Komunikasi Data Jaringan Seluler
Sistem seluler dewasa ini berkembang cukup pesat. Sistem seluler yang dipakai saat ini antara lain:
1. AMPS (Advanced Mobile Phone Service) di amerika utara,
2. MCS (Mobile Communications system) di Jepang,
3. TACS (Total Access Communications System),
4. GSM (Group Special Mobile), Spread-Spectrum
5. CDMA (Code Division Multiple Access).
Namun bila dilihat dari metoda akses yang digunakan, pada dasarnya ada 3 sistem seluler , yaitu: sistem seluler yang menggunakan metoda akses
1.FDMA (Frequency Division Mulltiple Access)
2. TDMA (Time Division Multiple Access)
CDMA (Code Division Multiple Access) (Jerry D. Gibson, 1996).
Saluran (kanal) fisik dibagi berdasarkan alokasi frekuensi yang berlaianan.
Bisa dipergunakan untuk transmisi analog dan digital
Bisa dipergunakan untuk transmisi analog dan digital
Setiap user diberikan alokasi frekuensi yang berbeda.
Penggunakan alokasi frekuensi secara dedicated tersebut bisa tak efisien Perlu dynamic channel assignment
Time Division Multiple Access (TDMA)
Time division multiple access (TDMA) is digital transmission technology that allows a number of users to access a single radio-frequency (RF) channel without interference by allocating unique time slots to each user within each channel
Each caller is assigned a specific time slot for transmission
Saluran (kanal) fisik dibagi berdasarkan alokasi waktu yang berlaianan yang disebut time slot.
Bisakah TDMA dipergunakan untuk transmisi analog ? Atau hanya dipakai untuk digital saja ?
Setiap user diberikan alokasi time slot yang berbeda
Setiap user diberikan alokasi time slot yang berbeda.
Apakah urutan (sequence) time slot untuk setiap user harus selalu tetap ? Pertimbangkan efisiensi time slot kalau user sedang tidak punya data yg dikirim. Pikirkan dari aspek apakah trafiknya suara atau data ?
Code Division Multiple Access (CDMA)
CDMA mempunyai konsep akses jamak yang berbeda dibandingkan dengan FDMA dan TDMA. Hal ini karena CDMA meggunakan kode digital yang unik untuk membedakan setiap pengguna. CDMA merupakan teknologi akses jamak berbasis spraed spectrum, dimana sinyal informasi disebar pada pita frekuensi yng lebih besar daripada lebar pita sinyal aslinya (informasi). Dengan penyebaran ini maka rapat daya spektral sinyal informasi yang telah terkode kan makin kebal terhadap interferensi.
CDMA 2000 1x
CDMA memilki dua fasa yaitu CDMA 2000 1x dan CDMA 2000 3x. Flexi didukung oleh CDMA 2000 1x yang merupakan transisi dari CDMA One. CDMA One menggunakan standar IS-95A/B dari voice ke layanan paket data kecepatan tinggi pada jaringan dan alokasi frekuensi yang telah ada. CDMA 2000 1x termasuk generasi 2.5 G yang standarisasiya berdasarkan spesifikasi IS 2000. CDMA 2000 mampu mengakomodasi layanan data kecepatan tinggi bisa mencapai 153,6 Kbps dan bandwith dengan lebar frekuensi 1,25 MHz. Pada sisi arsitektur jaringan terdapat pengembangan Base Station Controller (BSC) dengan kemampuan IP routing dan pengenalan Packet Data Serving Node (PDSN).
Karakteristik CDMA
Ada beberapa teknik modulasi yang dapat digunakan untuk menghasilkan spektrum sinyal tersebar antara lain Direct Sequence Spread Spectrum (DS-SS) dimana sinyal pembawa informasi dikalikan secara langsung dengan sinyal penyebar yang berkecepatan tinggi, Frequency Hopping Spred Spectrum (FH-SS) dimana frekuensi pembawa sinyal informasi berubah-ubah sesuai dengan deretan kode yang diberikan dan akan konstan selama periode tertentu yang disebut T (periode chip).
