BAB II CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS 2.1 Pendahuluan Konsep selular mulai muncul di akhir tahun 1940-an yang digagas oleh perusahaan Bell Telephone di Amerika, yang sebelumnya menggunakan pemancar berdaya pancar besar dan ditempatkan di daerah yang tinggi dengan antenna yang menjulang. Di ubah menjadi pemancar berdaya kecil. Setiap pemancar ini dirancang untuk melayani daerah (disebut wilayah cakupan) yang kecil saja, sehingga disebut sel. Dari sini, sistem komunikasinya lalu disebut dengan sistem komunikasi selular. Dalam sistem seluler prinsipnya, kanal-kanal yang berupa frekuensi yang sama dapat digunakan secara berulang-ulang di selsel tertentu pada jarak antar sel tertentu pula, melalui pertimbangan yang matang sehingga pengaruh interferensinya (saling ganggu bertumpang tindih) dapat diabaikan. Penggunaan frekuensi yang sifatnya berulang ini dalam sistem seluler dinyatakan dengan sel berbentuk heksagonal yang mempunyai tanda huruf atau dapat juga berupa tanda angka yang sama [1]. Code division multiple access (CDMA) adalah sebuah bentuk pemultipleksan (bukan sebuah skema pemodulasian) dan sebuah metode akses secara bersama yang membagi kanal tidak berdasarkan waktu (seperti pada TDMA) atau frekuensi (seperti pada FDMA), namun dengan cara mengkodekan data dengan sebuah kode khusus yang diasosiasikan dengan tiap kanal yang ada 5
dan menggunakan sifat-sifat interferensi konstruktif dari kode-kode khusus itu untuk melakukan pemultipleksan [1]. CDMA juga mengacu pada sistem telepon selular digital yang menggunakan skema akses secara bersama ini,seperti yang diprakarsai oleh Qualcomm. CDMA adalah sebuah teknologi militer yang digunakan pertama kali pada Perang Dunia II oleh sekutu Inggris untuk menggagalkan usaha Jerman mengganggu transmisi mereka. Sekutu memutuskan untuk mentransmisikan tidak hanya pada satu frekuensi, namun pada beberapa frekuensi, menyulitkan Jerman untuk menangkap sinyal yang lengkap. Sejak itu CDMA digunakan dalam banyak sistem komunikasi, termasuk pada Global Positioning System (GPS). Sistem terakhir didesain dan dibangun oleh Qualcomm, dan menjadi cikal bakal yang membantu insinyur-insinyur Qualcomm untuk menemukan Soft Handoff dan kendali tenaga cepat, teknologi yang diperlukan untuk menjadikan CDMA praktis dan efisien untuk komunikasi seluler terrestrial [3]. 2.2 Konsep Selular Menurut Gatot Santoso (Sistem Selular CDMA) Ditinjau dari segi daerah jangkauan (coverage), maka sistem komunikasi bergerak dapat dibedakan menjadi dua macam [1]: 1) Sistem Konvensional (Large Zone) Pada sistem ini Base Station (BS) melayani wilayah yang sangat luas dengan radius 40 km. Keuntungan dari sistem ini adalah relatif mudah dalam hal switching, charging, dan transmisi. Sedangkan kekurangannya : 6
a. Kesanggupan pelayanan terbatas Daya yang dipancarkan harus besar dan antena harus tinggi. Selain itu area pelayanan dibatasi oleh kelengkungan bumi. Ketika pelanggan sedang melakukan pembicaraan dan keluar dari suatu wilayah pelayanan, maka pembicaraan terputus karena tidak memiliki fasilitas Handover dan harus dilakukan inisialisasi ulang. b. Unjuk kerja pelayanan yang kurang baik Sistem konvensional ini hanya memiliki jumlah kanal yang sedikit, sehingga blocking menjadi besar. c. Tidak efisien dalam penggunaan bandwidth Tidak menggunakan pengulangan frekuensi sehingga jumlah kanal yang dialokasikan pada setiap sel akan sangat kecil. 2) Sistem Selular (Multi Zone) Dalam sistem ini pelayanan dibagi menjadi daerah-daerah yang lebih kecil disebut sebagai sel dan setiap sel dilayani oleh sebuah Radio Base Station (RBS). Antara Radio Base Station (RBS) masing-masing sel saling terintegrasi dan dikendalikan oleh suatu Mobile Switching Centre (MSC). Prinsip dasar dari arsitektur sistem selular adalah : a. Pemancar mempunyai daya pancar yang rendah dan cakupan yang kecil. b. Menggunakan prinsip penggunaan kembali frekuensi (frequency reuse). c. Menggunakan prinsip penggunaan kembali frekuensi (frequency reuse). 7
