Generasi Pertama 1ST Generation Generasi Kedua 2ND Generation HSDPA High Speed Downlink Packet Access

BAB II DASAR TEORI

2.1 Perkembangan Sistem Komunikasi Bergerak

Awal penggunaan dari sistem komunikasi bergerak dimulai pada awal tahun 1970-an. Dan untuk mengakomodasi kebutuhan user akan jenis layanan speech, multimedia dan data, dikembangkanlah berbagai generasi dari sistem seluler. Perbedaan antara masing-masing generasi secara umum terletak pada penggunaan teknologi utamanya analog atau digital dan jenis layanan yang disediakan.

2.1.1 Generasi Pertama 1ST Generation

Hampir semua sistem komunikasi bergerak generasi pertama adalah sistem analog murni, yang ditransmisikan secara langsung dari sistem telepon berbasis kabel wired ke sistem seluler. Contoh-contoh aplikasi dari generasi pertama diantaranya adalah NTT Nippon Telephone and Telegraph Corporation, TACS Total Access Communication System, dan AMPS Advanced Mobile Phone System.

2.1.2 Generasi Kedua 2ND Generation

Berbeda dari generasi pertama, sistem komunikasi bergerak pada generasi kedua 2G adalah sistem yang digital. Tujuan dari 2G adalah untuk menyediakan kualitas komunikasi yang handal. Untuk memuat data yang telah disampling digunakan speech coding, sedangkan error control coding digunakan juga sebagai modulasi digital untuk meningkatkan kualitas komunikasi. Beberapa contoh 2G antara lain USDC United States Digital Cellular, GSM Global System for Mobile telecommunication, dan IS-95 CDMA Code Division Multiple Access. Universitas Sumatera Utara

2.1.3 Generasi Ketiga 3RD Generation

Sistem generasi ketiga ini telah diaplikasikan dan sedang dalam tahap komersial. Sebutan yang biasa diberikan pada sistem ini adalah3GUMTS 3 RD 1. Mode FDD Frequency Division Duplex atau yang disebut Wideband CDMA WCDMA. Sistem ini merupakan versi Eropa. WCDMA adalah DS-CDMA dengan bandwidth yang tinggi, diperkenalkan di beberapa negara Eropa selama tahun 2003. Generation Universal Mobile Telecommunications System. Sistem ini adalah sistem digital, sama seperti pada sistem generasi kedua, hanya saja sistem ini dirancang untuk kebutuhan layanan digital secara umum. Dimana komunikasi suara hanyalah salah satu dari layanan tersebut. Layanan lain yang mampu diberikan antara lain data, video, dan multimedia. Berikut ini adalah dua variasi dalam UMTS yang menggunakan metode akses yang berbeda, yaitu: 2. Mode TDD atau yang disebut Time Division Synchronous CDMA TDSCDMA. Sistem ini merupakan versi China, yang berbasis pada TDD Time Division Duplex dan DS-CDMA. TDD secara sederhana berarti komunikasi dua arah yang dicapai dengan mendefisikan waktu. Gambar 2.1 adalah blok diagram dari sistem komunikasi bergerak. Gambar 2.1 Blok diagram Komunikasi Bergerak EVO 3G 1G 2G 2,5G 3G PHASE HSDP A AMPS GSM GPRS WCDMA HSDPA EDGE Universitas Sumatera Utara

2.2 Arsitektur Jaringan

Arsitektur jaringan merupakan gambaran jaringan yang digunakan pada sistem digital yaitu GSM dan 3G UMTS Universal Mobile Telecommunication Service.