Power Control
Power control berfungsi untuk mengurangi near/far effect pada arah reverse, dimana daya terima pada user akan berbeda sesuai dengan jarak ke BTS. Sehingga rata-rata daya terima akan konstan pada setiap user akibat dari perbedaan jarak dengan BTS. Pada arah forward , kontrol daya bertujuan untuk meminimalisasi interferensi ke sel lain dan untuk mengimbangi interferensi dari sel lain. Masalah Near/ Far berkaitan dengan gangguan yang kuat pada penerima yang berakibat pada melemahnya sinyal. Ini dapat muncul pada komunikasi seluler yaitu jika suatu unit penerima (mobile station) dekat dengan base station. Hal ini akan melemahkan sinyal dari unit yang jauh dari base station. Pada masalah Near/Far, ada beberapa hal yang terjadi, antara lain:
• Unit yang jauh letakya dari base station akan memilki perbandingan sinyal terhadap interferensi yang lebih rendah dibandingkan unit yang letaknya dekat.
• Untuk unit jauh, performansinya akan menurun.
• Kapasitas sistem akan berkurang.
Masalah tersebut dapat diatasi dengan control daya. Pada system seluler CDMA, ini dilakukan dengan cara mengontrol daya yang dipancarkan pada unit mobile station ke base station secara adaptif. Jika setiap daya pancar dari tiap unit mobile station terkontrol, maka pada base station sinyl-sinyal yang diterima akan memiliki daya yang sama, sehingga dengan rasio signal-to-interference tertentu kapasitas system akan bernilai maksimum.
b. Handoff
Handoff adalah suatu peristiwa perpindahan kanal dari MS tanpa terjadinya pemutusan hubungan dan tanpa campur tangan pemakai. Handoff terjadi karena pergerakan MS dari cakupan sel lama masuk ke ckupan se yang baru. Macam- macam tipe handoff, yaitu:
1. Intersektor atau Softer Handoff Handoff yang terjadi ketika MS (mobile station) berkomunikasi pada dua sector dalam satu sel.
2. Intercell atau Soft Handoff Terjadi ketika MS (mobile station) berkomunikasi pada dua atau tiga sektor dari sel yang berbeda. BS (Base Station) yang memiliki kontrol langsung pada MS tersebut dinamakan BS primer dan yang tidak memiliki kontrol langung disebut BS sekunder.
3. Soft-Softer Handoff Terjadi ketika suatu MS berkomunikasi pada dua sektor dari suatu sel dan satu sektor dari sel lainnya. Pada keadaan ini akan terjadi soft handoff antar sel dan softer handoff dalam satu sel.
4. Hard Handoff Tipe ini menggunakan metode break before make yang berarti harus terjadi pemutusan hubungan degan kanal trafik lama sebelum terjadi hubungan baru. Hard handoff dilakukan untuk menangani transisi antar CDMAone dan CDMA2000 ketika menggunakan carrier yang berbeda.
Struktur dari sinyal CDMA sangat mendukung soft handoff karena pada uplink, dua atau lebih base station bisa menerima sinyal yang sama, sedangkan pada jalur downlink, mobile station bisa secara koheren mengkombinaskan sinyal dari base station yang berbeda.
Arsitektur CDMA 2000 1x
Arsitektur CDMA 2000-1x seperti terlihat pada gambar.1 yang terdiri dari :
Bagian- bagian dari konfigurasi jaringna CDMA 2000 1x dapat dikelompokkan menjadi beberapa bagian sebagai berikut:
1. Subscriber Devices (SD/ Moble Station
Merupakan alat yang digunakan oleh pengguna untuk menggunakan jaringan CDMA tersebut. Alat yang dapat digunakan yaitu:
• Fixed Terminal. Contohnya seperti telepon rumah.
• Portable handled. Contohnya seperti handphone.