d. Pemecah sel (cell splitting) pada sel yang telah jenuh dengan pelanggan. Sistem ini memiliki banyak keuntungan dibandingkan sistem konvensional, yaitu a. Kapasitas pelanggan lebih besar. b. Efisien dalam penggunaan pita frekuensi karena memakai prinsip pengulangan frekuensi. c. Kemampuan adaptasi yang tinggi terhadap kepadatan lalu lintas atau traffic karena sel dapat dipecah. d. Kualitas pembicaraan baik karena tidak sering terputus. e. Kemudahan bagi pemakai. Konsep sistem selular adalah suatu sistem tanpa kawat (wireless) yang dirancang dengan pembagian suatu area besar ke dalam beberapa sel kecil dengan pemancar yang tinggi, pemancar yang rendah pada setiap sel, dan pengulangan frekuensi dari satu sel ke sel lain setelah melewati beberapa sel. Desain utama yang digunakan untuk menggunakan kembali frekuensi yang tersedia adalah pengulangan frekuensi (frequency reuse), interferensi cochannel, perbandingan carrier to interference, mekanisme Handover, dan cell splitting [1]. 2.2.1 Perkembangan Komunikasi Bergerak Gelombang radio adalah gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh 8
antena [3]. Gelombang radio mempunyai frekuensi yang berbeda. Tabel 2.1 memperlihatkan spektrum radio frekuensi [1]. Rentang Frekuensi Tabel 2.1 Rentang Frekuensi Band 10 KHz s.d 30 KHZ Very Low Frequency(VLF) 30 KHz s.d 300 KHz Low Frequency(LF) 300 KHz s.d 3 MHz Medium Frequency(MF) 3 MHz s.d 30 MHz High Frequency(HF) 30 MHz s.d 144 MHz 144 MHz s.d 174 MHz Very High Frequency(VHF) 174 MHz s.d 328,6 MHz 328,6 MHz s.d 450 MHz 450 MHz s.d 470 MHz 470 MHz s.d 806 MHz Ultra High Frequency(UHF) 806 MHz s.d 960 MHz 960 MHz s.d 2,3 GHz 2,3 GHz s.d 2,9 GHz 2,9 GHz s.d 30 GHz Super High Frequency(SHF) Lebih dari 30 Ghz Extremely High Frequency(EHF) Pada sistem selular generasi pertama, masih memakai teknologi analog. Sistem ini dikembangkan di Eropa dan Jepang juga di kembangkan di Amerika, yakni Advance Mobile Phone Sistem (AMPS). Di Inggris dengan istilah Total Acces Communication Sistem (TACS), sedangkan di Skandinavia mengembangkan Nordic Mobile Telephone Sistem (NMT). Serta di Jepang dikembangkan Nippon Advanced Mobile Telephone Service (NAMTS). Sedangkan di Jerman Barat (Negara Jerman waktu itu masih terbagi menjadi dua; Jerman Barat dan Jerman Timur) mengembangkan NETZ-C (C-450) [1]. Kemampuan standar masing-masing sistem tersebut di atas relatif sama tetapi spesifikasi operasionalnya secara teknik tidak mendunia, karena sistem 9
dipilih dan dikembangkan di masing-masing negara untuk memenuhi kebutuhan mereka sendiri, termasuk pilihan frekuensinya yang ditentukan oleh pita frekuensi radio yang tersedia di setiap negara secara sendiri sendiri. Walaupun konsep penggunaan sel dalam komunikasi seluler secara teori memberikan kapasitas layanan komunikasi yang tidak terbatas melalui pemecahan sel jika komunikasi di suatu wilayah sudah padat, di dalam prakteknya, para operator tetap menghadapi kesulitan sejak dimulainya penggunaan radio seluler tahun 1990-an [5]. 