TUGAS AKHIR PROGRAM SIMULASI UNTUK VISUALISASI AIR INTERFACE DALAM JARINGAN GENERAL PACKET RADIO SERVICE (GPRS)

  

TUGAS AKHIR

PROGRAM SIMULASI UNTUK VISUALISASI

AIR INTERFACE DALAM JARINGAN

GENERAL PACKET RADIO SERVICE (GPRS)

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro

  Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

TUGAS AKHIR

  

Disusun oleh

ANTIN INDARYANI FR

NIM : 025114033

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

SIMULATION PROGRAM FOR AIR INTERFACE

  

VISUALIZATION ON

GENERAL PACKET RADIO SERVICE (GPRS) NETWORK

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Electrical Engineering

  

By

ANTIN INDARYANI FR

Student ID Number: 025114033

  

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  “Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah”

  Yogyakarta,

  15 Juni 2007 Antin Indaryani FR

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

  Kadang Tuhan t ampak lambat , Tapi Ia t ak pernah t erlambat . Tuhan juga t ak t erlalu cepat , Tapi Ia selalu t epat pada wakt uNya.

  Sekarang .. Sat u pint aku kepada Tuhan t elah t erjawab, Sat u cit aku t elah kudapat , dan aku yakin, inilah awal pencapaian cit aku selanjut nya.

  Tugas A khir ini Kupersembahkan untuk :

• Tuhan Yesus Kristus atas hidup, t alenta, penyertaan, mukjizat dan penebusan-Nya yang selama ini menyertai langkahku.
• Ibuku Yustina Sri Sudarmi yang ada di dalam kerajaan surga. Terima

  kasih at as semangat, dukungan, kasih sayang, doa, dan bimbingan yang tiada pernah putus. Akan selalu kuingat semua ajaran hidupmu....

• Bapakku Sebastianus Srihono atas dukungan, doa, kasih sayang, dan pembelajaran atas hidup yang selama ini aku terima.
• Kakakku Yustinus Susilo Dw i L , Caroline Salina , dan Maximus Sudaryono Setyo N atas semangat, kasih sayang, dan perhat iannya.
• Ant onius Sony Hasibuan atas kasih sayang, semangat , kesabaran, dan kebersamaan kita, yang bisa membuat ku merasa lebih nyaman.
• Teman - t emanku Mudika Gereja St Paulus Pedan , Kos Tastiti , dan Teknik Elektro 02 . Terimakasih atas semangat, dukungan, dan bantuan kalian.

KATA PENGANTAR

  Terimakasih kepada Tuhan YESUS atas rahmat, berkat, dan kasih karuniaNya yang dilimpahkan kepada penulis, sehingga perancangan dan penyusunan tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

  Perancangan dan penulisan tugas akhir ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik, jurusan Teknik Elektro universitas Sanata Dharma.

  Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak mendapatkan bimbingan, saran dan masukan yang sangat bermanfaat. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Damar Widjaja, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, dan masukan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  2. Ibuku Yustina Sri Sudarmi yang ada di dalam kerajaan surga dan Bapakku Sebastianus Srihono, yang selalu memberikan semangat, dukungan, kasih sayang, doa, dan bimbingan yang tiada pernah putus.

  3. Kakak-kakakku, Mas Sus, Mba Caroline, Mas Dar, dan Mas Sony untuk semangat, doa, dan kasih sayang yang diberikan.

  4. Ponakanku Delicia Donnata Dominique untuk nyanyiannya yang menghibur.

  5. Segenap dosen-dosen Teknik Elektro atas segala bantuan yang telah diberikan selama penulis menimba ilmu dibangku kuliah.

  6. “Charlie Angels“ : wuri dan spadic, dan semua anak Teknik Elektro’02 “hugo, lina, rina, pandu, tanto, heri, dkk” untuk canda, tawa, kebersamaan dan semangatnya selama menimba ilmu dibangku kuliah.

  7. Widi TE’00 dan Suryo TE’03 untuk pinjaman buku dan ide - idenya.

  8. Teman – teman kos Tastiti “lia, rosa, eka, novi, puri, frina, githa, wiera, dkk”, untuk persahabatan, dukungan, dan semangatnya.

  9. Pak Djito dan segenap karyawan Sekretariat Teknik, atas bantuan dalam menyelesaikan urusan kampus selama ini.

  10. Mas mardi, mas broto, mas suryo, mas yusuf dan segenap karyawan Laboratorium Teknik Elektro yang telah banyak membantu.

  11. Mudika Gereja St Paulus Pedan “tedi, pete, agung, si u, francis, sekar, nina, rena, dkk”, terima kasih untuk bantuan dan dukungan doanya.

  12. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas bantuan dan dukungan hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.

  Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih terdapat kekurangan dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan penyusun terima dengan senang hati.

  Penyusun mengharapkan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak dan dapat dijadikan bahan kajian lebih lanjut.

