Makalah Seminar Kerja Praktek
ARSITEKTUR DAN KONSEP RADIO ACCESS PADA LONG TERM EVOLUTION (LTE) Oleh : Yunda Kumala Nasution (L2F007081) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
Abstrak Dalam teknologi terbarunya, LTE menawarkan berbagai kelebihan dibandingkan sistem sebelumnya. Antara lain kecepatan akses data yang tinggi, peningkatan jumlah kapasitas kanal dan dapat melayani komunikasi bergerak dengan performasi yang baik serta dapat menunjang kerjasama antar teknologi dalam standar 3GPP . Untuk mengetahui bagaimana arsitektur jaringan pada LTE serta evolusinya dari jaringan sebelumnya maka perlu dibuat sebuah analisis evolusi perkembangan LTE serta kekurangannya agar dapat menjadi teknologi akses unggulan dimasa mendatang. Perkembangan teknologi LTE di Indonesia sendiri masih dalam tahap perencanaan serta simulasi. Hal ini disebabkan oleh belum adanya regulasi pasti dari pemerintah mengenai frekuensi kerja LTE. Kata Kunci : LTE, Arsitektur.
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam era perkembangan teknologi informasi dan komunikasi yang demikian cepat, masyarakat modern memerlukan adanya sarana komunikasi yang handal dan canggih. Sarana komunikasi yang dibutuhkan tersebut harus berorientasi untuk memenuhi kebutuhan layanan yang berlaku tidak hanya saat ini, namun juga diorientasikan untuk memenuhi kebutuhan layanan di masa mendatang. Disamping itu berkembangnya jaringan komunikasi bergerak dan permintaan yang tumbuh dengan cepat terhadap komunikasi personal, menyebabkan kebutuhan akan mobilitas tinggi dalam berkomunikasi akan tumbuh makin kuat diantara pengguna jasa telekomunikasi. Maka dapat ditarik kesimpulan bahwa Next Generation Network (NGN) harus mampu mendukung karakteristik sistem komunikasi bergerak, dengan terminal yang portable dan memenuhi persyaratan komunikasi bergerak yang ada. Long Term Evolution (LTE) adalah bentuk kemajuan dalam layanan seluler 3G. LTE adalah sebuah nama yang diberikan kepada suatu proyek dalam The Third Generation Partnership Project (3GPP) untuk mengembangkan standar komunikasi bergerak Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) dalam mengatasi kebutuhan mendatang. Tujuannya meliputi peningkatan efisiensi, peningkatan servis, marking use of new spectrum opportunities, dan integrasi yang lebih baik dengan standar terbuka lainnya. Untuk itu diperlukan pengkajian mendalam mengenai perkembangan teknologi telekomunikasi ini sehingga dapat dijadikan sebagai komunikasi unggulan yang dapat mengatasi kebutuhan teknologi komunikasi di masa depan.
