SISTEM KOMUNIKASI BERGERAK
Pemrograman Sistem
Overview • Teknologi komunikasi saat ini telah berkembang pesat. Selain telah menerapkan komunikasi wireless atau nirkabel, juga telah diaplikasikan untuk kondisi bergerak. • Teknologi ini terbagi atas beberapa jenis, diantara teknologi tersebut adalah GSM, CDMA, Teknologi 2G, 3G dan HSDPA/HSUPA.
Pengantar AMPS (1978) GSM (9.6 - 14.4 kbps), CDMA GPRS (115 kbps) EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) 384 kbps UMTS (2 Mbps), W-CDMA dan CDMA 2000
Cellular Evolution and 3Gb Roadmap GSM
Europe
GSM
GPRS
HSCSD PDC Japan
D-AMPS
North America
IS-95 North America
PDC
W-CDMA
HSDPA UMTS
EDGE
PDC+ CDMA2000
D-AMPS IS-95
1X-RTT IS-95B
2G 9.6-14 kbps
EV-DV
EV-DO 2.5G 114-384 kbps
3G 0.384-2 Mbps
3G+ >5 Mbps
Arsitektur Sistem Komunikasi Bergerak GSM • Jaringan GSM terdiri dari beberapa kesatuan fungsional yang memiliki fungsi tertentu. Struktur Public Land Mobile Network (PLMN) terbagi menjadi tiga sub-sistem yaitu : – Radio Subsystem (RSS) – Network Switching Subsystem (NSS) – Operation and Maintenance Subsystem (OMS)
GSM
GSM • Sebuah Sebuah jaringan GSM terdiri dari beberapa komponen : – Mobile Station (MS), – Subscriber Identity Modul (SIM), – Base Transceiver Station (BTS), – Base Station Controller (BSC) dan – Mobile Service Switching Centre (MSC).
GSM Mobile Station (MS) • Mobile Station (MS) merupakan peralatan bergerak yang digunakan untuk mengakses layanan telekomunikasi PLMN GSM. MS terdiri dari smartcard yang disebut SIM card dan Mobile Equipment (ME) . Subscriber Identity Module (SIM) • Tiap pelanggan bergerak memiliki SIM card pribadi yang diselipkan ke telepon. SIM card merupakan tiket untuk mengakses jaringan PLMN. SIM card harus ada dalam Mobile Station untuk mengakses jaringan PLMN, baik digunakan untuk menerima atau melakukan panggilan.
GSM Base Transceiver Station (BTS) • Tiap cell memiliki satu Base Transceiver Station (BTS) yang menjamin komunikasi radio antar mobile station dalam cell dan mobile station dengan jaringan tetap (PSTN). Fungsi utama dari BTS adalah menjaga dan memonitor koneksi ke mobile station dalam satu cell. Base Station Controller • Base Station Controller (BSC) merupakan penghubung antara sejumlah BTS dan NSS. BSC juga mengubah 13 Kbps voice channel yang digunakan radio link ke standar 64 Kbps channel yang digunakan oleh PSTN. Tugas BSC diantaranya meliputi : – Manajemen radio resources dan frekuensi – Distribusi speech, data dan signalling data dari NSS ke BTS-BTS
GSM Mobile Service Switching Centre (MSC) • Mobile Services Switching Centre (MSC) memiliki seluruh fungsi penting dalam switching komunikasi pada seluruh mobile station dalam MSC area. • Fungsi utama MSC adalah untuk mengkoordinasikan pembentukan call (call set up) antara mobile station (MS GSM) dengan MS GSM atau user PSTN .
CDMA • Code Division Multiple Access (CDMA) adalah teknologi berbasis spread spectrum yang mengijinkan banyak user menempati kanal radio yang sama,diterapkan pada system IS-95, J-STD-008, dsb. • Dalam sistem CDMA tiap user menggunakan kode unik yang berbeda satu sama lain, dan kross korelasi antar kode sangat kecil. Setiap data yang akan dipancarkan terlebih dahulu akan ditebar (spreading) sehingga memungkinkan adanya multiple access.