  Yogyakarta, Juni 2007 Penulis

  

DAFTAR ISI

  Halaman

  HALAMAN JUDUL ......................................................................... i HALAMAN JUDUL ......................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ........................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................ v HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP................... vi

KATA PENGANTAR ....................................................................... vii

DAFTAR ISI ..................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ......................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN .. ................................................................... xviii

  

INTISARI .......................................................................................... xix

ABSTRACT ...................................................................................... xx BAB I PENDAHULUAN .............................................................

  1 1.1. Latar Belakang ...............................................................................

  1 1.2. Batasan Masalah ............................................................................

  2 1.3. Tujuan Penulisan ............................................................................

  2 1.4. Manfaat Penulisan ..........................................................................

  2 1.5. Metodologi Penulisan ....................................................................

  3 1.6. Sistematika Penulisan ...................................................................

  3

  BAB II DASAR TEORI ................................................................

  5

  2.1. Pengertian dari GPRS dan Air Interface ........................................ 5

  2.2. Pengertian Paket Switching, Time Slot dan Multiframe ................ 7

  2.3. Kanal Data Paket ........................................................................... 11

  2.3.1 Control Channel …..……………………………………..... 12 2.3.2 Traffic Channel ..................................................................

  14 2.3.3 Operasi PACCH untuk TBF Uplink .................................. ..

  15 2.4 Timing Advance Control dalam GPRS ..........................................

  16 2.4.1 Metode Slotted ALOHA .................................................... ..

  17 2.4.2 Prosedur Continuous Timing Advance Update ....................

  18

  2.4.3 Timing Advance by means of Polling and Access Bursts .................................................................. ....

  21 2.5 Akses ke jaringan GPRS ...............................................................

  23 2.5.1 Kemungkinan Akses Jaringan yang Beragam .............. .......

  23 2.5.1.1 Akses Paket Satu Tahap .................................................

  23 2.5.1.2 Akses Paket Dua Tahap... .............................................

  25 2.5.1.3 Short Access ...................................................................

  25 2.5.1.4 Akses untuk Response Page ........................................ ..

  26

  2.6 Resource Allocation 2.6.1 Resource allocation pada uplink direction .................. ........

  27 2.6.1.1 Metode Fixed Allocation ................................................

  28 2.6.1.2 Metode Dynamic Allocation ....................................... ...

  28 2.6.1.3 Metode Extended Dynamic Allocation ....................... ...

  30

  2.7 Layout Program Visual Basic .................................................... ...

  3.2 Menentukan Prosedur Timing Advance Control............................ 44 3.3 Menentukan Akses Jaringan ..................................................... ....

  69 4.1 Menu Utama .. ............................................................................

  57 BAB IV PEMBAHASAN HASIL UJI COBA ...................... .........

  3.4 Menentukan Resource Allocation ................................................. 52 3.5 Layout Program .................................................................... ........

  48

  48 3.3.4 Short Access ........................................................................

  47 3.3.3 Akses Paket Dua Tahap ................................................ .......

  3.3.1 Akses Response Page ................................................... ....... 47 3.3.2 Akses Paket Satu Tahap ............................................... .......

  47

  43

  33 2.7.1 Control Label .......................................................................

  41 3.1.1 Operasi PACCH ...................................................................

  38 3.1 Menentukan Kanal Data Paket ............... ................................. ....

  37 BAB III PERANCANGAN PROGRAM SIMULASI ............. .....

  37 2.7.7 Control Timer.......................................................................

  37 2.7.6 Control Image.......................................................................

  36 2.7.5 Control ComboBox..................................................... .........

  36 2.7.4 Control OptionButton ................................................ ..........

  36 2.7.3 Control Frame ......................................................................

  36 2.7.2 Control CommandButton ........................................... .........

  69

  4.2 Kanal Data Paket ............. ...........................................................

  71

  4.3 Timing Advance Control pada Prosedur Continuous TA Update .. 75 4.4 Akses Jaringan ...........................................................................

  77 4.5 Resource Allocation. ...................................................................

  82 4.6 Komentar Umum ........................................................................

  90 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .........................................

  92 5.1 Kesimpulan .. ..............................................................................

  92 5.2 Saran ..........................................................................................

  93 DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................

  94

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Arsitektur pada jaringan GPRS ........................................

  6 Gambar 2.2 Pembagian TS dan frame TDMA.....................................

  8 Gambar

  2.3 Struktur multiframe.......................................................... 9

Gambar 2.4 Hirarki Frame GSM dengan 52 multiframe ...................... 10Gambar 2.5 Pembagian resource pada ARFCN...................................

  11 Gambar 2.6 Pembagian kategori pada logical channel......................... 12 Gambar

  2.7 Pembagian frame dari traffic channel............................... 15 Gambar 2.8 Operasi pada S ALOHA ..................................................