1.2 Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian adalah : 1. Mengetahui teknologi Long Term Evolution (LTE) yang digunakan PT. TELKOM. 2. Mengetahui arsitektur teknologi LTE yang bila dibandingkan dengan jaringan saat ini. 3. Mengetahui teknologi Radio Access pada Long Term Evolution(LTE) dan keunggulannya bila dibandingkan dengan teknologi Radio Access pada generasigenerasi sebelumnya. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah yang diambil oleh penulis pada penulisan laporan kerja praktek ini adalah terletak pada evolusi arsitektur UMTS serta konsep radio access yang mendukung teknologi Long Term Evolution (LTE) sehingga menjadikannya sebagai solusi untuk jaringan masa depan. II. DASAR TEORI Dalam kurun waktu 10 tahun sejak lahirnya AMPS sudah terjadi perkembangan yang sangat pesat dengan berbagai penemuan atau inovasi teknologi komunikasi dan pada akhir tahun 90-an muncullah teknologi 2G (Generasi Kedua). Perbedaan utama dari teknologi 1G dan 2G adalah 1G masih menggunakan sistem Analog sedangkan 2G sudah menggunakan sistem digital. Dengan adanya kehadiran teknologi generasi kedua, maka muncullah teknologi selular yang baru yaitu, GSM. yang merupakan suatu sistem komunikasi wireless 2G. Pada awal tahun 2000-an muncullah teknologi generasi 2.5 (2.5 G) yang mempunyai kemampuan transfer data yang lebih cepat. Yang terkenal dari generasi ini adalah GPRS (General Packet Radio Service) dan EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution). Suatu protokol yang mengatur cara kerja
transfer data pada sistem wireless GSM. Dalam teorinya kecepatan transfer data EDGE dapat mencapai 384 Kbps. Setelah adanya teknologi generasi pertama, kedua dan teknologi 2.5 G, maka disusul kemudian dengan generasi ketiga (3G) yang menawarkan kelebihan yang lebih baik lagi baik dari segi kemampuan fitur dan transfer data dengan memiliki kecepatan transfer data lebih cepat dari sebelumnya dalam menghadirkan layanan yang sangat dibutuhkan oleh pelanggan. Selanjutnya setelah teknologi 3G pengembangan akan jaringan dan berbagai peralatan pendukungnya terus dilakukan hingga saat ini lahirlah teknologi LTE (Long Term Evolution).
2.2 GPRS (General Packet Radio Service) GPRS merupakan sistem transmisi berbasis paket untuk GSM yang menggunakan prinsip 'tunnelling'. Ia menawarkan laju data yang lebih tinggi. Laju datanya secara kasar sampai 160 kbps. GPRS menggunakan sistem komunikasi packet switched sebagai cara untuk mentransmisikan datanya. Packet switch adalah sebuah sistem di mana data yang akan ditransmisikan dibagi menjadi bagian-bagian kecil (paket) lalu ditransmisikan dan diubah kembali menjadi data semula.
Gambar 3. Sistem Jaringan GPRS
Gambar 1. Timeline Perkiraan dari Lanskap Standar Telekomunikasi Bergerak
2.1 GSM (Global System for Mobile Communications) Dengan menggunakan sistem sinyal digital dalam transmisi datanya, membuat kualitas data maupun bit rate yang dihasilkan menjadi lebih baik dibanding sistem analog. Teknologi GSM saat ini lebih banyak digunakan untuk komunikasi seluler dengan berbagai macam layanannya. Sejak pertama pengimplementasiannya sampai sekarang GSM telah dikembangkan dalam tiga kelompok yaitu GSM 900, 1800 dan 1900. Spesifikasi Teknis: • Uplink 890 MHz – 915 MHz • Downlink 935 MHz – 960 MHz • Duplex Spacing 45 MHz • Carrier Spacing 200 MHz • Modulasi GMSK • Metode Akses FDMA- TDMA
Gambar 2. Arsitektur GSM
2.3 EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) EDGE adalah teknologi evolusi dari GSM dan IS-136. Tujuan pengembangan teknologi baru ini adalah untuk meningkatkan kecepatan transmisi data, efesiensi spektrum, dan memungkinkannya penggunaan aplikasi-aplikasi baru serta meningkatkan kapasitas. Pengaplikasian EDGE pada jaringan GSM fase 2+ seperti GPRS dilakukan dengan penambahan lapisan fisik baru pada sisi Radio Access Network (RAN). Jadi tidak ada perubahan di sisi jaringan inti seperti MSC, SGSN, ataupun GGSN. 2.4 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) UMTS menggunakan teknologi akses WCDMA dengan sistem DS-WCDMA (Direct Seqence Wideband CDMA). Terdapat dua mode yang digunakan dalam WCDMA dimana yang pertama menggunakan FDD (Frequency Division Duplex) dan kedua dengan menggunakan TDD (Time Division Duplex). FDD dikembangkan di Eropa dan Amerika sedangkan TDD dikembangkan di Asia. Pada WCDMA FDD, digunakan sepasang frekuensi pembawa 5 MHz pada uplink dan downlink dengan alokasi frekuensi untuk uplink yaitu 1945 MHz – 1950 MHz dan untuk downlink yaitu 2135 MHz – 2140 MHz.