2.2.1 GSM

Sebuah jaringan GSM dibangun dari beberapa komponen fungsional yang memiliki fungsi dan interface masing-masing yang spesifik. Secara umum jaringan GSM dapat dibagi menjadi tiga bagian utama yaitu : - Mobile Station - Base Station Subsystem - Network Subsystem Komponen-komponen pada jaringan GSM tersebut diperlihatkan pada Gambar 2.2. Um A Mobile Station Base Station Subsystem Network Subsystem SIM : Subcriber Identity Module VLR : Visitor Location Register ME : Mobile Equipment MSC : Mobile services Switching Center BTS : Base Tranceiver Station EIR : Equipment Identity Register BSC : Base Station Controller AuC : Authentication Center HLR : Home Location Register Gambar 2.2 Arsitektur GSM SIM ME BTS BTS BSC HLR VLR AnC EIR BSC PSTN ISDN, PSPDN MSC Universitas Sumatera Utara 2.2.2 3G UMTS Universal Mobile Telecommunication Service Arsitektur UMTS Universal Mobile Telecommunication Service secara sederhana diperlihatkan pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Arsitektur Umum UMTS Arsitektur UMTS secara umum terdiri atas tiga komponen, yaitu CN, UTRAN, dan UE, dengan adanya interface diantara ketiganya. Masing-masing komponen dengan fungsinya dijelaskan sebagai berikut : 1. CN Core Network, yang bertanggung jawab mengkoneksikan UMTS dengan jaringan luarnya, menyediakan fungsi-fungsi seperti switchingrouting panggilan untuk komunikasi suara, dan layanan packet switched untuk koneksi data. 2. UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network, merupakan bagian dari jaringan UMTS yang terdiri dari satu atau lebih RNC dan Node B. Semua yang terkait dengan fungsi radio dikontrol di dalam UTRAN. Sebuah UTRAN terkoneksi dengan jaringan kabel eksternal ataupun UTRAN lain melalui Core Network. 3. UE User Equipment, sebagai terminal dari UMTS yang berhubungan dengan radio interface dari UTRAN dan aplikasi user. Gambar 2.4 menerangkan infrastruktur dari UTRAN. Elemen yang menyusun UTRAN adalah Radio Network Subsystems RNS. Core Network UTRAN UE Universitas Sumatera Utara RNS RNS Sebuah UTRAN terdiri atas satu atau lebih RNS, masing-masing terkoneksi berturut- turut dengan Core Network. Sebuah RNS dapat dibagi ke dalam dua entiti, yaitu Radio Network Controller RNC dan Base station, yang kemudian dikenal sebagai Node B. Satu RNS memiliki hanya satu RNC dan satu atau lebih Node B. RNC bertanggung jawab pada pengaturan radio resource dari UTRAN. Kemudian, Node B menyediakan kanal radio fisik antara UE dan UTRAN. Dengan kata lain, Node B adalah entiti terendah dari UTRAN, yang terhubung ke UE secara langsung. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4, satu RNC dapat mengatur beberapa Node B. Dan sebaliknya, sebuah Node B hanya dapat terhubung dengan satu RNC. UTRAN Gambar 2.4 Infrastuktur UTRAN

2.3 HSPA High Speed Packet Access

W-CDMA atau yang juga dikenal dengan standard 3GPP Release 99, mampu menyediakan bit rate hingga 384 Kbps. Namun demikian, W-CDMA masih belum dianggap cukup untuk mendukung berbagai aplikasi lain yang bersifat interaktif dan membutuhkan bit rate yang lebih tinggi seperti video conference dan Real time Voice over IP VoIP. Untuk memecahkan masalah itu, 3GPP 3rd Generation Partnership Project membuat standard baru yaitu 3GPP Release 5 dan 6, yang kemudian disebut HSPA. CORE NETWORK RNC RNC NODE B NODE B NODE B NODE B Universitas Sumatera Utara HSPA High Speed Packet Access merupakan pengembangan dari sistem UMTS. HSPA mengarah kepada pengembangan yang dibuat pada downlink UMTS, yang disebut HSDPA High Speed Downlink Packet Access dan pengembangan yang dibuat pada uplink UMTS, sering disebut HSUPA High Speed Uplink Packet Access atau E-DCH Enhanced Dedicated Channel. HSDPA mampu menyediakan kecepatan transmisi data hingga 14.4 Mbps tiap user. Keduanya, baik HSDPA maupun HSUPA dapat diimplementasikan pada standard 5 MHz carrier dari jaringan UMTS dan dapat berada dan saling bekerja dengan generasi pertama jaringan UMTS yang berdasarkan standard 3GPP Release 99 R99.

2.3.1 HSDPA High Speed Downlink Packet Access

Pada HSDPA dikenalkan beberapa teknik baru untuk Radio Access Network RAN, dimana ketika teknik tersebut digabungkan akan menghasilkan kemajuan yang signifikan, baik bagi operator maupun end user. Teknik tersebut antara lain :

