Download Pertemuan Kedua

Pertemuan Keenam
Teknologi Selular
Pengantar Teknologi Selular
• Perkembangan teknologi informasi dan komunikasi sangat pesat.
• Komunikasi menggunakan kabel mulai ditinggalkan.
• Manusia tidak lagi bergantung pada teknologi ‘kabel’.
• Jaringan nirkabel telah menggeser peranan jaringan berkabel.
• Dengan mengusung keunggulan dalam kepraktisan, efesiensi dan
efektifitas, jaringan nirkabel telah berhasil memuaskan user-nya.
Pengantar Teknologi Selular (2)
• Teknologi jaringan selular berevolusi dari analog menjadi sistem
digital, dari circuit switching menjadi packet switching.
• Evolusi teknologi selular terbagi menjadi:
• 1G:
AMPS (Advanced Mobile Phone System)
• 2G:
GSM (Global System for Mobile Communication)
• 2.5G:
GPRS (General Packet Radio System)
• 3G:
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
• 3.5G:
HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)
• 4G:
LTE (Long Term Evolution)
Klasifikasi WIRELESS
Non
Cellular
Fixed
Wireless
contoh :
point to point communication, infra
red communication, LMDS,
Microwave communication
contoh :
Cellular
Wireless
Communication
Non
Cellular
Mobile
Wireless
PHS, CT2, PACS, DCS1800,
DECT
contoh :
paging system (ERMES, NTT, NEC)
, dispatching system, PAMR (Public
Access Mobile Radio) dsb
contoh :
Cellular
GSM, CDMA/IS-95, AMPS, UMTS,
PHS, DCS1800, NMT450, TACS,
C-450, dsb
Sistem Komunikasi Bergerak
Syarat
Ada sedikitnya satu terminal bergerak di dalam komunikasi
Pada awalnya
 Daya pancar tinggi
 Antena setinggi-tingginya
 Cakupan sel sebesar-besarnya
 Konsep Handoff tidak ada
Generasi Awal Sistem Komunikasi Bergerak
Kelemahan
Radio tow er
Radio tow er
 Biaya mahal karena perlu penguat
daya tinggi dan antena tinggi
 Kenyamanan pelanggan terganggu
saat berpindah cakupan
 Kapasitas rendah
 Efisiensi spektrum rendah
1G: AMPS (Advanced Mobile Phone System)

AMPS adalah generasi pertama dari teknologi selular.

Menggunakan teknologi analog dan hanya melayani komunikasi suara.

Bekerja pada band frekuensi 800 Mhz

Menggunakan metode akses FDMA (Frequency Division Multiple Access).

Teknologi AMPS mulai digunakan tahun 1970 seiring penemuan
mikroprosesor untuk komunikasi nirkabel.

Semakin meningkatnya jumlah pelanggan tidak bisa ditampung
generasi pertama.
2G: GSM (Global System for Mobile Communication)
Konsep Kanal pada GSM
Kanal terdiri dari dua jenis :
 Kanal fisik:

Satu TimeSlot (TS) frame TDMA merupakan satu kanal fisik

Setiap carrier RF terdiri dari 8 TS(CH 0 – 7)
 Kanal Logic:

Kanal Trafik (TCH) dapat membawa suara atau data untuk layanan
komunikasi. TCH dibagi dua jenis, full rate channel dengan Bit rate 13
Kbps dan half rate channel dengan kecepatan bit 6,5 Kbps