Gambar 4. Arsitektur UMTS
2.4.1 Sistem WCDMA UMTS WCDMA merupakan suatu sistem Wideband Direct-Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA), dalam penjelasannya, bit-bit informasi ditebar pada sebuah wide bandwidth dengan cara perkalian antara data pengguna dengan bit-bit acak dari chip-chip yang berasal dari kode-kode spreading CDMA.
Gambar 5. Pengkodean WCDMA
2.5 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access ) High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) adalah suatu teknologi terbaru dalam sistem telekomunikasi bergerak yang dikeluarkan oleh 3GPP release 5 dan merupakan teknologi generasi 3,5 (3,5G). Teknologi yang juga merupakan pengembangan dari WCDMA, sama halnya dengan CDMA 2000 yang mengembangkan EV-DO ini, didesain untuk meningkatkan kecepatan transfer data 5x lebih tinggi. HSDPA mempunyai layanan berbasis paket data di WCDMA downlink dengan data rate mencapai 14,4 Mbps dan bandwith 5 MHz.
Gambar 6. Struktur Jaringan HSDPA
2.6 High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA) High-Speed Uplink Packet Access (HSUPA) adalah sebuah protokol telepon selular 3G dalam keluarga HSPA dengan kecepatan up-link hingga 5,76 Mbit/s. Nama HSUPA diciptakan oleh Nokia. 3GPP tidak mendukung nama 'HSUPA', melainkan menggunakan nama Enhanced Uplink (Eul). Spesifikasi HSUPA termasuk dalam Universal Mobile Telecommunications System Release 6 standar yang diterbitkan oleh 3GPP. Tujuan teknis fitur Enhanced Uplink adalah untuk meningkatkan kinerja uplink berdedikasi saluran transportasi, yaitu untuk meningkatkan kapasitas dan throughput dan mengurangi delay. Pada dasarnya memiliki struktur sama dengan HSDPA namun hanya berbeda pada jalur linknya. 2.7 HSPA+ (Evolved High Speed Packet Access) HSPA+ adalah standar broadband nirkabel dalam 3GPP release 7. HSPA + menyediakan kecepatan data sampai 56 Mbit / s pada downlink dan 22 Mbit/s pada uplink dengan teknologi MIMO dan orde modulasi lebih tinggi (64QAM). MIMO pada sistem berbasis CDMA bertindak seperti sektor virtual untuk memberikan kapasitas tambahan lebih dekat. 56 Mbit / s dan 22 Mbit / s mewakili kecepatan puncak teoritis sektor. Kecepatan sebenarnya untuk pengguna akan lebih rendah. Di tepi sel dan bahkan pada setengah jarak ke tepi sel mungkin hanya ada sedikit peningkatan dibandingkan dengan kecepatan 14,4 Mbit/s HSDPA kecuali untuk yang menggunakan saluran yang lebih luas dari 5 MHz. Di masa mendatang revisi HSPA + mendukung hingga 168 Mbit / s untuk penggunaan carier jamak. HSPA + juga memperkenalkan arsitektur all-IP untuk jaringan di mana BTS berhubungan langsung dengan jaringan utama berbasis IP dan kemudian ke tepi router ISP. Teknologi ini juga memberikan perbaikan pada lama penggunaan baterai. 