  18 Gambar 2.9 16 sub kanal PTCCH/U....................................................

  19 Gambar 2.10 Pesan timing advance (TA) ..............................................

  20 Gambar 2.11 Transmisi dari nilai TA ....................................................

  21 Gambar 2.12 Polling and access bursts..................................................

  22 Gambar 2.13 Prosedur akses paket satu tahap .......................................

  24 Gambar 2.14 Prosedur akses paket dua tahap ........................................

  25 Gambar 2.15 Prosedur short access....................................................... 26

Gambar 2.16 Prosedur response page ................................................... 27Gambar 2.17 Alokasi blok radio pada fixed allocation .......................... 28 Gambar 2.18 USF yang tertampil pada 3 bit pertama ............................

  29 Gambar 2.19 Pesan PACK_ULL_ASS pada dynamic allocation........... 30

Gambar 2.20 Prosedur extended dinamic allocation.............................. 31 Gambar 2.21 Layout program dalam Visual Basic.................................

  33 Gambar 3.1 Routing data air interface pada jaringan GPRS ................

  38

Gambar 3.2 Diagram alir menu utama.................................................

  39 Gambar 3.2a Diagram alir help menu....................................................

  40 Gambar 3.3 Diagram alir proses pengiriman data ................................

  41 Gambar 3.4 Diagram alir proses penentuan kanal data paket ...............

  42 Gambar 3.4a Pada prosedur uplink........................................................ 42 Gambar 3.4b Pada prosedur downlink ................................................... 42 Gambar 3.4c Diagram alir help kanal....................................................

  42 Gambar 3.5 Prosedur kanal data paket.................................................

  43 Gambar 3.6a Diagram alir operasi PACCH untuk TBF uplink .............. 44 Gambar 3.6a Diagram alir help untuk operasi PACCH .........................

  45 Gambar 3.7a Diagram alir timing advance control ................................ 46 Gambar 3.7b Diagram alir help timing .................................................. 46 Gambar 3.8 Diagram alir untuk menentukan akses jaringan ................

  48 Gambar 3.8(lanjutan 1) Diagram alir untuk akses response page............. 49 Gambar 3.8(lanjutan 2)a Diagram alir untuk akses paket 1 tahap............

  49 Gambar 3.8(lanjutan 2)b Diagram alir untuk akses paket 2 tahap dan short access ............................................... 50 Gambar 3.9a Diagram alir help akses jaringan ......................................

  51 Gambar 3.9b Diagram alir help akses paket 1 tahap ..............................

  51 Gambar 3.9c Diagram alir help akses lainnya .......................................

  51 Gambar 3.10 Diagram alir fixed dan dynamic allocation ....................... 54 Gambar 3.10(lanjutan 1) Diagram alir extended dynamic

   allocation ......................................................... 55

  Gambar 3.10(lanjutan 2)a Diagram alir help resource allocation............. 56 Gambar 3.10(lanjutan 2)b Diagram alir help fixed................................... 56 Gambar 3.10(lanjutan 2)c Diagram alir help dynamic.............................. 56 Gambar 3.10(lanjutan 2)d Diagram alir help extended dynamic............... 56 Gambar 3.11 Layout program menu utama............................................

  58 Gambar 3.12 Layout program kanal data paket......................................

  59 Gambar 3.13 Layout program pada operasi PACCH .............................

  60 Gambar 3.14 Layout program timing advance control........................... 61 Gambar 3.15 Layout program akses jaringan.........................................

  62 Gambar 3.16 Layout program akses paket satu tahap ............................

  63 Gambar 3.17 Layout program akses lainnya ..........................................

  64 Gambar 3.18 Layout program resource allocation................................. 65

Gambar 3.19 Layout program metode fixed allocation .......................... 66Gambar 3.20 Layout program metode dynamic allocation..................... 67Gambar 3.21 Layout program metode extended dynamic alloca ............ 68Gambar 3.22 Layout program help ........................................................ 68 Gambar 4.1 Tampilan menu utama......................................................

  69 Gambar 4.2 Tampilan help menu utama ..............................................

  70 Gambar 4.3 Tampilan peringatan saat prosedur belum dipilih .............

  70 Gambar 4.4 Tampilan pengiriman uplink kanal data paket ..................

  72 Gambar 4.5 Tampilan pengiriman downlink kanal data paket ..............

  72 Gambar 4.6 Tampilan alokasi fixed pada operasi PACCH ...................

  73 Gambar 4.7 Tampilan alokasi dinamik pada operasi PACCH ..............

  74

Gambar 4.8 Tampilan alokasi extended dinamik ................................ 74 Gambar 4.9 Tampilan pesan TA mengirim nilai TA............................

  76 Gambar 4.10 Tampilan MS mengirim access burst ............................... 76 Gambar 4.11 Tampilan BTS mengirim nilai TA ke PTCCH/D..............

  76 Gambar 4.12 Tampilan MS menerima niali TA yang baru ....................

  77 Gambar 4.13 Tampilan akses jaringan...................................................

  77 Gambar 4.14 Tampilan akses paket satu tahap pada RACH...................

  78 Gambar 4.15 Tampilan akses paket satu tahap pada PRACH ................

  79 Gambar 4.16 Tampilan akses paket satu tahap pada CRP ......................

  79 Gambar 4.17 Tampilan akses paket dua tahap .......................................

  80 Gambar 4.18 Tampilan short access...................................................... 81

Gambar 4.19 Tampilan response page .................................................. 81Gambar 4.20 Tampilan resource allocation .......................................... 82 Gambar 4.21 Tampilan bitmap dikirim oleh PCU ke MS ......................