Kanal Kontrol digunakan untuk keperluan signalling
Kanal logik ditumpangkan pada kanal fisik
Struktur Frame GSM
1 multiframe for signalling
51 TDMA frame = 235.38 ms
0
1
2
49
1 multiframe for speech/data
26 TDMA frame = 120 ms
50
0
1
2
8 TS = 1 TDMA frame = 4.615 ms
0
1
2
3
4
5
6
1 TS
BURST = Contents of Time Slot
156.25 bit = 576.88 s
( 1 bit = 3.692 s )
7
24
25
2.5G: GPRS (General Packet Radio System)
 Jaringan GPRS adalah hasil pengembangan dari GSM
 Theoretically, the data rate can reach 171.2 kbps and the actual
data rate can be approximately 115 kbps.
 GPRS is a technology that is “always on”, meaning that the user is
always connected and does not need to dial up to gain the
connection again.
 The total cost will be charged based only on the amount of data
transmitted
 GPRS technology enables accessing of the Internet via mobile
telephone.
 GPRS is developed using GSM technology and therefore the speed
of data for Internet connection using GPRS is not quite
satisfactory.
3G: UMTS (Universal Mobile Telephone Standard)
3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
 Generasi ini lebih dikenal dengan sebutan WCDMA (Wideband - Coded Division Multiple
Access).
 Kecepatan transmisi data yang ditawarkan hingga mencapai 2 Mbps untuk fixed user
dengan lebar bandwidth 5 Mhz.
 The user is allowed to get varied bandwidth according to the user demand which is one of
the excellent features of UMTS networks.
 Salah satu contoh layanan yang paling terkenal dalam 3G adalah video call dimana
gambar dari teman kita bicara dapat dilihat dari handphone 3G kita.
 Layanan lain adalah , video conference, video streaming, baik untuk Live TV maupun video
portal, Video Mail, PC to Mobile, serta Internet Browsing.
3.5G: HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)
 HSDPA merupakan evolusi dari UMTS, sehingga arsitektur jaringan HSDPA
tetap menggunakan arsitektur jaringan UMTS.
 Teknologi 3.5 G atau disebut juga super 3G merupakan peningkatan dari
teknologi 3G, terutama dalam peningkatan kecepatan transfer data yang
lebih dari teknologi 3G (>2 Mbps) sehingga dapat melayani komunikasi
multimedia seperti akses internet dan video sharing.
 Tujuan utama dari HSDPA adalah untuk meningkatkan kapasitas paket data
yang ditransmisikan dan mengurangi delay dari sebuah transmisi paket
data tersebut.
 Di pasar Indonesia baru sampai pada teknologi 3.5G, dimana untuk
Generasi 4G belum bisa diimplementasikan karena belum mendapatkan
izin penggunaan frekwensi dari pemerintah (masih tahap persiapan)
4G: LTE (Long Term Evolution)

Pada teknologi 4G akan berbasis IP yang mampu mengintegrasikan seluruh sistem
dan jaringan yang ada.

Kecepatan akses yang dapat diberikan pada teknologi 4G berkibar antara 100
Mbps sampai 1 Gbps, baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan dengan QoS
(Quality of Service) yang terjamin baik, sistem keamanan yang terjamin, dan
penyampaian informasi yang real-time, dimanapun dan kapanpun.

Teknologi 4G diharapkan dapat memenuhi kebutuhan aplikasi nirkabel, seperti
mobile TV, HDTV, serta digital video broadcasting.