2. Radio Access Network (RAN)
Radio Access Network terdiri dari 2 bagian yaitu:
• Base Transceiver Station (BTS) BTS bertanggung jawab untuk mengalokasikan daya yang digunakan pelanggan serta berfungsi sebagai antar muka atau interface yang menghubungkan jaringan CDMA 2000 1x dengan perangkat pelanggan. BTS terdiri dari perangkat radio yang digunakan untuk mengirimkan dan menerima sinyal CDMA.
• Base Station Controller (BSC) BSC bertanggung jawab untuk mengontrol semua BTS yang berada di dalam daerah cakupannya dan mengatur rute paket data dari BTS ke PDSN atau sebaliknya, serta trafik suara berbasis TDM dari BTS ke MSC atau sebaliknya.
3. Circuit Core Network ( CCN)
Berfungsi menyediakan layanan menggunakan circuit switch untuk PSTN (Public Switching Telephone Network). CCN merupakan interface antara PSTN dengan system wireless. Pada bagian CCN terdapat beberapa komponen antra lain:
• Mobile Switching Center (MSC) MSC diletakkan dipusat jaringan mobile communication dan juga bekerja dengan jaringan lai seperti PSTN, PLMN, dll.
• Home Location Register (HLR) HLR merupakan tempat yang berisi informasi pelanggan yang digabungkan dengan pengantar layanan paket data. Layanan informasi dari HLR diambil dalam Visitor Location Register (VLR) pada jaringan switch selama proses registrasi berhasil.
• Visitor Location Register (VLR) VLR secara temporari menyimpan dan mengontrol semua informasi dari mobile station, yang berada pada area kontrol. Ketika pelanggan melakukan panggilan, maka VLR mengirimkan semua informasi yang berhubungan dari MSC.
4. Packet Core Network (PCN)
Pada PCN terdapat beberapa komponen antara lain: • Firewall: Berfungsi untuk mengamnakan jaringan terhadap akses dari luar. • Packet Data Serving Network (PDSN) PDSN adalah komponen baru yang terdapat dalam sistem seluler berbasis CDMA 2000 1x yang bertujuan untuk mendukug layanan paket data.
Beberapa fungsi PDSN antara lain:
a. Membentuk, memelihara, dan memutuskan sesi point-to-point protocol (PPP) dengan pelanggan.
b. Membentuk, memelihara, dan memutuskan hubungan dengan radio network melalui antar muka radio-packet.
c. Mengumpulkan data autentifikasi, autorisasi, dan akunting yang diperlukan oleh AAA (Autentication, Autorization and Accounting).
d. Autentication, Autorization and Accounting (AAA) AAA menyediakan fungsi untuk autentikasi bekaitan dengan PPP dan hubungan mobile IP, Melakukan autorisasi yaitu layanan profil dan kunci keamanan distribusi dan manajemen, dan akunting untuk jaringan paket data dengan menggunkan protokol Remote Access Dial In User Service (RADIUS). AAA server juga digunakan oleh PDSN untuk berhubungan dengan jaringan suara dari HLR dan VLR.
e. Router Router berfungsi untuk merutekan paket data dari dan ke berbagai elemen jaringan yang terdapat pada jaringan CDMA 2000 1x, serta bertanggung jawab untuk mengirimkan dan menerima paket data dari jaringan internal ke jaringan eksternal atau sebaliknya.
GSM (kombinasi FDMA dan TDMA)
Arsitektur umum jaringan GSM
Dalam jaringan GSM umumnya ada beberapa perangkat pokok diantaranya BTS, BSC, MSC/VLR, HLR dan SMSC. Berikut ini penjelasan masing-masing perangkat.
BTS berfungsi sebagai perangkat tranceiver untuk melakukan komunikasi dengan semua handset (MS) yang aktif dan berada dalam area cakupannya (cell). BTS melaksanakan proses modulasi/demodulasi sinyal, equalisasi sinyal dan pengkodean error (error coding). Beberapa BTS dapat terhubung dengan sebuah BSC (Base stasion Controller), sementara itu radius cakupan dari suatu cell berkisar antara 10 sampai 200 m untuk cell terkecil hinggal beberapa kilometer untuk cell terbesar. Sebuah BTS biasanya dapat melayani 20–40 komunikasi panggilan secara bersamaan.
