BAB II DASAR TEORI. Awal penggunaan dari sistem komunikasi bergerak dimulai pada awal tahun 1970-an

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 adalah3G/UMTS (3RD 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: 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. 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.

1G

2G

AMPS

GSM

2,5G

3G PHASE

GPRS

WCDMA

EVO 3G HSDPA

HSDPA

EDGE

Gambar 2.1 Blok diagram Komunikasi Bergerak


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.

HLR

SIM

VLR

BSC BTS

ME

PSTN ISDN, PSPDN

MSC BSC

BTS EIR

Um Mobile Station

SIM ME BTS BSC HLR

AnC

A Base Station Subsystem

Network Subsystem

: Subcriber Identity Module VLR : Visitor Location Register : Mobile Equipment MSC : Mobile services Switching Center : Base Tranceiver Station EIR : Equipment Identity Register : Base Station Controller AuC : Authentication Center : Home Location Register Gambar 2.2 Arsitektur GSM


2.2.2 3G/ UMTS ( Universal Mobile Telecommunication Service ) Arsitektur UMTS (Universal Mobile Telecommunication Service) secara sederhana diperlihatkan pada Gambar 2.3. Core Network

UTRAN

UE

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 switching/routing 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).


Sebuah UTRAN terdiri atas satu atau lebih RNS, masing-masing terkoneksi berturutturut 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. CORE NETWORK

UTRAN RNS

RNS RNC

RNC

NODE B

NODE B

NODE B

NODE B

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.


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.


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

RLC and MAC-HS parameters Total buffer size (Kbytes) Tbd Tbd Maximum number of AM RLC entities Tbd Tbd Phy parameters {Maximum number of HS-DSCH codes {5,3, 9600} {5, 1, received, Minimum inter-TTI interval, 9600} Maximum number of HS-DSCH transport channel bits that can be received within an HS-DSCH TTI} Total number of soft channel bits 19200 57600 Pada aplikasinya HS-DSCH terdiri dari 2 jenis kanal, yaitu : 1.

7 Mbps capability

10 Mbps capability

Tbd Tbd

Tbd Tbd

{10, 1, [15342]} Or {10, 1, 19200}

{15, 1,[20456]} Or {15, 1, 28800}

115200

172800

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


dari satu set kode kanal sebelumnya dari transmisi HSDSCH [2]. Struktur dari subframe dan slot pada HS-PDSCH ditunjukkan oleh Gambar 2.5. Data N

bi

T slot = 2560 chips, M*10*2k bits (k = 4)

Slot #0

Slot #1

Slot #2

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] Slot format #i

Channel Bit Rate (kbps

0 (QPSK) 1 (16QAM)

480 960

Channel Symbol Rate (kbps) 240 240

SF

16 16

Bits/ HSDSCH subframe 960 1920

Bits/ Slot

Ndata

320 640

320 640

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.


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. Data b T slot = 2560 chips, 40 bits

Slot #0

Slot #1

Slot #2

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


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-PDSCH(s)

Data

DTX

DTX

Data

DTX

DTX

Data

Dtx

Dtx

Inter –TTI = 3 Data

DTX

Data

DTX

Data

DTX

Data

DTX

Data

HS-PDSCH(s) Inter-TTI = 2

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


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


2.3.2 HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) Sama halnya dengan HSDPA untuk downlink, HSUPA didefinisikan sebagai radio interface baru untuk komunikasi uplink. Tujuan kesemuanya adalah untuk meningkatkan coverage dan throughput bersamaan dengan mengurangi delay pada kanal transport uplinknya. Dari sudut pandang 3GPP, standard awalnya disetujui pada bulan Desember 2004, dan aspek performansinya diselesaikan selama musim panas 2005. E-DCH (Enhanced Dedicated Channel) adalah nama yang diadopsi dari 3GPP untuk HSUPA yang termasuk ke dalam 3GPP Release 6. Kemampuan-kemampuan utamanya yang diperkenalkan pada HSUPA adalah: 1. Dedicated channel uplink yang baru. Tidak seperti HSDPA, HSUPA berbasis pada sebuah dedicated channel. Seri kanal baru diperkenalkan untuk keduanya, signaling dan trafik, untuk menambah keseluruhan kemampuan uplink. 2. Pengenalan H-ARQ dimana menggunakan metode yang sama pada HSDPA untuk error recovery pada layer fisik. 3. Penjadwalan cepat pada Node B yang mampu melakukan kontrol pada Node B, dimana batasnya diatur oleh RNC, pengaturan dari transport format codes yang dapat dipilih UE. Hal ini akan mampu meningkatkan coverage dan kapasitas di uplink. 2.4