2.8 LTE (Long Term Evolution) Istilah LTE pertama kali diperkenalkan oleh 3GPP untuk memulai tahap evolusi berikutnya dalam sistem komunikasi bergerak yang berdasarkan pada teknologi Orthogonal Frekuensi Division Multiplexing (OFDM). LTE digunakan untuk menyediakan solusi all-IP pada arsitektur jaringannya. LTE memiliki kemampuan untuk beroperasi pada mode FDD ataupun TDD. Tidak seperti UMTS, LTE tidak mendukung soft handover. LTE memberdayakan operator untuk mencapai tingkat puncak uplink dan downlink, meningkatkan efisiensi spektrum, dan mengurangi CAPEX dan OPEX. Jaringan inti LTE didasarkan
pada solusi all-IP, dan tidak seperti GSM / UMTS, tidak ada elemen jaringan yang terpisah. Pada LTE circuit-switching hadir di jaringan inti. Tabel 1. Throughput pucak tariff LTE
kapasitas nirkabel tambahan, kebutuhan untuk memiliki sistem radio dengan biaya rendah dan untuk bersaing dengan teknologi nirkabel lainnya. Target pengembangan LTE telah ditetapkan relatif terhadap HSPA release 6. Ini bertujuan untuk untuk mencapai throughput 100Mbps setidaknya pada downlink dan 50Mbps di uplink. Latency menjadi berkurang dan tingkat konsumsi daya juga perlu diminimalkan untuk meningkatkan kinerja secara keseluruhan. Tabel 2. Fitur-fitur LTE
III. ARSITEKTUR LONG TERM EVOLUTION
Gambar 7. Arsitektur LTE
Arsitektur jaringan dari LTE seperti pada gambar 4.1 dibuat lebih sederhana daripada jaringanjaringan yang telah ada sebelumnya. Keseluruhan arsitektur LTE terdiri dari beberapa eNB yang menyediakan akses dari UE ke E-UTRAN melalui E-UTRA. Sesama eNB saling berhubungan satu sama lain melalui antarmuka yang disebut X2. MME/SAE gateway menyediakan koneksi antara eNB dengan EPC (Evolved Packet Core) dengan antarmuka yang disebut S1. X2 dan S1, keduanya mendukung UE dan SAE Gateway. Keduanya juga menyediakan dynamic schedulling dari UE. Layanan penting lainnya dari eNB adalah header compression dan enkripsi dari aliran data pengguna. 3.1 Persyaratan dan Sasaran LTE Proyek LTE dimulai dengan beberapa target pertimbangan meliputi, misalnya evolusi kemampuan wireline yang sesuai untuk kebutuhan
3.2 Akses Radio LTE (E-UTRAN) Sebuah EPS yang diilustrasikan dalam Gambar 7 terdiri dari UTRAN yang berevolusi, EPC dan blok IMS. Entitas utama yang bekerja dalam arsitektur jaringan LTE terletak pada jaringan akses radio dan berkembang dalam sebuah evolusi jaringan inti. Dalam E-UTRAN, NodeB yang berevolusi menjadi eNodeB digunakan untuk memudahkan hubungan akses radio antara UE dan EPC, dan antarmuka S1 digunakan oleh eNodeB agar dapat terhubung dengan EPC. Tidak seperti sistem 3G, LTE terdiri dari suatu elemen jaringan tunggal dalam jaringan akses radio. Sedangkan jaringan inti (EPC) terdiri dari elemen jaringan logic yang memfasilitasi UE agar dapat melakukan komunikasi yang baik. Semua entitas EPC ini saling berhubungan dengan antarmuka yang berbeda.