LTE pertama kali diluncurkan oleh TeliaSonera di Oslo dan Stockholm pada 14
Desember 2009. LTE adalah teknologi yang didaulat akan menggantikan
UMTS/HSDPA. LTE diperkirakan akan menjadi standarisasi telepon selular secara
global yang pertama.
Sistem Selular
Sistem Selular
 Sistem komunikasi yang digunakan untuk memberikan
layanan jasa telekomunikasi bagi pelanggan bergerak.
 Disebut sistem cellular karena daerah layanannya
dibagi-bagi menjadi daerah yang kecil-kecil yang disebut
CELL.
 SIFAT : Pelanggan mampu bergerak secara bebas di
dalam area layanan sambil berkomunikasi tanpa terjadi
pemutusan hubungan.
Sistem Selular (2)
• Suatu area (kota misal), dibagi menjadi beberapa sub
area (sel)
• Setiap sel berukuran rata-rata 26 km2
• Ruang lingkup suatu sel berbentuk hexagon dan
membentuk suatu hexagon grid besar.
• Oleh karena ponsel dan base station (BTS)
menggunakan transmiter bertenaga rendah, frekuensi
yang sama dapat digunakan ulang pada sel yang tidak
berdekatan
• Setiap sel memiliki sebuah base station yang terdiri
dari tower dan bangunan kecil berisi perangkat radio
Area Splitting
• Membagi satu sel menjadi beberapa subsel
• Tujuan: membagi suatu area yang terlalu padat agar
layanan dapat masih tersedia
Arsitektur Sistem Selular
Sel
• Unit dasar sistem selular
• Ukuran sel tergantung pada area
Cluster
• Sekumpulan sel
• Tidak ada channel frekuensi
yang digunakan ulang
A typical network layout
Prinsip kerja jaringan seluler
Handover
FDMA (Frequency Division Multiple Access)
•
FDMA membagi slot frekwensi menjadi kanal-kanal kecil yang bandwidthnya
sama, yang kemudian digunakan secara individual oleh user.
•
Setiap user yang satu dengan yang lainnya tidak terjadi saling interferensi.
•
FDMA digunakan pada jaringan 1G dan dilanjutkan pada teknologi jaringan 2G
dengan kombinasi TDMA.
•
1G hanya menggunakan FDMA yang mengalokasikan setiap user dengan
frekwensi yang berbeda.
•
Tingkat keamanan sangat rendah dan alokasi frekwensi terbatas.
•
Apabila frekwensi sudah penuh, maka tidak memungkinkan adanya penambahan
user baru.
Channelization : FDMA
 In frequency-division multiple access (FDMA), the available
bandwidth is shared by all stations.
 Each station uses its allocated band to send its data. Each band is
reserved for a specific station.
 The band belongs to the station all the time. FDMA is a data link layer
protocol that uses FDM at the physical layer.
12.26
Frequency-division multiple access (FDMA)
12.27
Diagram of an FDMA system
Struktur FDMA
45 MHz
ARFCN=1
890.2
MHz
914.8
MHz
200KHz
135KHz
UPLINK
•
•
•
•
•
•
ARFCN=1
ARFCN=124
Band Frekuensi =
Jumlah carrier
carrier spacing
Duplex Spacing
ARFCN
=
=
=
=
935.2
MHz
20.4
KHz
ARFCN=124
959.8
MHz
200KHz
135KHz
DOWNLINK
Downlink (BS  MS) 935.2 ~ 959.8 MHz
Uplink (MS  BS) 890.2 ~ 914.8 MHz
124
200KHz
45 MHz
1 ~ 124
TDMA (Time Division Multiple Access)
• Pada TDMA, kanal frekwensi tidak secara permanen didedikasikan
kepada mobile user secara individual, tetapi digunakan secara bersamasama dengan user lain hanya dengan waktu yang berbeda.
• Perbedaan waktu tersebut dibagi menjadi bagian-bagian yang
dinamakan TDMA timeslot, yang kemudian akan diberikan secara
individual kepada mobile user.
• Sistem TDMA digunakan dalam sistem jaringan selular GSM
Channelization : TDMA
 In time-division multiple access (TDMA), the entire bandwidth is just
one channel.
 The stations share the capacity of the channel in time. Each station is