  83 Gambar 4.22 Tampilan MS menerima delay time per TS ......................

  83 Gambar 4.23 Tampilan MS menerima PACK_ULL_ASS .....................

  84 Gambar 4.24 Tampilan MS menerima alokasi USF per TS ...................

  85 Gambar 4.25a Tampilan blok data saat USF_GRANURALITY=1..........

  85 Gambar 4.25b Tampilan blok data saat USF tidak dideteksi oleh MS......

  85 Gambar 4.26a Tampilan blok data saat USF_GRANURALITY 1 ........ 86

  ≠ Gambar 4.26b Tampilan blok data saat USF dideteksi oleh MS ..............

  86 Gambar 4.27 Tampilan 4 blok data uplink dialokasikan pada MS .........

  87 Gambar 4.28 Tampilan alokasi pada RB 0 ............................................

  88

Gambar 4.29 Tampilan alokasi pada RB 1 ............................................

  89 Gambar 4.30 Tampilan alokasi pada RB 2 ............................................

  89 Gambar 4.31 Tampilan alokasi pada RB 3 ............................................

  89 Gambar 4.32 Tampilan alokasi pada RB 4 ............................................

  90 Gambar 4.33 Tampilan alokasi pada RB 5 ............................................

  90 Gambar 4.34 Tampilan program dengan gambar sederhana...................

  91

  

DAFTAR LAMPIRAN

  Listing Program Menu Utama .................................................................... L Listing Program Menu Pilihan ................................................................... L1 Alur Tampilan Program ................................................................................ L27 Tampilan Help .............................................................................................. L28

  

INTISARI

  Sistem komunikasi data yang cepat, mudah, dan efisien menuntut usaha untuk mengembangkan teknologi pengiriman dan penerimaan data. General

  

Packet Radio Service (GPRS) adalah teknologi yang merupakan pengembangan

  generasi kedua dari Global System for Mobile Communication (GSM) yang memberikan waktu sambung cepat dan efisien, karena teknologi packet switching dari GPRS memungkinkan bandwidth (BW) yang digunakan oleh lebih dari satu pengguna secara bersama – sama. Sehingga pemanfaatan jaringan radio pada GPRS dapat maksimal. Untuk membantu mempelajari jaringan GPRS khususnya

  

air interface , maka dibuatlah suatu program simulasi untuk visualisasi air

interface dalam jaringan GPRS.

  Program simulasi untuk visualisasi air interface dalam jaringan GPRS dirancang dengan menggunakan aplikasi program Visual Basic. Program simulasi ini mencakup kanal data paket, timing advance control, akses jaringan, dan resource allocation .

  Program simulasi ini dapat berjalan dengan baik. Simulasi kanal data paket memvisualisasikan paket data pada prosedur uplink dan downlink. Simulasi

  

timing advance control memvisualisasikan nilai Timing Advance (TA) dan access

burst. Simulasi akses jaringan memvisualisasikan bagaimana jaringan

  mengalokasikan resource. Dan simulasi resource allocation memvisualisasikan pengalokasian bitmap, blok data uplink, Radio Block (RB) dan time slot (TS).

  Kata kunci : jaringan GPRS, air interface, kanal data paket, timing advance

  control , akses jaringan, resource allocation

  

ABSTRACT

  Data communication system which is easy, fast, and efficient requires improvement of communication technology. General Packet Radio Service (GPRS) is a technology development of the second generation of Global System for Mobile Communication (GSM) which provides fast and efficient connecting time. These advantage can be achieved due to packet switching technology of GPRS that allow a bandwidth (BW) can be used by more than one user at the same time. Therefore the usage of radio network in GPRS can be maximum. The simulation program is design to give better understanding of GPRS air interface.

  The simulation program was design by using Visual Basic application program. This simulation program visualized air interface in GPRS network, such as packet data channel, timing advance control, network access, and resource allocation.

  The simulation program can be operated well. Packet data channel simulation visualized the packet data of uplink and downlink prosedure. Timing advance control simulation visualized the movement of Timing Advance (TA) value and access burst. Network access simulation visualized resource allocated of network. Resource allocation simulation visualized the allocated of bitmap, block data uplink, radio block (RB) and time slot (TS).

  Keyword : GPRS network, air interface, packet data channel, timing advance control, network access, resource allocation

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  General Packet Radio Service (GPRS) merupakan layanan pengiriman dan

  penerimaan data berbasis paket data pada jaringan Global System for Mobile

  

Communication (GSM). GPRS adalah pengembangan generasi kedua dari GSM

  yang memberikan waktu sambung cepat dengan kecepatan data mencapai 115 Kbps [1], bahkan mencapai 160 Kbps [2] .Dengan adanya teknologi GPRS maka proses pengiriman data pada jaringan GSM menjadi lebih mudah, cepat dan murah.