Teknik Penjadwalan Trafik Pada dasarnya, sistem penjadwalan trafik mengatur distribusi dari resources bagi user

pada kanal HS-DSCH yang digunakan secara share, dengan menentukan perilaku keseluruhan dari sistem secara luas. Penjadwalan trafik yang cepat umumnya diterapkan berdasarkan kondisi kanal untuk memaksimalkan aplikasi teknik AMC dan HARQ sebelumnya, dan harus mempertimbangkan jumlah data yang menunggu (antrian) dan prioritas jenis layanan, pada waktu yang sama.


Penjadwalan trafik melihat beberapa aspek dari kondisi multi-user yang beragam sehingga data dari user tersebut dapat segera ditransmisikan ketika kondisi link radio mengijinkan kecepatan data yang tinggi. Disamping itu, juga digunakan untuk mengatur fairness level. Jika awalnya, sistem penjadwalan ini di terapkan di Radio Network Controller (RNC), maka pada sistem HSDPA ini sistem penjadwalan diterapkan di node B. Dimaksudkan untuk mengantisipasi dalam menyeimbangkan kondisi kanal radio yang berubah secara cepat. Dengan begitu, dapat mempermudah akses pada kanal radio. Dan dengan Time Transmision Interval (TTI) yang lebih pendek, yaitu 2 ms, dari TTI sebelumnya pada Release ’99, 10 ms, maka didapatkan kondisi kanal seketika yang lebih akurat. TTI tersebut merepresentasikan periode dimana suatu set data blok dapat ditransmisikan melalui kanal fisik pada link radio. Secara umum, algoritma penjadwalan digunakan untuk menentukan user yang paling cocok untuk mengakses kanal sehingga dapat mengoptimalkan troughput, fairness, dan delay. Algoritma penjadwalan trafik berdasarkan model kanalnya, dapat dikategorikan menjadi 2 macam. Pertama, algoritma penjadwalan pada model kanal two-state on-off Markov. Karena cukup sederhana, model kanal two-state Markov lebih cocok diaplikasikan untuk menilai faktor keadilan (fairness) dari algoritma penjadwalan tersebut. Bagaimanapun juga, model kanal two-state Markov ini mempunyai keterbatasan jika diaplikasikan pada karakteristik kanal secara real. Kedua adalah algoritma penjadwalan pada model kanal praktis yang lebih menekankan pada kondisi multi-user yang beragam. Beberapa teknik penjadwalan tersebut diantaranya adalah Max SNR, Round Robin (RR), Proportional Fair (PF), dan penjadwalan Fair Channel Dependent (FCD). Berikut ini dijelaskan prinsip dan karakteristik dari masing-masing teknik penjadwalan trafik.


2.4.1 Maksimum SNR Teknik penjadwalan ini mengurutkan semua user berdasarkan rasio Signal to Noise Ratio (S/N) pada selang waktu tertentu. Didesain untuk mengalokasikan kanal bagi user dengan nilai SNR yang paling bagus sehingga teknik ini paling baik dalam mendapatkan troughput jaringan yang maksimum. Dalam hal ini, UE pada posisi yang baik akan memiliki troughput terbesar, namun akibatnya sistem tidak dapat melayani user dengan posisi yang tidak begitu menguntungkan secara optimal (misal pada kondisi interferensi yang besar). Oleh karena itu, maksimum SNR merupakan teknik penjadwalan yang sangat dipengaruhi oleh kondisi kanal radio yang bervariasi. 2.4.2 Round Robin Berbeda dengan maksimum SNR, teknik penjadwalan ini mengalokasikan kanal bagi user dengan waktu pelayanan yang sama. Prinsip dasarnya dengan memilih user yang belum dilayani untuk jangka waktu yang lama. Sehingga teknik penjadwalan ini lebih fair dari maks-SNR, tetapi menghasilkan troughtput yang lebih kecil. 2.4.3 Proportional Fair Teknik penjadwalan ini merupakan pengembangan dari teknik Maksimum SNR, yang mampu meningkatkan performansi jaringan dari segi fairness, dan delay tetapi menurunkan troughput sistem. Prinsip dasarnya adalah mengurutkan semua user berdasarkan nilai transfer rate dibagi dengan rata-rata transfer rate sistem, yang lebih tinggi.


BAB II DASAR TEORI. Awal penggunaan dari sistem komunikasi bergerak dimulai pada awal tahun 1970-an

Recommend Documents