allocated a time slot during which it can send data.
 TDMA is a data link layer protocol that uses TDM at the physical layer.
TDMA is used in the cellular telephone network
12.31
Time-division multiple access (TDMA)
12.32
Operation of a TDMA system
ARFCN atau “Absolute Radio Frequency Channel Number” adalah nomer channel yang
berurutan yang digunakan untuk mengidentifikasi carrier yang berbeda.
Hubungan antara parameter ARFCN dan frekuensi carrier adalah sebagai berikut:
fUplink = 890 + 0.2*(ARFCN-1) MHz
fDownlink = fUplink + 45 MHz
TDMA Frame 4.615 ms
Timeslot
577us
3
4
5
User 1
6
7
0
User 2
1
2
3
4
5
User 1
6
7
0
User 2
1
2
3
4 5
User 1
Prinsip kerja Time-Division Multiple Access (TDMA)
P E R C A K A P A N
Proses Kerja TDMA
Dengan satu channel bisa membawa kedelapan percakapan
dengan cara membagi-bagi percakapan tersebut ke dalam
fragmen-fragmen yang disebut Timeslot,
A
Minal a'din wa faidzin
B
Budi sedang pergi ke rumah kakek
C
Hallo, bisa bicara dengan Nunung
D
E
ABCDEFGHIJKLM
Betul ya, jangan lupa ...
F
Nggak tau 'ah
G
Besok Aku datang, bah..
H
Ooo.... begitu...tho
BTS
Radio Tow er
Komunikasi antara BTS dan MS
melalui physical channel berupa
burst
RF
Channel
Frekuensi
slo
t
slo 0
t
slo 1
t
slo 2
t
slo 3
t
slo 4
t
slo 5
t
slo 6
t
slo 7
t0
slo
t
slo 1
t2
burst
Minal a'idin
Budi Sedang
Hallo, bisa bi
ABCDEFGHI
Betul ya, jan
Nggak tau ah
Besok aku da
Ooo.... begitu
wa faidzin
pergi ke ru
cara dengan
8 Percakapan, 8 Channel
time-Axis
Delapan percakapan -- satu channel
CDMA (Code Division Multiple Access)
• Pada CDMA, setiap mobile user tidak akan dibedakan oleh frekwensi ataupun waktu,
tetapi menurut kode yang unik.
• Base station dan mobile user harus mempunyai kemampuan untuk mengidentifikasi
kode dan membaca informasi yang terdapat didalamnya
• Informasi dari user diubah dari sinyal narrowband yang sempit menjadi sinyal
wideband yang lebar, dengan mengalikan dengan kode frekwensi tinggi yang disebut
chiprate.
• Kemudian sinyal wideband tersebut ditransmisikan melalui jaringan radio, pada sisi
penerima setelah sinyal wideband tersebut diterima, kode diterjemahkan kembali
menjadi informasi awal dengan mengalikannya kembali dengan kode frekwensi tinggi
semula.
• Sistem CDMA ini digunakan pada akses jamak sistem 3G (UMTS)
Struktur Jaringan CDMA
Wideband CDMA (WCDMA)
• Sistem W-CDMA adalah teknologi multiple akses yang ditebar dalam
bandwith yang lebar (5-5MHz), lebih lebar daripada bandwith sistem
CDMA
• Teknologi ini berbeda dengan sistem GSM konvensional yang
menggunakan pembagian bandwith frekuensi yang tersedia serta time
slot.
• WCDMA dapat dikatakan sebagai CDMA pita lebar berbasis GSM yang
sering juga dikenal sebagai Teknologi Akses UMTS (Universal Mobile
Telecommunication) merupakan implementasi dari 3G yang dapat
mencapai kecepatan sampai 2 Mbps.
Jaringan WCDMA
CDMA
 Let us assume that four stations (1,2,3,4 with codes c1,c2,c3,c4) connected to the
same channel are sending data d1,d2,d3,d4.
 Let us assume that the assigned codes have two properties:
1. If we multiply each code by another, we get 0.
2. If we multiply each code by itself, we get 4(the number of stations)
 The stations send data
If any station, (say station2) wants to get data sent by another station (say
station1), station2 multiplies the data on the channel by the code of the sending
station (i.e c1) and divides the result by 4:
 Data received by station2= {(d1.c1+d2.c2+d3.c3+d4.c4).c1}x1/4 =d1