  Teknologi GPRS dikembangkan dengan tujuan untuk memungkinkan operator GSM memenuhi kebutuhan layanan paket data tanpa kabel yang merupakan dampak dari perkembangan internet dan intranet suatu perusahaan. Teknologi packet switching dalam GPRS memungkinkan bandwidth digunakan oleh lebih dari satu pengguna secara bersama – sama sehingga penggunaan sumber daya dapat efisien dan pemanfaatan jaringan radio pada GPRS bisa maksimal [3].

  Laporan penelitian dengan judul “ Program Simulasi untuk Visualisasi Air

  

Interface dalam Jaringan GPRS ” ini disusun karena belum adanya suatu sarana

  untuk mempermudah mahasiswa dalam mempelajari teknologi GPRS khususnya bagian air interface.

  1.2 Batasan Masalah

  Batasan masalah penelitian ini adalah :

  1. Operasi kanal paket data dalam GPRS beserta operasi PACCH untuk uplink TBF.

  2. Timing Advance Control dalam GPRS dengan Prosedur Continuous Timing Advance Control .

  3. Akses ke dalam jaringan GPRS.

  4. Resource Allocation pada uplink direction.

  1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan tugas akhir ini adalah untuk menghasilkan suatu program bantu bagi mahasiswa mengenai teknologi General Packet Radio Service (GPRS) khususnya bagian air interface.

  1.4 Manfaat Penelitian

  Manfaat tugas akhir ini adalah :

  1. Dapat menjadi acuan tambahan mengenai teknologi jaringan GPRS guna pengembangan lebih lanjut.

  2. Memudahkan pemahaman tentang penggunaan jaringan General Packet Radio Service (GPRS).

  1.5 Metodologi Penelitian

  Penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Studi pustaka yang berhubungan dengan teknologi jaringan GPRS.

  2. Pembuatan program simulasi unjuk kerja jaringan GPRS dengan program Visual Basic.

  3. Membahas dan menganalisis hasil rancangan yang diperoleh dari program simulasi.

  4. Membuat kesimpulan dan saran dari hasil analisis dan pembahasan.

  1.6 Sistematika Penelitian

  Sistematika penyusunan propossal tugas akhir ini adalah seperti berikut :

  1. Bab I. PENDAHULUAN Berisi latar belakang, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.

  2. Bab II. DASAR TEORI Berisi dasar teori mengenai teknologi jaringan GPRS khususnya air interface .

  3. Bab III. PERANCANGAN DAN SIMULASI Berisi langkah perancangan/ diagram alir dan tampilan layout program simulasi untuk visualisasi struktur air interface pada jaringan GPRS.

  4. Bab IV. PEMBAHASAN HASIL UJI COBA Berisi pembahasan dan hasil simulasi program.

  5. Bab V. KESIMPULAN DAN SARAN Berisi tentang kesimpulan dan saran untuk pengembangan aplikasi lebih lanjut.

BAB II DASAR TEORI BAB ini akan membahas dasar teori Air Interface dari jaringan GPRS

  yang meliputi, kanal data paket, timing advance control, akses jaringan, dan resource allocation pada jaringan GPRS.

2.1 Pengertian dari GPRS dan Air Interface

  General Packet Radio Service (GPRS) merupakan layanan pengiriman dan

  penerimaan data berbasis paket data pada jaringan Global System for Mobile

  

Communication (GSM). GPRS adalah pengembangan generasi kedua dari GSM

  yang memberikan waktu sambung cepat dengan kecepatan data mencapai 115 Kbps[1] bahkan mencapai 160 Kbps [2].

  Air Interface merupakan penghubung jalur informasi yang beroperasi

  antara BTS dan Mobile Station (MS) [4]. Air Interface menggunakan teknik Time

  

Division Multiple Access (TDMA) untuk jalur kirim, terima dan pensinyalan

  informasi antara Base Transceiver Station (BTS) dan MS. Teknik TDMA digunakan untuk membagi tiap-tiap carrier menjadi 8 Time Slot (TS). TS ini kemudian ditandai untuk user tertentu, dan memungkinkan penanganan 8 pembicaraan secara bersamaan pada carrier yang sama.

Gambar 2.1 menunjukkan arsitektur pada jaringan GPRS beserta beberapa jenis air interface pada jaringan GPRS.Gambar 2.1 Arsitektur pada jaringan GPRS beserta air interface GPRS [5]

  Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1, jaringan GPRS memiliki beberapa jenis Air Interface, antara lain[6] :

  1. Gb Interface, menghubungkan Base Station Controller (BSC) dengan Serving

  GPRS Support Node (SGSN). Gb interface adalah carrier dari GPRS traffic dan pensinyalan antara BSC dan bagian dari GPRS.