Base Station Controller (BSC)BSC menyediakan fungsi pengaturan pada beberapa BTS yang dikendalikannya. Dinataranya fungsi handover, konfigurasi cell site, pengaturan sumber daya radio, serta tuning power dan frekuensi pada suatu BTS.
BSC merupakan simpul (konmsentrator) untuk menghubungkan dengan core network. Dalam jaringan GSM umumnya sebuah BSc dapat mengatur 70 buah BTS.
Mobile Switching Center (MSC) and Visitor Location Register (VLR)
MSC berfungsi melakukan fungsi switching dan bertanggung jawab untuk melakukan pengaturan panggilan, call setup, release, dan routing. MSC juga melakukan fungsi billing (terhubung ke billing system) dan sebagai gateway ke jaringan lain. VLR berisi informasi user yang bersifat dinamis yang sedang “attach” berada pada jaringan mobile, termasuk letak geografis. Biasanya VLR terintegrasi dengan MSC.
Dari MSC sebuah jaringan seluler berkomunikasi dengan jaringan luar, misalnya : jaringan telepon rumah/Public Switched Telephone Network (PSTN), jaringan data Integrated Services Digital Network (ISDN),
Circuit Switched Public Data Network (CSPDN), dan Packet Switched Public Data Network (PSPDN).
Home Location Register (HLR)Circuit Switched Public Data Network (CSPDN), dan Packet Switched Public Data Network (PSPDN).
HLR adalah perangkat yang berisi data detail untuk tiap subscriber. Sebuah HLR umumnya mampu berisi ribuan sampai jutaan data pelanggan. Informasi yang ada di HLR antara lain Mobile Station ISDN Number (MSISDN), International Mobile Subscriber Identity (IMSI), profile service subscriber,dll. Untuk komunikasi dengan elemen jaringan lain, HLR menggunakan protokol MAP (Mobile Application Part)
Short Message Service Center (SMSC)
SMSC mempunyai peran penting dalam arsitektur sms. SMSC berfungsi menyampaikan pesan sms antar Mobile Station(MS)/ HP, dan juga melakukan fungsi store-and-forwarding sms jika nomor penerima sedang tidak dapat menerima pesan. Didalam jaringanya sebuah operator dapat mempunyai lebih dari satu perangkat SMSC, sesuai besar trafik sms jaringan tersebut. SMSC dapat berkomunikasi dengan elemen lain seperti MSC, dan HLR dengan menggunakan protokol MAP. Seiring berkembangnya layanan, SMSC juga dapat berkomunikasi dengan server aplikasi menggunakan sebuah protokol yang cukup pupuler yaitu, Short Message Peer tio Peer Protocol (SMPP).
Diagram Alir SMS
Ada dua macam layanan dasar SMS:
- Mobile terminated (from a SMS–C to a mobile station (MS)) SMS
- Mobile originated (from a mobile station to a SMS–C) SMS
- Mobile terminated (from a SMS–C to a mobile station (MS)) SMS
- Mobile originated (from a mobile station to a SMS–C) SMS
SMS Mobile Terminating (SMS MT)
SMS MT adalah pengiriman SMS dari SMSC ke MS. Untuk pegiriman SMS ini akan disediakan informasi pengiriman, baik delivery report untuk SMS yang berhasil maupun failure report untuk pengiriman yang gagal karena sebeb tertentu, sehingga memungkinkan SMSC untuk melakukan pengiriman ulang.
SMS MT adalah pengiriman SMS dari SMSC ke MS. Untuk pegiriman SMS ini akan disediakan informasi pengiriman, baik delivery report untuk SMS yang berhasil maupun failure report untuk pengiriman yang gagal karena sebeb tertentu, sehingga memungkinkan SMSC untuk melakukan pengiriman ulang.