The code assigned to each station is a sequence of numbers called chips.
12.40
Simple idea of communication with code
12.41
Chip sequences
12.42
Data representation in CDMA
12.43
Sharing channel in CDMA
12.44
Digital signal created by four stations in CDMA
12.45
Decoding of the composite signal for one in CDMA. The Fig. shows how station 3
can detect the data sent by station2.
12.46
CDMA: Sequence Generation
 Sequence Generation: To generate sequences, we use a Walsh table, a twodimensional table with an equal number of rows and columns.
 Each row is a sequence of chips. The Walsh table W1 for a one-chip sequence
has one row and one column. We can choose -1 or +1 for the chip for this trivial
table (we chose +1).
 According to Walsh, if we know the table for N sequences WN, we can create
the table for 2N sequences W2N, as shown in Figure 13.18.
 The WN with the overhead bar stands for the complement of WN, where each
+1 is changed to -1 and vice versa.
 Let us see how we can create W2 and W4 from W1. Figure 13.19 shows the
process. After we select W1, W2 can be made from four W1‘s, with the last one
the complement of W1.
12.47
General rule and examples of creating Walsh tables
12.48
Note
The number of sequences in a Walsh
table needs to be N = 2m.
12.49
Example 12.6
Find the chips for a network with
a. Two stations
b. Four stations
Solution
We can use the rows of W2 and W4 :
a. For a two-station network, we have
[+1 +1] and [+1 −1].
b. For a four-station network we have
[+1 +1 +1 +1], [+1 −1 +1 −1],
[+1 +1 −1 −1], and [+1 −1 −1 +1].
12.50
Example 12.7
What is the number of sequences if we have 90 stations in
our network?
Solution
The number of sequences needs to be 2m. We need to
choose m = 7 and N = 27 or 128. We can then use 90
of the sequences as the chips.
12.51
Example 12.8
Prove that a receiving station can get the data sent by a
specific sender if it multiplies the entire data on the
channel by the sender’s chip code and then divides it by
the number of stations.
Solution
Let us prove this for the first station, using our previous
four-station example. We can say that the data on the
channel
D = (d1 ⋅ c1 + d2 ⋅ c2 + d3 ⋅ c3 + d4 ⋅ c4).
The receiver which wants to get the data sent by station 1
multiplies these data by c1.
12.52
Example 12.8 (continued)
When we divide the result by N, we get d1 .
12.53
Tahapan Evolusi GSM/GPRS/EDGE/WCDMA-UMTS/HSDPA
Pengertian Paket Switching
• Data yang akan ditransmisikan dibagi menjadi bagian-bagian
kecil (paket) lalu ditransmisikan dan diubah kembali menjadi
data semula.
• Dapat mentransmisikan ribuan bahkan jutaan paket perdetik
• Memungkinkan untuk pemakaian kanal transmisi secara
bersamaan oleh pengguna lain
• Transmisi melalui PLMN (Public Land Mobile
Network)dengan menggunakan IP backbone
Evolution step GSM / GPRS/UMTS/HSDPA
Edge
Um
Um
Node-B
BSC
BTS
Edge TRX
PSTN
Network
GSM
INFRASTRUCTURE
PCU
Abis
HLR/AuC
EIR
MSC
HSDPA
RNC
HSDPA TRX
Iu
UMTS (WCDMA)
INFRASTRUCTURE
Border
Gateway (BG)
IWU
Serving GPRS
Support Node
(SGSN)
GPRS
INFRASTRUCTURE
GPRS
backbone
network
(IP based)
Lawful Interception
Gateway (LIG)
Inter-PLMN
network
SS7
Network
Internet
Gateway GPRS
Support Node
(GGSN)
Tahapan Evolusi CDMA
IS-95A CDMA
Voice, packet9.6/14.4 Kbps
IS-95B CDMA
Voice, packet64 Kbps
IS-2000 1X 144 Kbps
600 Kbps peak
IS-2000 1XEV-DO
600 Kbps; 2.4 Kbps peak IS-2000 1XEV-DV
2-5 Mbps peak
All IP
Any Questions