s

-       CIR mendekati 0.047 atau -13.3 dB untuk saluran 14,4 Kb/s

-       Sama-sama mengizinkan frekuensi Re-Use secara universal. Dapat menggunakan frekuensi kembali pada tiap sektor dari tiap sel.

r  Kapasitas CDMA sebanding dengan  1/CIR, merupakan suatu penyederhanaan secara berlebihan, tapi sangat berguna.

■         Seluruh sinyal CDMA terlihat seperti "Noise" karena menggunakan kode pseudonoise (PN)

■         Seluruh sinyal bergerak memiliki daya terima yang sama pada base station (BS)

o    Dibutuhkan untuk menghindari masalah "Near/Far"

o    Base station mengirim perintah "Adaptive Povver Contro!"  tiap 1,25 ms dan mengendalikan daya mobile pada tingkat 1 dB

■         Jika :  sel dapat mendukung N panggilan CDMA secara simultan dan

   daya terima pada tiap mobile BS adalah P_m

■         Maka :  diinginkan daya "carrier" pada BS adalah Pm dan interferensi

merupakan jumlah dari daya seluruhnya meliputi (N-l) mobiles adalah : (N-l).P_m

■         Sehingga:

CIR = Pm / ((N-1)*P,) = 1/ (N-1) setara dengan 1/N

■         Atau : N ~ 1/CIR

r  Pendekatan "Ballpark " : Kapasitas CDMA sebanding dengan 1/CIR

Dengan menggunakan rumus penyederahanaan secara berlebihan diatas, untuk sel tunggal   CDMA  memberikan  pendekatan  "Ballpark"  pertama     dari   kapasitas CDMA (seperti yang telah dijelaskan sebelumnya):

■         Untuk saluran 14,4 Kb/s. memerlukan CIR sekitar 0.047 (-13,3 dB)

Sehingga N - 1/CIR ~ 21 panggilan (tiap carrier 1,25 MHz)

■         Untuk saluran 9,6 Kb/s memerlukan CIR sekitar 0.03 (-15 dB)

Sehingga N ~ 1/CIR ~ 33 panggilan (tiap carrier 1,25 MHz)

Catatan : Digunakan hanya sebagai pendekatan "Ballpark"

r  CIR (Carrier-to-Interference-Ratio) selalu digunakan pada karakteristik sistem radio analog tetapi E_b/N₀ pada kenyataannya lebih digunakan pada sistem radio digital dimana E_b adalah energi sinyal terima per bit dan N₀ adalah kerapatan daya noise (atau daya noise per Hz dari bandwith).

Sedangkan E_b/I₀ pada kenyataannya bentuk yang lebih relevan untuk sistem CDMA dimana I₀ adalah Kerapatan daya Interferensi tetapi E_b/N₀ masih tetap digunakan pada bahasa sehari-hari karena lebih mudah diucapkan.

r  Penurunan hubungan rumus E_b/I₀ dan CIR

13.1          Frame Error Rate (FER)

r  Kualitas yang pantas memerlukan FER lebih kecil dari 2 %

Kualitas yang baik memerlukan FER lebih kecil dari 1 %

Hal ini bergantung pada vocoder yaitu : bagaimana^: vocoder tersebut menangani kesalahan dan menghapusnya dari frame dan bagaimana akibatnya suara pembicaraan (secara subjectiv) bagi pemakai

r  Pengendalian kualitas menggunakan FER dan E_b/I₀

Sistem CDMA dapat mencapai kualitas voice melalui :

-       Monitoring FER pada base station dan pada handset (melalui iaporan kepada base station)

-       Mengatur daya kirim. untuk menghasilkan E_b/I₀ yang cukup memberikan kuaiitas yang di inginkan dengan cara menjaga FER pada batas ambang yang diinginkan (dimana dapat diubah oleh sistem pengendali)

-       Trading-off terhadap kapasitas dan kualitas voice.

r  Ekspresi rumus lainnya dari E_b/I₀ dan CIR

r  E_b/I₀ dan CIR untuk saluran 14.4 Kb/s

Untuk CDMA dengan W= 1,2288 MHz dan R= 14,4 Kb/s maka :

Processing Gain = PG = 19,3 dB

CIR = -13,3 dB Khusus kualitas yang masih bisa diterima

Sehingga dalam dB :

+ Processing gain = -13,3 dB + 19,3 dB » 6 dB, untuk kualitas yang masih dapat diterima.

r  E_b/I₀ dan CIR untuk saluran 9.6 Kb/s

Untuk CDMA dengan W= 1,2288 MHz dan R= 9,6 Kb/s maka :

Processing gain = PG =  = 21 dB

CIR = -15 dB Khusus kualitas yang masih bisa diterima

Sehingga dalam dB :

+ Processing gain = -15 dB + 21 dB » 6 dB, untuk kualitas yang masih dapat diterima.

r  Nilai typical dari E_b/I₀

Secara typical nilai dari E_b/I₀ antara 3 dB sampai dengan 8 dB, dimana :