Diagram Alir SMS Mobile Terminating.
1. A (misal: aplikasi) mengirim pesan ke SMSC
2. SMSC mengirimkan pesan ke SMS–GMSC.
3. SMS–GMSC menginterogasi HLR untuk informasi routing.
4. HLR membalas informasi routing ke SMS-GMSC.
5. SMS-GMSC meneruskan pesan ke MSC/VLR.
6. MS di-paging dan koneksi terbentuk antara MS dan network, sebagaimana dalam setup pangilan normal.
(Dengan demikian posisi MS diketahui dan apakah MS boleh berada dalam network / proses otentikasi).
7. Jika otentikasi berhasil, MSC/VLR mengirim pesan sms tersebut ke MS. SMS dikirim melalui kanal signaling SDCCH)
8. Jika pengiriman berhasil, delivery report dikirim dari MSC/VLR ke SMSC. Namun jika tidak, MSC/VLR akan menginformasikan ke HLR, dan failure report dikirim ke SMS–C.
Pada kasus pengiriman yang gagal, HLR dan VLR akan mendapat informasi “Messages waiting” yang menunjukkan ada pesan di SMSC yang menunggu untuk dikirimkan ke MS.
Informasi di HLR terdiri dari list SMSC pengirim pesan, sedangkan di VLR terdapat “flag” yang menunjukkkan apakah list pesan dalam keadaan kosong atau tidak.
Jika MS available dan siap menerima pesan, maka HLR akan memberitahu SMSC.
1. A (misal: aplikasi) mengirim pesan ke SMSC
2. SMSC mengirimkan pesan ke SMS–GMSC.
3. SMS–GMSC menginterogasi HLR untuk informasi routing.
4. HLR membalas informasi routing ke SMS-GMSC.
5. SMS-GMSC meneruskan pesan ke MSC/VLR.
6. MS di-paging dan koneksi terbentuk antara MS dan network, sebagaimana dalam setup pangilan normal.
(Dengan demikian posisi MS diketahui dan apakah MS boleh berada dalam network / proses otentikasi).
7. Jika otentikasi berhasil, MSC/VLR mengirim pesan sms tersebut ke MS. SMS dikirim melalui kanal signaling SDCCH)
8. Jika pengiriman berhasil, delivery report dikirim dari MSC/VLR ke SMSC. Namun jika tidak, MSC/VLR akan menginformasikan ke HLR, dan failure report dikirim ke SMS–C.
Pada kasus pengiriman yang gagal, HLR dan VLR akan mendapat informasi “Messages waiting” yang menunjukkan ada pesan di SMSC yang menunggu untuk dikirimkan ke MS.
Informasi di HLR terdiri dari list SMSC pengirim pesan, sedangkan di VLR terdapat “flag” yang menunjukkkan apakah list pesan dalam keadaan kosong atau tidak.
Jika MS available dan siap menerima pesan, maka HLR akan memberitahu SMSC.
SMS Mobile Originating (SMS MO)
SMS MO adalah proses pengiriman SMS dari MS ke SMSC.
Jika SMS terkirim ke MS akan mendapat report “message sent”, sementara jika gagal MS report yang terlihat adalah “sending failed”.
SMS MO adalah proses pengiriman SMS dari MS ke SMSC.
Jika SMS terkirim ke MS akan mendapat report “message sent”, sementara jika gagal MS report yang terlihat adalah “sending failed”.
Diagram alir SMS MO:
1. MS membuat koneksi ke jaringan, sebagaimana dalam setup panggilan normal.
2. Jika otentikasi berhasil, MS akan mengirim SMS ke SMSC melalui MSC/VLR. Selanjutnya SMSC akan meneruskan SMS ke tujuan.
Sistem Radio GSM 1. MS membuat koneksi ke jaringan, sebagaimana dalam setup panggilan normal.
2. Jika otentikasi berhasil, MS akan mengirim SMS ke SMSC melalui MSC/VLR. Selanjutnya SMSC akan meneruskan SMS ke tujuan.