2.3.1.1 High Speed Downlink Shared Channel HS-DSCH.

Berupa kanal radio yang secara simultan dapat digunakan bersama-sama oleh banyak multiple user. Struktur HS-DSCH terbagi dalam dua domain, yaitu : a. Sruktur layer fisik HS-DSCH dalam domain kode. Transmisi HS-DSCH untuk FDD menggunakan pengkodean kanal channel coding dengan spreading factor yang fixed, yaitu SF = 16. Dimana juga diperbolehkan untuk melakukan transmisi multi-code, artinya UE mampu menggunakan banyak multiple pengkodean kanal pada TTI yang sama, bergantung pada kemampuan UE itu sendiri. Urutan kode acak yang sama scrambling code sequence diaplikasikan untuk semua pengkodean kanal dalam satu HS-DSCH. Lebih lanjut lagi, dimungkinkan pula penggunaan pengkodean kanal oleh banyak UE dalam TTI yang sama, yang disebut proses multiplexing dari banyak UE dalam domain kode. Universitas Sumatera Utara Sedangkan Transmisi HS-DSCH untuk TDD menggunakan, baik dengan fixed spreading factor, SF=16 dan multi-code atau spreading factor, SF=1 dalam satu atau lebih timeslot. Lebih lanjut lagi, dimungkinkan untuk mengkombinasikan antara code multiplexing dan time multiplexing UE dalam satu HS-DSCH. b. Struktur layer fisik HS-DSCH dalam domain waktu. Untuk FDD, panjang dari satu HS-DSCH TTI adalah 3xTimeslot, dimana satu Timeslot sama dengan 2560 chip ~0.67 ms. TTI untuk HS-DSCH merupakan parameter format transport yang statik. Sedangkan untuk TDD 1,2 Mcps menggunakan TTI 5 ms. Dan TTI untuk 3,48 Mcps adalah 10ms. Berikut ini kombinasi untuk kemampuan HS-DSCH ditunjukkan oleh Tabel 2.1. Kombinasi ini dikhususkan untuk HS-DSCH. Tabel 2.1 Kombinasi Parameter Akses Radio UE, DL HS-DSCH [1] Reference combination 1.2 Mbps capability 3.6 Mbps capability 7 Mbps capability 10 Mbps capability RLC and MAC-HS parameters Total buffer size Kbytes Tbd Tbd Tbd Tbd Maximum number of AM RLC entities Tbd Tbd Tbd Tbd Phy parameters {Maximum number of HS-DSCH codes received, Minimum inter-TTI interval, Maximum number of HS-DSCH transport channel bits that can be received within an HS-DSCH TTI} {5,3, 9600} {5, 1, 9600} {10, 1, [15342]} Or {10, 1, 19200} {15, 1,[20456]} Or {15, 1, 28800} Total number of soft channel bits 19200 57600 115200 172800 Pada aplikasinya HS-DSCH terdiri dari 2 jenis kanal, yaitu : 1. High Speed Physical Downlink Shared Channel HS-PDSCH. High Speed Physical Downlink Shared Channel HS-PDSCH digunakan untuk membawa High Speed Downlink Shared Channel HS-DSCH. Kanal inilah yang membawa paket data yang sebenarnya. Pada tiap selnya, mampu mengalokasikan 15 kanal HS-PDSCH. Sebuah HS-PDSCH bersesuaian dengan satu kode kanal dengan spreading factor, SF= 16 Universitas Sumatera Utara dari satu set kode kanal sebelumnya dari transmisi HSDSCH [2]. Struktur dari subframe dan slot pada HS-PDSCH ditunjukkan oleh Gambar 2.5. T slot = 2560 chips, M102k bits k = 4 1 subframe : Tf = 2 ms Gambar 2.5 Struktur subframe dari HS-PDSCH [2] Satu HS-PDSCH mampu menggunakan modulasi QPSK ataupun 16QAM. Pada gambar diatas, M adalah jumlah bit tiap symbol, yaitu M = 2 untuk modulasi QPSK dan M = 4 untuk modulasi 16 QAM. Format slotnya seperti pada Tabel 2.2. Table 2.2 Format HS-DSCH [2] Semua yang berhubungan dengan informasi layer pertama fisik ditransmisikan ke dalam HS-SCCH, dimana HS-PDSCH tidak membawa informasi layer 1 apapun. 1. High Speed Shared Control Channel HS-SCCH. HS-SCCH adalah kanal fisik downlink dengan rate yang tetap fixed digunakan untuk membawa informasi signalling set kode kanal, skema modulasi, Transport Blok Size, jumlah proses H-ARQ, redundancy dan parameter-parameter konstelasi, data flag, dan identitas UE pada arah downlink pada transmisi HS-DSCH. Slot format i Channel Bit Rate kbps Channel Symbol Rate kbps SF Bits HSDSCH subframe Bits Slot Ndata 0 QPSK 480 240 16 960 320 320 1 16QAM 960 240 16 1920 640 640 Data N bi Slot 0 Slot 1 Slot 2 Universitas Sumatera Utara HS-DSCH menggunakan SF = 16 dan modulasi QPSK. Jumlah kanal HS-SCCH yang diijinkan mencapai 32 kanal per sel, 4 kanal tiap UE. Gambar 2.6 mengilustrasikan struktur sub-frame dari HS-SCCH. T slot = 2560 chips, 40 bits 1 subframe: Tf = 2 ms Gambar 2.6 Struktur subframe dari HS-SCCH [2] Sedangkan pada arah uplink, HSDPA menggunakan kanal High Speed Dedicated Physical Control Channel HS-DPCCH. Kanal uplink inilah yang membawa informasi signalling, diantaranya ACK Acknowledgement Negative-ACK dan CQI Channel Quality Indicator. Kanal ini menggunakan Spreading Factor = 256 dan modulasi QPSK. Informasi signalling dari kanal inilah yang nantinya akan diterima di node B sebagai representasi dari keadaan teraktual UE saat itu. Ketiga jenis kanal tersebut menggunakan Time Transmision Interval TTI dengan panjang 2ms. Pemetaan dari kanal transport HS-DSCH ke kanal fisik tersebut dapat digambarkan sebagai berikut : HS-DSCH High Speed Physical Downlink Shared Channel HS-PDSCH HS-DSCH- related Shared Control Channel HS-SCCH Dedicated Physical Control Channel uplink for HS-DSCH HS-DPCCH Gambar 2.7 Pemetaan dari Kanal Transport ke Kanal Fisik Data b Slot 0 Slot 1 Slot 2 Universitas Sumatera Utara HS-PDSCHs Inter –TTI = 3 Data DTX Data DTX Data DTX Data DTX Data Inter-TTI = 2