CDMA
CDMA Sistem komuniasi CDMA ini mempunya spesifikasi sebagai berikut : • Bandwidth: 1.25 MHz • Chip Rate : 1.2288 Mcps • Frek uplink : 869 - 894 MHz atau 1930 - 1990 MHz • Frek downlink : 824 - 849 MHz atau 1850 -1910 MHz • Frame length : 20 ms
CDMA • Bit rates : 9.6 kbps, 14.4 kbps • Speech code : QCELP 8kbps, ACELP 13 kbps • Power control uplink : open loop + fast closed loop • Power control downlink : slow quality loop • Spreading codes : Walsh + long M sequences
CDMA Kelebihan CDMA • Privasi tiap user, karena tiap user diberikan kode PN yang berbeda, dan hanya RX yang mengetahui kode tersebutlah yang bisa mendekode data yang sudah ditebar itu. • Anti Jamming, terutama narrowband dapat diatasi dengan membuat sinyal informasi menduduki bandwidth yang besar dibandingkan bandwidth aslinya. Hal ini dimaksudkan untuk membuat sinyal tersebut mempunyai karakteristik seperti noise.
CDMA • CDMA juga bersifat low probability intercept (LPI) karena sinyal DS-SS menempati spectrum setiap saat, maka ia mempunyai daya transmit yang sangat rendah per Hertz. Hal ini membuat sinyal DS-SS sulit dideteksi. • Pada CDMA juga diterapkan efisiensi spectrum, yaitu CDMA bekerja atas dasar Direct Sequence , dan kanalnya dapat digunakan oleh setiap sel dalam system, dan hanya dibedakan oleh kode Pseudorandom Number (PN) yang digunakannya.
Konsep Sistem Komunikasi Bergerak Fading • Fading adalah fenomena fluktuasi daya sinyal terima akibat adanya proses propagasi dari gelombang radio. • Multipath Fading adalah fenomena dimana lingkungan kanal radio mobile (indoor/outdoor) seringkali tidak terdapat lintasan gelombang langsung antara Tx dan Rx, sedemikian daya terima adalah superposisi dari banyak komponen gelombang pantul, dimana masing-masing memiliki amplitudo dan fasa saling independen.
Metode Akses FDMA (Frequency Division Multiple Access) melakukan pembagian spektrum gelombang dalam beberapa kanal frekuensi. Setiap panggilan hubungan akan memperoleh kanal tersendiri. Metode FDMA paling tidak efisien dan umumnya digunakan pada jaringan analog seperti AMPS
• TDMA (Time Divison Multiple Access) merupakan metode pengembangan dari FDMA yakni setiap kanal frekuensi masih dibagi dalam slot waktu sekitar 10 ms. • Data pada setiap hubungan komunikasi diubah dalam format digital dengan waktu pencuplikan data (sampling) 30 ms. Data cuplikan dari tiga hubungan Komunikasi selanjutnya ditempatkan pada sebuah antrian penggunaan kanal frekuensi. • Masing-masing data cuplikan akan mendapat sebuah slot waktu untuk pengiriman pada kanal. Metoda TDMA digunakan pada jaringan GSM (Global System for Mobile Communication).
• CDMA (Code Division Multiple Access) merupakan metoda multiplexing yang paling canggih dan rumit. Seluruh daerah frekuensi digunakan bersama-sama tanpa pembagian kanal. • Untuk membedakan antara masing-masing hubungan digunakan sistem pengkodean dengan modulasi frekuensi (pengubahan pola frekuensi pembawa) secara unik untuk masing-masing hubungan.
Handover • Handover adalah proses pengalihan kanal traffic secara otomatis pada MS yang sedang digunakan untuk berkomunikasi tanpa terjadinya pemutusan hubungan. • Hal ini menjelaskan bahwa handover pada dasarnya adalah sebuah ‘call’ koneksi yang bergerak dari satu sel ke sel lainnya. • Proses ini memerlukan alat pendeteksi untuk mengubah status dedicated node (persiapan handover) dan alat untuk menswitch komunikasi yang sedang berlangsung dari suatu kanal pada sel tertentu ke kanal yang lain pada sel yang lain.
• Keputusan untuk sebuah handover dibuat oleh BSC, yaitu dengan mengevaluasi secara permanent pengukuran yang diambil oleh BTS dan MS. • Pengukuran rata-rata oleh BSC dibandingkan dengan nilai-nilai ambang batas (treshold); jika Px melebihi nilai treshold maka dimulai proses handover dengan mencari sebuah sel target yang cocok.
Prinsip Kerja HO • Mobile Station ( MS ) bergerak menjauhi suatu cell maka daya yang diterima oleh MS akan berkurang. Jika MS bergerak semakin menjauhi Base Station ( Cell ) maka daya pancar akan semakin berkurang. Menjauhnya MS pada cell asal menjadikan MS mendekati cell lainya. Cell lainnya dikatakan sebagai cell kandidat yaitu cell yang akan menerima pelimpahan MS dari cell sebelumnya.