Gambar 8. Evolusi E-UTRAN
Fungsi-fungsi yang dimiliki oleh E-UTRAN adalah seperti di bawah ini: 1. Inter-cell Radio Resource Management (RRM) 2. Resource Block Control
3. Connection Mobility Control 4. Radio Admission Control 5. eNB Measurement Configuration and Provisioning 6. Dynamic resource allocation (schedulling) 3.3 Evolusi Arsitektur Jaringan Inti Sesuai spesifikasi release 8, jaringan inti yang berkembang dikenal sebagai EPC, dan menyediakan jaringan inti all-IP untuk LTE. Berbeda dengan multidomain jaringan inti UMTS (packet-switched dan circuit-switched), EPC menggunakan domain IP tunggal paket-switched. Sebuah domain IP tunggal dalam jaringan inti secara signifikan meningkatkan kinerja jaringan untuk layanan real time dan non real-time. EPC memfasilitasi koneksi IP end-to-end dari UE untuk setiap perangkat akhir atau pada jaringan. Menurut spesifikasi 3GPP, sebuah EPC terdiri dari bagian-bagian berikut. • Mobility Management Entity (MME) • Serving Gateway (S-GW) • Packet Data Network (PDN) Gateway (PGW) • Policy and Charging Rules Function (PCRF) • Home Subscription Server (HSS) 3.4 Evolved Node B (eNB) Sebuah eNB adalah bagian radio akses dari LTE. Setiap eNB setidaknya terdapat sebuah radio transmitter, receiver, bagin kontrol, dan power supply. Di samping radio transmitter, dan receiver, eNB juga mempunyai resource management dan fungsi pengontrolan yang pada mulanya terdapat pada Base Station Controller (BSC) atau Radio Network Controller (RNC). Hal ini menyebabkan eNB mempunyai kapabilitas untuk dapat berkomunikasi satu sama lain, yang pada akhirnya dapat mengeliminasi adanya Mobile Switching Center (MSC), BSC/RNC. 3.4.1 Home Evolved Node B (HeNB) Home eNodeB (HeNB) yang merupakan femtocell memiliki beberapa perbedaan dengan eNB. Femtocell memiliki jangkauan yang lebih sempit dari pada jangkauan eNB karena memang diatur untuk pemakaian di rumah. Selain itu, femtocell dimiliki oleh personal/individu, bukan operator seperti eNB. Kecepatan akses jika menggunakan eNB diatur oleh operator, sementara jika menggunakan femtocell, kecepatan akses tergantung oleh trafik pada saat melakukan akses tersebut. 3.5 Implementasi LTE Beberapa operator besar di Indonesia seperti Telkomsel, XL Axiata, dan Indosat telah
menyatakan siap untuk mengimplementasikan teknologi LTE. Telkomsel bekerja sama dengan SingTel (pemegang 35% saham Telkomsel) akan mengembangkan LTE dengan kerja sama dari vendor Alcatel-Lucent. Sementara XL Axiata dan Indosat masing-masing bekerja sama dengan vendor Swedia, Ericsson. Beragam tantangan masih menghadang pengimplementasian dari LTE di Indonesia, seperti payung hukum dan ijin penggunaan spektrum frekuensi. Kementrian Komunikasi dan Informatika (Kominfo) hingga akhir tahun 2010 ini belum akan memberikan izin kepada para operator seluler untuk menggelar uji coba LTE. Menurut Kepala Pusat Informasi Kominfo, Gatot S Broto, tahun 2010 telah dilakukan pengkajian dan mapping pada frekuensi 2,5 GHz untuk peluncuran LTE. Namun izin untuk trial kemungkinan akan dikeluarkan setidaknya tahun 2011 setelah ada titik terang dari kajian teknis yang dilakukan Kominfo, Badan Regulasi Telekomunikasi Indonesia (BRTI) serta para stakeholder melalui uji publik. Hal ini didasarkan pada kebijakan yang tidak mungkin dikeluarkan oleh pemerintah tanpa pengkajian, penyusuan roadmap, dan pembuatan regulasi. Band frekuensi 2,5 GHz tampaknya akan menjadi kandidat utama spektrum yang digunakan oleh LTE. Supaya LTE mampu bekerja maksimal, setidaknya diperlukan bandwidth minimal 20 MHz, idealnya 50 MHz. 3.6 Pengujian LTE di Telkom R&D Center Saat ini sedang dilakukan persiapan uji coba LTE di Laboratorium Wireline Access Telkom R&D Center. Di laboratorium terdapat eNodeB dari vendor Huawei yang sedang dalam proses instalasi. Pemasangan antena MIMO juga sedang tahap rencana. Di laboratorium R&D Center hanya terdapat base station (eNodeB), sementara jaringan corenya menggunakan EPC yang terdapat di Telkomsel, Jakarta. Antara eNodeB dengan EPC dihubungkan dengan kabel fiber optik, yang harus mampu mensupport pesat data 100 Mbps. Karena belum dikeluarkannya regulasi dari pemerintah tentang uji coba LTE, maka uji coba dilakukan dengan keterbatasan. Uji coba ini akan dilakukan dengan pita frekuensi yang telah dimiliki oleh Telkomsel untuk 3G, dan dilakukan secara indoor. Uji coba akan dilakukan setelah semua persiapan selesai termasuk siapnya handset yang akan digunakan. Pada nantinya akan dilakukan beberapa tes untuk mengetahui kecepatan akses (uplink dan downlink) serta fitur-fitur lainnya.