  2. Gn Interface, menghubungkan SGSN dan Gateway GPRS Support Node (GGSN) yang berada pada PLMN yang sama. Gn menyediakan sebuah data dan pensinyalan interface pada intra Public Land Mobile Network (PLMN).

  3. Gp Interface, menghubungkan SGSN dan GGSN yang berada PLMN yang berbeda. Gp interface menyediakan fungsi yang dibutuhkan pada jaringan

  inter PLMN.

  4. Gr Interface, menghubungkan Home Location Register (HLR) dan SGSN. Gr

  interface memberikan akses SGSN ke informasi langganan pada HLR, dan dapat dialokasikan pada SGSN dengan PLMN yang berbeda.

  5. Gi Interface, menghubungkan PLMN dengan jaringan eksternal, misalnya jaringan internet atau intranet suatu perusahaan.

  6. Gc Interface, menghubungkan antara GGSN dan HLR. Pada Gc interface, GGSN dapat meminta informasi lokasi untuk permintaan aktifasi jaringan..

  7. Gs Interface, menghubungkan SGSN dan Mobile Service Switching Center (MSC)/ Visitor Location Register (VLR). Melalui Gs interface, SGSN dapat mengirimkan lokasi data ke MSC atau menerima paging request dari MSC.

  Gs interface dapat digunakan secara efektif untuk memperbaiki resource jaringan pada jaringan GSM/ GPRS.

  8. Gd Interface, menghubungkan SMS Gateway MSC (SMS-GMSC) dengan SGSN dan SMS Interworking MSC (SMS-IWMSC) dengan SGSN. Gd interface sangat efisien jika digunakan pada layanan SMS.

  9. Gf Interface, menghubungkan SGSN dan Equipment Identity Register (EIR).

  Gf interface memberikan akses SGSN ke informasi equipment.

2.2 Pengertian Paket switching, Time Slot dan Multiframe

  Teknologi GPRS menggunakan metode paket switching yaitu dalam pengiriman pesan kedalam jaringan, paket data dibagi menjadi beberapa paket kecil yang terpisah, dan setelah sampai tujuan paket data tersebut dirangkai kembali sehingga membentuk informasi yang utuh. Pada metode ini tidak ada jalur yang didedikasikan secara khusus antara stasiun pengirim dan dan stasiun penerima. Sehingga dengan paket

  

switching, akan banyak data yang dapat dikirimkan dan memungkinkan

jalur digunakan bersamaan oleh pengguna (user) lain [7].

  TS merupakan satu kanal trafik (Traffic Channel, TCH). Panjang satu frame TDMA adalah 4,615 ms dan panjang satu TS adalah 576,9 s.

  µ Data rate maksimum yang dapat dicapai setiap TCH adalah 9,6 Kbps [1].

  Jika diinginkan data rate yang lebih tinggi, maka beberapa TCH digunakan secara serempak untuk satu terminal MS. Pembagian TS dan

  frame TDMA ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Pembagian TS dan frame TDMA pada jaringan GPRS [1]

  Struktur multiframe untuk Packet Data Channel (PDCH) pada sistem GPRS terdiri dari 52 frame TDMA. 52 frame TDMA ini dibagi kedalam 12 blok paket data (B0 – B11), satu blok terdiri dari 4 frame yang ditransmisikan secara berurutan. Pada 52 frame TDMA terdapat 2 frame T untuk Packet Timing Advance Control Channel (PTCCH) dan 2 frame i yang merupakan frame kosong (idle). Struktur multiframe ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Struktur multiframe [1]

  Pada GPRS hanya terdapat konfigurasi 1 TS, dan setiap penggunaan 52 multiframe akan tersedia 8 TS. Penggunaan 52 multiframe ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Hirarki Frame GSM dengan 52 multiframe untuk GPRS [2]

  Pada GPRS, prosedur penggunaan sumber uplink dan downlink tidak berhubungan satu sama lain. Sehingga saat pengiriman paket data, blok radio (Radio Block, RB) ditempatkan pada paket data uplink dan downlink .

  TS tunggal dapat dipakai secara bergantian oleh beberapa pelanggan (subscriber). Beberapa pelanggan juga dapat menggunakan beberapa resource secara bergantian dalam satu TS setiap arah jika 52 multiframe digunakan kurang dari 12 pelanggan pada TS yang sama.

  Percampuran konfigurasi dari Absolute Radio Frequency Channel

  

Number (ARFCN) juga dimungkinkan, tetapi dalam kenyataannya sangat

  jarang. Gambar 2.5 memperlihatkan beberapa TS untuk GSM circuit

  

switched yang dikonfigurasikan dalam satu frekuensi, tetapi pelanggan

  GPRS terbagi dalam slot yang berbeda. Circuit switching adalah metode pengiriman paket data dengan mendedikasikan jalur secara khusus untuk

  user tertentu, sehingga selain user yang sudah ditentukan tidak dapat menggunakan jalur tersebut [7].