Prinsip Kerja HO • MSC melalui Cell kandidat akan memonitor pergerakan MS dan menangkap daya pancar MS. Diantara cell kandidat yang menerima daya pancar MS terbesar maka pelimpahan MS akan berada pada cell tersebut. Cell kandidat yang menerima pelimpahan MS akan melakukan monitoring. Proses monitoring dilakukan oleh MSC dan menginstruksikan pada cell kandidat tersebut. • Pada saat Handoff, supervisi dipersingkat. MSC melakukan prioritas pendudukan kanal pada MS yang akan mengalami Handoff. Cell kandidat dibuat urutan prioritas
Tipe Handover : • Intra cell handover, pemindahan informasi yang dikirim dari satu kanal ke kanal yang lain pada sel yang sama. Dilakukan karena terjadi gangguan interferensi atau operasi pemeliharaan. • Intra-BSC handover, yaitu handover yang dikontrol oleh BSC. BTS yang lama dan baru sama-sama dibawah kendali sebuah BSC . Handover ditangani seluruhnya oleh BSC. MSC menerima informasi lokasi sel baru yang digunakan MS dari BSC.
• Intra-MSC Handover (handover yang terjadi dalam sebuah MSC) BTS lama yang baru berada dibawah sebuah MSC tapi dikendalikan oleh BSC yang berbeda. • Inter-MSC handover (handover antar dua MSC). BTS lama dan yang baru berada pada MSC area yang beda.
Sistem Komunikasi Data Bergerak GPRS • Secara umum General Packet Radio Service atau GPRS adalah suatu teknologi yang memungkinkan pengiriman dan penerimaan data lebih cepat jika dibandingkan dengan penggunaan teknologi Circuit Switch Data atau CSD. • Jaringan GPRS merupakan jaringan terpisah dari jaringan GSM dan saat ini hanya digunakan untuk aplikasi data
Sistem Komunikasi Data Bergerak Komponen-komponen utama jaringan GPRS : – GGSN : gerbang penghubung jaringan GSM ke jaringan internet – SGSN : gerbang penghubung jaringan BSS/BTS ke jaringan GPRS – PCU : komponen di level BSS yang menghubungkan terminal ke jaringan GPRS
Sistem Komunikasi Data Bergerak • Secara teori kecepatan pengiriman data GPRS dapat mencapai 115 kb/s. Namun dalam implementasinya sangat tergantung dari berbagai hal seperti : – Konfigurasi dan Alokasi time slot di level Radio/BTS – Teknologi software yang digunakan – Dukungan ponsel
• Ini menjelaskan mengapa pada saat-saat tertentu; di lokasi tertentu; akses GPRS terasa lambat; dan bahkan bisa lebih lambat dari akses CSD yang memiliki kecepatan 9,6 kb/s
SGSN
BSC
GGSN
Gb
Gn
Gi
P C U
BTS
PDN
BTS
Gf
Gc
Gr
Gs MS D
EIR&AUC VLR RAN NETWORK SGSN GGSN PDN
Serv ing GPRS Suport Node Gateway GPRS Support Node Public Data Network
G R
MSC DATABASE
HLR CORE NETWORK
User Data and Signalling Signalling
EDGE • Seperti namanya, EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), adalah teknologi yang dikembangkan dengan basic teknologi GSM dan GPRS. Sebuah system EDGE dikembangkan dengan tetap menggunakan equipment yang terdapat pada jaringan GSM/GPRS. Jadi EDGE tidak bisa sendiri.
• Pengimplementasian EDGE pada jaringan existing GPRS hanya memerlukan penambahan pada sisi radio aksesnya saja. Sedangkan pada sisi core network-nya, EDGE menggunakan perangkat dan protocol yang sama dengan yang digunakan pada jaringan GPRS sebelumnya. • Perbedaan jaringan GPRS dan EDGE hanya terdapat pada sisi radio akssnya saja, sedangkan pada sisi jaringan corenya, EDGE dan GPRS menggunakan equipment dan protocol yang sama. • Sebuah jaringan GPRS dapat diupgrade menjadi sebuah jaringan dengan sistem EDGE hanya dengan menambahkan sebuah EDGE Transceivier Unit (TRU) pada sisi radio aksesnya.
