telecommunication engineering: Cell Selection dan Reselection pada GSM

Sesuai dengan judulnya, cell selection dan reselection adalah sebuah mekanisme dari handset (handphone, smartphone) untuk memilih cell dalam menggunakan jaringan telekomunikasi seluler. Suatu wilayah yang memiliki tingkat keramaian yang tinggi atau daerah urban seperti perkotaan dan perumahan, akan dicover oleh lebih dari satu cell dan setiap cell memiliki identitas tersediri (cell id) dan dibedakan oleh level sinyal.

Cell Selection adalah inisialisasi awal pada saat pertama kali handset dihidupkan untuk mendaftar pada jaringan tempat handset berada. Cell Reselection adalah pemilihan cell ketika handset berpindah dari dari satu cell ke cell lain atau ke jaringan lain (roaming). dalam proses cell reselection ada banyak proses yang berjalan dimana salah satunya analisa parameter jaringan terhadap performansi dan kualitas jaringan. Parameter yang berperan penting dalam cell selection dan reselection adalah signal strength dan signal quality.

Signal Strength

Hal yang paling sering dilihat dari user dalam menggunakan jaringan telekomunikasi adalah sinyal bar pada handsetnya, yang merepresentasikan signal strength atau kekuatan sinyal. Kekuatan sinyal atau level sinyal ini diukur dengan satuan dBm atau desible dalam milliwatt. Pada generasi ke 2 atau 2G, GSM menggunakan received signal level (RXLEV) sebagai parameter level sinyal, selain Received Signal Strength Indicator (RSSI). RXLEV lebih mengarah pada jaringan digital.

RXLEV

RXLev merupakan salah satu hasil pengukuran level sinyal pada parameter jaringan yang nilainya antara -110 dBm sampai -48 dBm dan sebagai karakteristik coverage jaringan. Nilai RXLev tersebut merupakan nilai yang diterima oleh setiap handset yang terhubung dengan jaringan, makin besar nilainya (-48dBm) makin bagus level sinyal yang diterima oleh handset. RXLev dimulai dari 0 sampai 63, setiap no menunjukkan level sinyal dalam dBm. 0 menunjukkan sinyal yang diterima sangat lemah, dan 63 menunjukkan sinyal yang diterima sangat kuat atau sangat dekat dengan BTS.

RXQUAL
RXQual merupakan tingkatan kualitas yang diterima oleh handset. Ditunjukkan oleh angka 0 sampai dengan 7, dan semakin kecil nilainya maka kualitasnya semakin bagus. RXQual menunjukan Bit Error Rate yang diterima oleh handset dan dilaporkan kembali ke jaringan. BER merupakan persentase eror bit dari keseluruhan bit yang diterima. Error bit disebabkan oleh radio path loss, fading atau interferensi. Semakin bagus RXQual maka BER semakin kecil.

Handset atau MS memiliki dua kondisi yaitu idle mode dan dedicated mode. Idle mode adalah kondisi saat MS memonitor jaringan yaitu broadcast channel untuk selalu dapat merespon ketika mendapatan paging. Pada idle mode MS juga mengukur parameter BTS seperti BCCH dan kondisi untuk pindah ke cell lain. Jika akan pindah ke cell lain maka akan dinamakan cell reselection dan menggunakan algoritma tertentu untuk berpindah. Namun pada dedicated mode, ketika berpindah cell maka disebut handover (HO).

Proses Cell Reselection
Cell Reselection terjadi pada saat MS berpindah dari satu cell ke cell lain pada kondisi idle. MS akan mengukur secara terus menerus enam BCCH carriers yang dominan. Cell yang paling dominan akan diurutkan mulai dari yang paling kuat sampai paling lemah. Cell yang paling kuat akan disebut C1 sebagai parameter MS phase 1 atau C2 MS phase 2.

C1
C1 adalah parameter path loss untuk menentukan cell yang paling kuat untuk dipilih oleh MS. MS akan mengukur dan menghitung besarnya nilai C1 setiap cell yang berdekatan dan akan memilih C1 yang paling besar. Untuk menghitung nilai C1 dapat menggunakan parameter sebagai berikut

Rumus perhitungan untuk C1 adalah
C1 = (A) - Max (B,0)
dimana
A = (RXLev - RLAM)
B = MS transmit power Max CCH - Max RF output dari MS
Nilai A diperoleh dari perbedaan antara RSSI yang dibutuhkan untuk memilih cell dengan level sinyal dari MS yang diterima dari BTS. Jika RLAM memiliki nilai sebesar -110 dB dan MS mendapatkan level sinyal -90 dB makan dnilai dari A adalah
A = -90 dB - (-110 dB) = 20 dB
Semakin besar nilai A maka semakin besar nilai C1 dan ini menunjukkan MS akan lebih besar peluang untuk memilih BTS tersebut.