1.3.1.2 Transmision Time Interval TTI 2ms

Transmision Time Interval TTI 2ms, yang mampu menyediakan kecepatan transmisi lebih besar pada layer fisik. Dibandingkan dengan W-CDMA yang memiliki TTI 10 ms, hal ini berarti kemampuan beradaptasi kanal yang lebih cepat terhadap perubahan kondisi propagasi. Interval antar TTI-nya, yaitu jumlah TTI subframe antara waktu transmisi pada UE yang sama, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.8. HS-PDSCHs Gambar 2.8 Pola Interval Antar-TTI Interval antar-TTI minimum yang harus bisa didukung oleh UE adalah 1, 2, juga 3. Nilai ini bergantung dari kategori HS-DSCH seperti yang disebutkan di Tabel 2.1. Dimana UE dengan interval antar TTI nya 1, maka harus bias menerima data setiap subframe, jika nilainya 2, maka setiap 1 subframe yang lain [3]. Oleh karena itu, UE pada umumnya mampu memiliki interval antar TTI = 1. 2.3.1.3 Penjadwalan Trafik Cepat fast traffic scheduling Penjadwalan trafik cepat fast traffic scheduling yang berarti bahwa variasi yang terjadi dari perubahan kondisi radio dapat diakomodasikan dan BTS mampu mengalokasikan kapasitas sel sebanyak user tertentu untuk periode waktu yang pendek. Hal ini berarti seorang user dapat menerima sebanyak data sepanjang kondisi radio tersebut memungkinkan Data DTX DTX Data DTX DTX Data Dtx Dtx Universitas Sumatera Utara

2.3.1.4 Adaptive Modulation and Coding AMC

Dengan adaptasi saluran yang cepat. Ini berarti bahwa format modulasi dan coding dapat dirubah berdasarkan variasi dari kondisi kanal, mengarah ke data rate yang lebih tinggi untuk user dengan kondisi radio tertentu. Jika pada UMTS Release 99 yang menggunakan hanya modulasi Quadrature Phase Shift Keying QPSK, maka HSDPA menyediakan kemampuan untuk menggunakan 16-QAM ketika saluran sedang dalam kondisi yang cukup sempurna, sehingga dapat menaikkan data rate secara signifikan.

2.3.1.5 Pengiriman Kembali Retransmision

Pengiriman kembali retransmision berdasarkan pada teknik Hybrid Automatic Response reQuest HARQ yang mampu mengirimkan kembali paket-paket yang gagal dalam sebuah window 10ms dan menjamin bahwa throughput TCP dalam keadaan tinggi. Dengan menggunakan beberapa pendekatan tersebut, semua user, baik dekat atau jauh dari base station dapat menerima data rate yang optimum. Gambar 2.9 menjelaskan arsitektur jaringan HSDPA dan perbedaannya dengan WCDMA. Gambar 2.9 Arsitektur Jaringan HSDPA Universitas Sumatera Utara

2.3.2 HSUPA High Speed Uplink Packet Access