Gambar 9. Grafik Prediksi Jumlah Pengguna LTE sampai 2014
IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan Dari hasil pengamatan yang dilakukan selama melakukan Kerja Praktek pada Lab Wireless Network PT. Telkom R&D Center Bandung, diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Long Term Evolution (LTE) merupakan teknologi yang dikembangkan di bawah asosiasi 3GPP (3rd Generation Partnership Project) sebagai kandidat teknologi generasi keempat (4G). 2. LTE mempunyai banyak kelebihan untuk dapat dikembangkan sebagai teknologi telekomunikasi yang mampu memberikan kecepatan akses yang tinggi dan penghematan bandwidth radio air interface. 3. Arsitektur LTE yang lebih sederhana memberikan kemudahan dalam pembangunan jaringan serta biaya yang lebih murah. Selain itu teknologi packet-switched yang dimunculkan pada LTE meminimalkan nodenode antar jaringan sehingga kecepatan komunikasi data terjamin. 4. Sejumlah operator besar di Indonesia menyatakan siap secara teknologi untuk mengimplementasikan LTE, hanya tinggal menunggu keluarnya regulasi dari pemerintah. Depkominfo dan Badan Regulasi Telekomunikasi Indonesia menyatakan LTE akan dikomersialisasikan sekitar tahun 20122013. 5. Telkom R&D Center yang merupakan unit bisnis PT.Telekomunikasi Indonesia, Tbk juga sedang dalam proses persiapan untuk uji coba LTE, dengan bekerja sama dengan vendor Huawei. 4.2 Saran 1. Jika suatu saat penulis ingin mengetahui lebih jauh tentang teknologi LTE agar diberikan
kesempatan untuk mendapat bimbingan dari Telkom R&D Center. 2. Persiapan pengujicobaan LTE di Telkom R&D Center agar segera diselesaikan, sehingga uji coba dapat segera dilakukan. Dengan demikian, Telkom R&D Center dapat dengan cepat mengkomersialisasikan LTE setelah dikeluarkannya regulasi dari pemerintah. DAFTAR PUSTAKA [1] Artikel Proof of Concept Implementation of UMTS Long Term Evolution,http://epubl.ltu.se/14021617/2007/246/LTU-EX-07246-SE.pdf [2] Artikel Overview of the 3GPP Long Term Evolution Physical Layer, http://cache.freescale.com/files/wireless_co mm/doc/white_paper /3GPPEVOLUTIONWP.pdf [3] Artikel Link Adaptation Improvements for Long Term Evolution (LTE), sumber :http://www.essays.se/essay/18e51a6708 [4] Artikel Technical Overview of 3GPP LTE,http://hgmyung.googlepages.com/3gpp LTE.pdf [5] Artikel 3GPP LTE and LTE Advanced, http://downloads.hindawi.com/journals/speci alissues/0002009007.pdf [6] Artikel 3GPP Long Term Evolution, http://en.wikipedia.org/wiki/3GPP_Long_Te rm_Evolution
Biodata Penulis Yunda Kumala Nasution (L2F007081) lahir di Baucau, Timor Leste, 1 Juli 1989. Menempuh pendidikan dari SDN 3 Bandar Jaya Lampung, SMPN3 Bandar Sribawono dan SMAN2 Bandar Lampung dan saat ini melanjutkan di Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro Konsentrasi Elektronika Telekomunikasi. Menyetujui, Dosen Pembimbing
Achmad Hidayatno, ST. MT.
NIP. 196912211995121001