Gambar 2.5 Contoh dari pembagian resource GSM dan GPRS pada sebuah

  ARFCN [2]

2.3 Kanal Data Paket

  Jalur yang membawa informasi antara MS dan BTS disebut Physical

  

Channel . Perbedaan carrier informasi dalam Physical Channel diklasifikasikan

  dalam Logical Channel. Logical Channel dibagi menjadi 2 kategori, Control

  

Channel dan Traffic Channel. Keduanya kemudian dibagi menjadi dua tipe dari

Traffic Channel dan tiga kategori dari Control Channel dengan total sembilan tipe

  yang berbeda. Pembagian kategori dari Logical Channel ditunjukkan pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Pembagian kategori dari logical channels [4]

2.3.1 Control Channel

  Control Channel membawa informasi pensinyalan yang digunakan oleh

  MS untuk mencari RB. Ada tiga kategori dari Control Channel, yaitu:

1. Broadcast Channels (BCH)

  Semua BCH dikirimkan secara point to multi-point ke arah

  downlink. Terdapat beberapa tipe kanal pada BCH, yaitu : Frequency Correction Channel - (FCCH)

  Menyediakan frequency correction information yang digunakan oleh MS.

  Synchronization Channel (SCH) -

  Memuat info Base Station Identity Code (BSIC) dan nomer frame TDMA yang digunakan untuk sinkronisasi MS pada struktur frame dari BTS baru.

  Broadcast Control Channel (BCCH) -

  Digunakan untuk mengirimkan informasi secara umum ke semua MS, misalnya informasi Location Area Identity (LAI), informasi power output

2. Common Control Channels (CCCH)

  Semua CCCH dikirim secara point to point. CCCH digunakan untuk membangun hubungan antara MS dan Base Station (BS) sebelum penempatan MS ke Dedicated Control Channel (DCCH). CCCH dapat dikonfigurasikan dalam sebuah cell. Berbeda dengan BCCH, beberapa TS dalam sebuah cell dapat membawa CCCH pada bagian akhir, meskipun tiap MS hanya diikuti oleh satu CCCH per TS. Jika CCCH tidak dapat dikonfigurasikan dalam sebuah cell, semua akses jaringan yang terhubung dengan GPRS akan ditempatkan melalui CCCH.

  Terdapat beberapa tipe kanal pada CCCH, yaitu :

  Random Access Channel (RACH) -

  Digunakan oleh MS untuk meminta akses ke sistem. Informasi RACH dikirim secara uplink. RACH biasanya dikirim dengan random access

  burst (access burst yang dikirim secara acak dan serempak). Paging Channel (PCH) - Digunakan untuk memanggil MS. Informasi PCH dikirim secara downlink.

  Access Grant Channel (AGCH) -

  Digunakan untuk menandai Stand Alone Dedicated Control Channel (SDCCH), dan untuk menempatkan MS pada DCCH tertentu. Informasi AGCH dikirim secara downlink.

3. Dedicated Control Channels (DCCH)

  Semua DCCH dikirim secara point to point secara uplink dan

  downlink . DCCH digunakan untuk signalling dan kontrol. Terdapat

  beberapa tipe kanal pada DCCH, yaitu :

  Stand alone Dedicated Control Channel (SDCCH) -

  Membawa informasi signalling selama call setup. Digunakan sebelum alokasi pada TCH tertentu.

  Slow Assosiated Control Channel (SACCH) - Mengirim panggilan data kontrol dan laporan pengukuran.

  Fast Assosiated Control Channel (FACCH) - Digunakan untuk handover.

2.3.2 Traffic Channel

  Traffic Channel (TCH) membawa suara dan data. Ada dua tipe dari TCH,

  yaitu full rate dan half rate. TCH dapat ditempatkan pada TS dan pada frekuensi manapun di dalam cell, kecuali untuk TS pertama (TS0) pada carrier pertama (C0).

a. Full Rate TCH Full Rate (TCH/F) menangani voice atau data encoding.

  Informasi TCH/F mempunyai bit rate 13 kbps untuk informasi suara dan 9.6 kbps atau 4.8 kbps atau 2.4 kbps untuk informasi yang berupa data.

b. Half Rate

  Dengan kanal TCH Half Rate (TCH/H), sebuah MS akan memakai TS secara berselang (karena selalu berselang dengan idle frame). Sehingga, dua MS akan bisa menggunakan kanal fisik yang sama untuk mengawali panggilan ke sebuah penggandaan kapasitas jalur. Informasi TCH/H mempunyai bit rate 6.5 kbps untuk informasi suara dan 4.8 kbps atau 2.4 kbps untuk informasi yang berupa data. Pembagian frame pada traffic

  channel ditunjukkan pada Gambar 2.7, dengan T adalah TDMA frame untuk TCH. A adalah SACCH frame untuk TCH. Dan I adalah idle frame.