-       3 dB artinya bahwa (E_b/I₀ ) = 2 dan

-       8 dB artinya bahwa (Eb/I₀) = 6,3

Nilai yang diperlukan dari E_b/I₀ untuk performansi sistem yang "memadai" tergantung dari beberapa faktor termasuk :

-          Bit Error Rate (BER) yang dibutuhkan

-          Frame Error Rate (FER) yang dibutuhkan dimana Frame bisa saja Voice dan/atau data frame (atau packet)

r  Pengendalian E_b/I₀ untuk kualitas yang diterima

E_b/I₀ perlu untuk diatur pada kondisi yang bervariasi untuk mempertahankan kualitas yang dinginkan, misalnya :

Ketika I₀ naik akan menyebabkan BER dan FER akan naik sehingga E_b perlu untuk dinaikkan juga melalui menaikkan daya kirim mobile dan mengggunakan perintah pengendalian daya dari base station.

Rumus kapasitas

N adalah jumlah maksimum dari panggilan CDMA secara simultan per cell per carrier traffic.

Contoh :

Untuk E_b/I₀ = 4(6 dB),        G_A= 2,4 (3-sector)

W= 1,2288 MHz,   G_v = 2,5

Dan F = 1,6 (interferensi sel lainnya) maka :

Untuk saluran R = 14,4 Kb/s

r  Pada kenyataannsa nilai kapasitas mendekati

■     10-20 (bahkan 27*) panggilan/sektor/carrier RF untuk saluran 14,4 Kb/s

■     15-30 (bahkan 40*) panggilan/sektor/carrier RF untuk saluran 9,6 Kb/s

r  Beberapa faktor non ideal yang mereduksi kapasiitas “ideal” diantaranya :

■     Kontrol daya yang tidak ideal, misalnya  mobiles tidak dapat di kontrol sehinggga memiliki daya terima yang sama pada base station

■     Toleransi Implementasi dan manufakturing.

■     Spill over dari komunikasi radio dan gelombang mikro lainnya

■     Perancangan dan pengoperasian sell site yang tidak optimal misalnya saja batas ambang Hand-off tidak optimal.

■     Pembebanan sistem yang perlu di pertahankan lebih kecil dari 100 %

r  Faktor kapasitas lainnya:

■     Campuran dari kanal pembicaraan 13 Kb/s dan 8 Kb/s

■     Circutit switched data dengan faktor “voice activity” Gv yang berbeda.

■     Antena base station dengan gain faktor yang berbeda misalnya omnidirectional, 3-sector, 6-sector, dll

■     Filter Cryogenic (temperatur sangat rendah) dan low noise Amplifier.

r  Kapasitas CDMA dengan spektrum 25 MHz.

■     Band 25 MHz (= 2 x 12.5 MHz) digunakan semata-mata dengan CDMA hanya memenuhi :  Carrier RF CDMA

■     Tetapi menyisakan 625 kHz sebagai “Guard Band” padatepi band sehingga mengurang; jumlah menjadi 9 carrier RF CDMA

■     Jika tiap carrier CDMA memenuhi N panggilan, kemudian Band 25 MHx sepenuhnya dilengkapi dengan 9 RF carrier CDMA akan memenuhi 9 x N panggilan.

r  Perbandingan kapasitas CDMA dan AMPS

Spektrum 25 MHz dapat mendukung secara maksimum dari :

■     18,7 panggilan AMPS per sector (asumsi 7-cell/21 sector Re-Use)

■     90 panggilan (~5 x AMPS) sampai 180 panggilan (~10 x AMPS) untuk saluran 14,4 Kb/s, asumsi untuk 9 carrier CDMA @ 10-20 panggilan

■     135 panggilan (~7 x AMPS) sampai 270 panggilan (~15 x AMPS) untuk saluran 9,6 Kb/s, asumsi untuk 9 carrier CDMA @ 15-30 panggilan

13.1          Daya Handset maksimum

Untuk menentukan kualitas sinyal yang memadai, harus menjamin minimum CIR,

CIR min = Pm/ I tot             dimana  Pm = CIRmin * tot

Jika n adalah jumlah mobiles yang aktif dalam sel, bila n bertambah, maka I_Tot bertambah sehingga P_m harus bertambah.

Daya pancar efektif * saat daya keluaran maksimum seperti tabel berikut :

Mobile station class	ERP at maximum Output shall exceed	ERP at maksimum output shall NOT Exceed
I	1 dBW(1.25 Watt)	8 dBW (6,3 Watt)
II	-3 dBW(0.5 Watt)	4 dBW (2,5 Watt)
III	-7 dBw (0.2 Watt)	BW(l,0Watt)

13.1          Pembebanan sel

Pembebanan sel, X, adalah persentasi dari jumlah actual panggilan simultan dalam sel dibandingkan dengan jumlah maksimum dari panggilan yang dapat dicapai oleh sel secara teoritis., sehingga :

X = n / N

n     =   jumlah pangailan sebenarnya

N      =                    maksimum jumlah panggilan

Daya Mobile (Handset)

P_m = CIR x I_Tot

Posted in: Sistem Komunikasi Berbasis Selular