Relay in Cellular Network

Mungkin ga sih memperluas coverage cellular network tanpa harus membangun base station (BS) baru?

Relay

Seperti yang kita tau awalnya cellular network ini di-design untuk outdoor. BS dipasang di tempat terbuka, wilayah yang tinggi agar dapat mengcover wilayah yang luas. Seiring dengan integrasi komunikasi data dan membesarnya permintaan data ini tren penggunaan handphone berubah. Dulu digunakan untuk komunikasi saat di luar ruangan saat bepergian sekarang digunakan didalam ruangan dan diam ditempat.  Di kota besar yang padat gedung sering ditemukan blind-spot (tempat tidak dapat sinyal) karena sinyal terhalang gedung. Sekarang ini di Indonesia untuk mengakali blind-spot biasanya BS di-install banyak dan dekat-dekat, akibatnya keluar biaya besar karena BS ini mahal. Pada  bahasan yang lalu penulis pernah membahas tentang meng-ofload traffic data ke WiFi sebagai solusi alternative. Untuk kesempatan kali ini alternative lain akan dibahas yaitu RELAY. Relay gampangnya pem-forward sinyal dari device ke BS terdekat.

Selain untuk memperluas atau mengcover blind-spot, relay juga memperbaiki kualitas sinyal dengan menambah jalur sinyal (satu langsung, satu lewat relay) sehingga power sinyal yg diterima lebih besar juga kalau satu jelek masih ada dari yang satunya bisa. 

Dalam standar 3GPP dijelaskan 2 tipe relay seperti pada gambar berikut.

• Tipe 1 : Berfungsi untuk memperluas coverage BS, bisanya di-install di luar coverage BS.
• Tipe 2 : Di-install di dalam coverage BS, fungsi utamanya untuk memperbaiki kualitas sinyal seperti disebutkan sebelumnya.

Tantangan utama dalam relay adalah relay membutuhkan tambah radio resource untuk memforward data dari dan ke BS. Tradisonal relay perlu 4 tahap untuk memforward BS.

 Pada fase pertama BS mengirim Downlink data (DL) ke relay. Fase kedua relay memforward DL ke mobile device (MS). Fase ketiga MS mengirim Uplink data (UL) ke relay. Fase terakhir relay memforward UL ke BS. Bila data UL atau DL yang diterima BS atau MS secara langsung (tidak lewat relay). Data tersebut bisa digunakan untuk mengimprove decoding data. Terlihat dari seharusnya hanya memerlukan 2 tahap saja sekarang kita perlu 4 tahap akibatnya throughput menurun. Namun kita dengan asumsi jalur melalui relay lebih bagus dari jalur langsung kita bisa menggunakan modulasi yang lebih tinggi (biasanya sekali kirim 1 simbol bisa mengirim sekaligus 4 simbol) di jalur relay.

Ada beberapa cara untuk mengurangi tahapan relay.  Ada 3-phase relay dan 2-phase relay. Berikut tahapan 3-phase relay

Pada fase pertama BS mengirim Downlink data (DL) ke relay. Fase kedua MS mengirim Uplink data (UL) ke relay. Pada fase ketiga relay mengirim data gabungan dari DL dan UL Data gabungan berupa XOR data dari UL dan DL yg sudah didecode kemudian dimodulasi kembali atau data gabungan yang menyerupai XOR data dari symbol UL dan DL (misal bit 0 direpresentasikan symbol -1 dan bit 1 direpresentasikan symbol 1, kombinasi dari symbol gabungan yang mungkin adalah {-2, 0, 2}, dengan me-mapping symbol-2 dan 2 menjadi symbol -1 dan symbol 0 menjadi 1 kita dapat XOR level symbol dari kedua sinyal tersebut). Saat menerima symbol gabungan ini MS/BS harus men-cancel sinyal yang mereka kirim ke relay dengan men-XOR sinyal gabungan dengan data yang BS/MS kirim untuk mendapatkan sinyal yang ditujukan untuknya. 2-phase relay hampir sama dengan 3-phase relay hanya saja BS dan MS mengirim data DL dan UL bersamaan.

Relay pada umumnya BS mini tanpa punya koneksi ke core network atau bisa juga MS yang idle berfungsi menjadi relay. Bila menggunakan MS yg idle sebagai relay dalam proses pemilihan mana MS yang bersedia menjadi relay, batere yg tersisa dari MS harus dipertimbangkan juga.

References:

Lee, Kyungchun, and Lajos Hanzo. "Resource-efficientwireless relaying protocols." Wireless Communications, IEEE 17.2 (2010):66-72

Yang, Yang, et al. "Relay technologies for WiMAX andLTE-advanced mobile systems." Communications Magazine, IEEE 47.10 (2009):100-105