Gambar 2.7 Pembagian frame dari Traffic Channel (TCH) [4]

  

2.3.3 Operasi Packet Associated Control Channel (PACCH) untuk

TBF Uplink

  Pada sebuah TBF uplink, MS dapat menggunakan beberapa pengalokasian RB uplink dari pengiriman sebuah pesan kontrol pada PACCH. Sehingga PACCH dapat mengambil resource yang dibutuhkan untuk Packet Data Traffic Channel (PDTCH). Pada operasi ini terdapat tiga metode pengalokasian resource uplink, yaitu :

  1. Fixed Allocation PCU memberi informasi ke MS pada pesan PACK_ULL_ASS melalui TS yang digunakan untuk menerima pesan PACCH downlink, dan harus dapat diterima secara konstan oleh MS.

  2. Dinamic Allocation MS harus dapat menerima downlink direction dari semua pengalokasian TS. Semua nomer TS dapat digunakan oleh PCU untuk pengiriman pesan PACCH downlink.

  3. Extended Dinamic Allocation.

  MS tidak dapat menerima downlink direction dari TS nomer besar. PCU akan mengirimkan pesan PACCH downlink pada TS dengan nomer kecil, dapat dilihat pada Gambar 2.20.

2.4 Timing Advance Control dalam GPRS

  Dalam GPRS, resource jaringan digunakan dalam MS hanya jika sangat dibutuhkan. Pengetahuan tentang jarak antar MS penting untuk

  downlink hanya saat pengiriman paket data, karena MS selalu memuat konfirmasi pengirim dari penerimaan data di jaringan.

  Continuous regulation dari timing advance (saat pengiriman sinyal

• – sinyal uplink) adalah dasar dari pengukuran burst pada MS yang secara

periodik sampai di BTS. Proses ini membutuhkan access burst yang dikirim dari MS sampai nilai TA yang tepat didapatkan.

  Pada GPRS pengiriman access burst ke BTS dapat menggunakan metode Sloted Aloha. Selain berguna untuk memperkirakan jarak antara MS dan BTS, metode ini juga dapat mengontrol TA saat MS dalam keadaan mengirim atau menerima data.

2.4.1 Metode Slotted ALOHA

  ALOHA adalah akses protokol acak yang dikembangkan di Universitas Hawai untuk pembagian akses kanal penyiaran antar pengguna. ALOHA terdiri dari dua jenis yaitu unslotted yang tidak mempunyai koordinasi antar sistem stasiun, dan slotted yang bekerja dalam fungsi waktu untuk menghasilkan kanal time slot.

  Pada Slotted ALOHA (S-ALOHA) user dapat mengirim data ke BS melalui saluran uplink dan menerima data melalui saluran downlink.

  Bila hanya satu user yang mengirim data, BS akan menerima paket data dan mengirim balasan paket data melalui saluran downlink. Tetapi jika ada lebih dari satu user yang mengirim data secara bersamaan, maka akan terjadi tabrakan (collision). Jika user tidak menerima balasan, diasumsikan bahwa data yang dikirimkan rusak. Sehingga user kembali mengirim paket data dengan tunda waktu acak. Gambar 2.8 menunjukkan contoh operasi pada S-ALOHA. Paket bit data dikirimkan oleh user k, dan akan diikuti jawaban sebuah ACK dari satelit. Jika user m dan n mengirimkan paket data secara serempak hingga terjadi tabrakan, maka sebuah negatif

  acknowledgement (NAK) akan mengikuti dan masing-masing stasiun

  menggunakan nomer generator acak untuk memilih waktu pengiriman ulang. Dari Gambar 2.8 juga ditunjukkan contoh jika m dan n mengirim ulang dengan waktu yang dipilih secara acak, akan tetap ada kemungkinan user m dan n akan bertabrakan kembali.

Gambar 2.8 Operasi pada S ALOHA [8]

2.4.2 Prosedur Continuous Timing Advance Update

  Prosedur standar pada GPRS yang digunakan untuk mengukur TA yaitu continuous update prosedure. Prosedur ini didasarkan pada kanal logika PTCCH/U dan PTCCH/D yang ditunjukkan pada frame nomer 12 dan 38 dari 52 multiframe. Gambar 2.9 menunjukkan uplink direction dari PTCCH/U yang terbagi menjadi 16 sub kanal dengan 8 deret 52

  multiframe (MF), yang setiap sub kanalnya dapat digunakan ketika MS

  aktif. Penggunaan sub kanal berlangsung sama seperti TS dan Timing

  Advance Indeks (TAI) pada sub kanal yang berada pada pesan resource allocation .

Gambar 2.9 16 sub kanal PTCCH/U dengan 8 deret 52 MF [2]

  Setelah sub kanal PTCCH/U digunakan, MS menunggu sampai penggunaan PTCCH/U TDMA frame terlihat pada TS ini. Kemudian MS akan mengirim sebuah access burst dengan asumsi TA dari 0 ke BTS dalam frame. BTS dapat menerima access burst dan dapat memperkirakan jarak ke MS, oleh karena itu TA menggunakan tunda waktu. Beberapa nilai TA sangat dibatasi pada pesan TA terbaru untuk sampai ke 16 MS .

  Seperti terlihat pada Gambar 2.10.