B, Jika MS mendapatkan sinyal dari BTS, bukan berarti MS memiliki power yang cukup untuk mencapai BTS. BTS akan memberikan informasi mengenai power maksimum yang digunakan oleh MS untuk mencapai BTS. Jika MS memiliki power yang mampu mencapai BTS maka tidak masalah, namun jika tidak mampu mencapai BTS setiap kekurangan power harus diperhitungkan untuk mendapatkan nilai C1. Jika BTS membutuhkan power dari MS sebesar 30 dB namun MS hanya mampu memberikan 26dB maka nilai B adalah sebesar 4 dB. Nilai C1 akan berkurang jika nilai B semakin besar. Jika MS mampu memenuhi kriteria level sinyal BTS atau lebih besar maka nilai B akan menjadi 0 dan tidak mempengaruhi nilai C1. Jadi faktor utama nilai C1 adalah RXLev dan kemampuan MS untuk transmisi power. C1 hanya digunakan untuk cell selection dan untuk cell reselection akan menggunakan parameter C2.
Maximum powers GSM mobile phone to transmit : 2 Watt ( 33dbm) actually 0.25W
Maximum powers DCS mobile phone to transmit : 1 Watt (30 dbm) actually 0.125W

Maximum powers 3G mobile phone to transmit : 2W - 125mW (33dbm - 21 dbm) depend on power class

C2
Ketika MS sudah terhubung dengan satu cell maka MS juga akan memonitor neighbour cell yang ada. Setiap BCCH mengirimkan daftar BCCH Allocation (BA). MS akan memilih cell baru yang terdapat pada list BCCH dan menghitung nilai C2 dari setiap cell pada daftar BA. Dan MS akan memilih cell yang memiliki nilai BA yang paling besar. Karena MS yang menghitung C2 maka MS lah yang menentukan untuk memilih cell sebagai serving cell. MS akan memberi tahu jaringan apabila cell yang dipilih berada pada location area yang berbeda untuk melakukan location update.
Parameter C2.

Rumus menghitung C2
C2 = C1 + CRO - (Temp_Offset * H)

H = 1 jika MS dapat dimonitor oleh cell tertentu untuk kurang dari waktu pinalty
H = 0 jika MS dapat dimonitor oleh cell tertentu untuk waktu lebih dari waktu pinalty
H = 0 jika cell tertentu adalah serving cell

Contoh dari temporary offset bekerja, sesuai dengan tabel korelasi antara parameter C1 dan C2. Waktu dari proses tersebut mulai dari cell A berpindah ke cell B. Asumsi bahwa MS dapat mengrimkan max power dan tanpa menggunakan CRO.

0 sec : MS berada pada Cell A. MS akan mulai menghitung C2 yaiu 38, karena RXLev cell B dibawah RLAM sehingga nilai C1 dan C2 dibawah 0 (-120dBm - (-110dBm) = -10dBm) . MS tidak akan memilih cell dengan C1 yang dibawah 0 dan tidak akan memilih ulang cell dengan C2 yang nilainya dibawah 0
10 sec : RXLev cell B mendekati minimum threshold RLAM, maka MS memulai menghitung waktu dan meletakkan pada daftar neighbour list terkuat. Pinalty time untuk cell B adalah 40 detik, jadi ketika 40 detik pertama cell B masuk dalam daftar neighbour list terkuat, maka cell B akan masuk ke temporary offset untuk paramater C2. setelah dihitung dengan offset, nilai C2 dari cell B adalah -20dBm (C2 = -110dBm -(-110dBm) + CRO - (20 * 1) maka C2 = -20dBm)
20 sec : Nilai C2 dari cell A menurun secara perlahan sedangkan nilai C2 dari cell B meningkat secara perlahan, namun dengan nilai C2 pada cell A adalah 25, cell A masih tetap lebih attaractive
30 sec : Cell A menurun nilainya yaitu C2 21 dan cell B C2 -5
40 sec : Nilai C2 pada Cell A menjadi 18 dan Cell B menjadi 3, jika tidak pada temporary offset maka nilai C2 pada cell B akan menjadi 23. Pada titik ini MS akan memilih ulang cell B, namun karena pada temporary offset maka cell A masih tetap lebih attractive
50 sec : Pada saat ini, pinalty time cell B sudah berakhir (pinalty time 40 second) dan temporary offset tidak lagi digunakan, nilai C2 pada cell B meningkat dari 3 menjadi 27. Nilai C2 pada cell B diatas cell A maka MS akan memilih cell B.

Berikut adalah contoh parameter C1 pada serving cell (lingkarang merah) dan C2 pada mobile phone, memiliki 6 kandidat cell dalam BA list (lingkaran biru)