• EDGE adalah sebuah cara untuk meningkatkan kecepatan data pada radio link GSM. Dengan menggunakan teknik modulasi dan coding scheme yang berbeda dengan system GPRS sebelumnya, serta dengan melakukan pengaturan pada protocol radio link-nya • Jadi secara umum ada tiga aspek teknik baru pada EDGE jika kita bandingkan dengan GPRS, yaitu : – Teknik Modulasi – Teknik Coding – Radio Access Network (RAN)
3G • Generasi ketiga, atau 3G, ditujukan untuk menjadi global standard bagi komunikasi wireless seluler. Datarate maksimum yang diperoleh pengguna bergantung pada kondisi mobilitas pengguna, yaitu sebesar 144 Kbps untuk mobile user, 386 Kbps untuk slowly moving user, dan 2 Mbps untuk stationary user dengan frekuensi 1885-2200 MHz. • Perkembangan pada jaringan 3G ini membuat trafik yang dapat disalurkan bukan hanya suara dan data saja, melainkan menyalurkan trafik gambar bergerak (video). Kualitas dari video yang disalurkan pada jaringan ini bergantung pada bitrate jaringan.
Wideband CDMA (W-CDMA) • WCDMA merupakan evolusi dari EDGE (2.5G). • Teknologi W-CDMA ini ada dua jenis, yaitu DigitalSequence W-CDMA (DS W-CDMA, atau dikenal sebagai UMTS di Eropa) dan W-CDMA TDD Mode. • W-CDMA memiliki bandwidth sebesar 5 MHz dengan bit rate maksimum mencapai 2 Mbps.
CDMA2000 1xEVDO • CDMA2000 1xEVDO merupakan evolusi dari jaringan CDMA2000 1xRTT (2.5G). • Teknologi CDMA2000 1xEVDO ini kemudian digantikan oleh CDMA2000 1xEVDV. • Dengan bandwidth sebesar 1.23 MHz untuk Amerika dan Korea dan 1.25 MHz untuk negara-negara lain, bit rate maksimum yang dapat dicapai adalah 2.5 Mbps
High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) • HSDPA merupakan salah satu teknologi generasi 3G yang sering disebut sebagai beyond 3G (atau beyond W-CDMA) karena datarate-nya hampir enam kali datarate teknologi UMTS/W-CDMA. • Teknologi ini menggunakan suatu kanal 5 MHz W-CDMA dengan bit rate maksimum 10.8 Mbps. • Untuk teknologi HSDPA beberapa literatur ada yang memasukkan ke dalam kategori 3.5G, sama seperti halnya dengan teknologi High Speed Uplink Packet Access (HSUPA).
Tiga fitur kunci yang ditawarkan oleh 3G : Datarate yang lebih tinggi • Meskipun teknologi 2.5G telah menawarkan peningkatan datarate, namun peningkatan ini masih tidak bisa diandalkan karena pengguna masih berbagi bandwidth. • Peningkatan datarate pada teknologi 3G dapat dicapai baik pada saat uplink dan downlink, baik untuk kanal yang berupa circuit switched ataupun packet switched. Namun untuk yang berupa packet switched, datarate yang dihasilkan dipengaruhi oleh QoS
Quality of Services (QoS) • Dalam teknologi WCDMA, pengembang menyertakan aspek QoS sistem sejak awal sehingga sistem akan mendukung QoS dari ujung ke ujung. Hal ini merupakan perbaikan atas kelemahan yang terdapat pada sistem 2.5G
Kebergantungan bitrate pada jarak • Bitrate maksimum sistem 3G sangat bergantung pada jarak sistem dari Base Transceiver Station (BTS). Semakin jauh bergerak dari BTS maka akan semakin sulit mendapatkan kecepatan maksimum.
Aplikasi Mobile IP • Mobile IP adalah protokol internet yang mendukung mobilitas dari user (host). Tujuannya agar sebuah host dapat terus terkoneksi ke internet dimanapun ia berada. • Dengan Mobile IP sebuah node mempunyai dua alamat IP. Satu alamat permanen yang mengidentifikasi node tersebut, dan yang lain merepresentasikan lokasi node dalam topologi jaringan.
• Node Peralatan atau device yang mengimplementasikan IP. • Mobile Node (MN) Sebuah node yang dapat berganti point of atachment. Tapi masih dapat dihubungi melalui home addressnya. • Home Address (HoA) Sebuah prefix yang mengacu pada home link dari mobile node • Care of Address (CoA) Sebuah alamat yang menunjukkan dimana letak dari mobile node berada. Prefix subnet dari IP ini akan sama dengan jaringan asing dimana mobile node berada.
• Home Agent (HA) Sebuah router yang bertugas meneruskan paket ke mobile node ketika tidak berada dijaringan asalnya. • Binding Ikatan atau hubungan home address dan care of address. • Correspondent Node (CN) Node yang berkomunikasi dengan mobile node. Bisa bersifat mobile atau statik.