Menggunakan 2 band dengan lebar 25 MHz untuk masing masih arah link data. frekuensi 890-915 MHz band digunakan untuk uplink kearah Base Station sedangakan frekuensi 935-960 digunakan untuk alokasi frekuensi downlink kearah subscriber.
GSM menggunakan FDD dan kombinasi dari TDMA dan FHMA agar BTS dapat menyediakan akses yang simultan kepada multiple user
Kedua alokasi frekuensi tersebut masing-masing dibagi lagi kedalam beberapa kanal frekuensi lagi dengan lebar masing 200 KHz yangbiasa disebut sebagai ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Numbers). ARFCN mensyaratkan bahwa untuk masing arah frekuensi uplink dan downlink dipisahkan dengan lebar frekuensi 45 MHz
Setiap alokasi frekuensi tertentu atau ARFCN dipakai bersama-sama oleh 8 user dengan menggunkan metode TDMA , masing user mengunakan time slot tertentu yang unik
Data rate untuk masing-masing kanal radio tersebut adalah sebesar 270,833 Kbp menggunakan binari BT=0,3 GMSK modulation, dengan signaling bit duration sebesar 3,692 uS maka rate efektif yang diperoleh masing-masing user adalah sebesar 33,854 Kbps
Dengan maksimum overhead yang digunakan oleh GSM , maka data dari user dikirimkan dengan rate maksimum 24,7 Kbps
Setiap Time slot yang dialokasikan untuk setiap user memiliki ekivalen 156,25 channel bits. Namun terdiri dari 8,25 bits untuk guard time, dan 6 untuk total startdan stop bit untuk mencegah terjadinya overlap anatar Time slot
Setiap time slot memiliki durasi 5576,92 uS sedangkan sebuah singel TDMA frames memilki durasi 4,615 ms, sehingga total kanal yang tersedia dengan Bandwith 25 Mhz adalah sebsesar 125. JIka masing masing kanal radio memilki 8 time Slot maka terdapat total 1000 trafik yang dapat dilayani oleh GSM
Secara praktekdigunakan Guard Band sebesar 100Khz pada upper dan Lower spektrum GSM , sehingga hanya tersedia 124 kanal
Parameter GSM | Specifications |
Reserve Channel frequency | 890-915 MHz |
Forward Channel Frequency | 9335-960 MHz |
ARFCN Number | 0 to 124 dan 975 to 1023 |
Tx/Rx Freq Spacing Tx/Rx Time Slot Spacing | 45 MHz 3 time Slot |
Modulation data rate | 270,833 kbps |
Frame Periode | 4,615 ms |
User per Frame | 8 |
Time Slot periode | 576,9 uS |
Bit Periode | 3,692 uS |
Modulation | 0,3 GMSK |
ARFCN Channel Spacing | 200 KHz |
Interleaving (max delay) | 40 ms |
Voice Coder Bit Rate | 13,4 kbps |
Daftar Pustaka:
- Le Bodic, Gwenae¨l. 2005. Mobile Messaging Technology and Services. West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd
- CME 20 SYSTEM SURVEY TRAINING DOCUMENT. 1996. Ericsson Radio Systems AB
- Le Bodic, Gwenae¨l. 2005. Mobile Messaging Technology and Services. West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd
- CME 20 SYSTEM SURVEY TRAINING DOCUMENT. 1996. Ericsson Radio Systems AB
A study of NGN-related Network Technology (Part-I), Shan Xiuyun, MII.
Local Exchange Softswitch system: Softswicth and Packet switch, CopperCOm- IEC
Softswitches:The next keys to the next generation IP network Opportunity, Ovum, 2001
Kajian Migrasi NGN, TELKOM-ITB 2002.
Backbone Network Architectures for IP Optical Networking, Stefano Baroni, Royal Society Discussion Meeting “Network Modelling in the 21st Century” 6-7 December 1999 - London, UK