2.2.2 Perkembangan Multiple Akses Menurut Gatot Santoso pada bukunya yang berjudul Sistem Selular CDMA, akses jamak (multiple access) merupakan sekumpulan pengguna yang mampu melakukan akses dengan pengguna lainnya melalui lebar bidang spektrum frekuensi yang dialokasikan. Sistem komunikasi bergerak yang berbeda mungkin akan menerapkan teknik akses jamak yang berbeda pula [1]. Pada dasarnya ada 3 sistem yaitu FDMA ( Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access), dan CDMA (Code Division Multiple Access). Teknologi FDMA bekerja dengan membagi alokasi lebar bidang spektrum frekuensi yang tersedia menjadi bagian-bagian kecil spektrum frekuensi yang dialokasikan pada setiap penggunanya sebagai suatu kanal komunikasi, seperti terlihat pada Gambar 2.1 [3]. Dalam FDMA setiap pengguna diberikan alokasi bidang frekuensi tertentu selama melakukan proses percakapan, sehingga dalam waktu yang sama hanya satu pengguna yang dapat memanfaatkan kanal frekuensi tersebut, contohnya AMPS. 10
Gambar 2.1 Prinsip Dasar FDMA Dalam TDMA setiap pengguna diberikan alokasi celah waktu (time slot) tertentu sebagai kanal komunikasi pada potongan spektrum frekuensi yang telah dialokasikan sehingga aliran informasi tidak terpotong-potong pada setiap slot waktu seperti terlihat pada Gambar 2.2. Karena selang antara celah waktu sangat pendek maka yang terdengar oleh pengguna seperti aliran informasi kontinyu biasa. Jadi beberapa panggilan menggunakan satu frekuensi yang sama dengan waktu yang berbeda, contohnya GSM [3]. Gambar 2.2 Prinsip Dasar TDMA Teknik CDMA adalah temuan yang lebih baru dibandingkan dengan FDMA dan TDMA. Teknik CDMA berawal pada tahun 1949 ketika Claude 11
Shannon dan Robert Pierce (yang banyak jasanya untuk kemajuan teknologi telekomunikasi saat ini) menyampaikan ide dasar CDMA. Teknik ini merupakan temuan yang brilian karena kanal yang satu dengan lainnya tidak dibedakan dari frekuensi/fdma atau waktu/tdma yang secara awam lebih mudah dipahami, melainkan dengan perbedaan kode. Kode ini dikenal dengan pseudorandom code sequence. Cara kerja dari CDMA ini adalah dengan menebar/menggunakan kodekode pada satu frekuensi yang lebih besar dari FDMA dan TDMA dan penggunaan waktu yang bersamaan. Jadi tiap panggilan diwakili satu kode pada frekuensi dan waktu yang sama. Jika ada beberapa frekuensi yang digunakan maka merupakan kombinasi FDMA-CDMA. Sistem yang memakai akses jamak ini adalah CDMA2000 1x. Jadi pada CDMA, seluruh pelanggan menggunakan frekuensi yang sama pada waktu yang sama [3]. CDMA juga disebut DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) yang merupakan salah satu dari dua jenis teknik murni SSMA (Spread Spectrum Multiple Access). Jenis lainnya dikenal sebagai FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Kedua jenis ini tergolong SSMA karena sinyalnya tersebar (spread) pada spektrum pita frekuensi yang lebar. Penyebaran sinyal diperoleh akibat proses perkalian data input (yang mempunyai waktu perubahan lambat) dengan kode PN (yang mempunyai waktu perubahan cepat) [2]. Walaupun pita frekuensinya lebar, tegangan sinyal yang dihasilkan sangat kecil, menyerupai noise (derau) yang selalu menyertai gelombang radio. Sehingga apabila dimonitor oleh penerima lain, sinyal yang dipancarkan oleh pengirim berbasis CDMA hanya berupa noise (seolah-olah menunjukkan 12
ketiadaan sinyal pancar) yang tidak mengganggu sinyal lain. Sifat CDMA yang lain adalah kemampuannya untuk tahan terhadap jamming (penutupan oleh sinyal yang lebih kuat) pada pita frekuensi sempit. Hal ini terjadi karena jamming pada pita frekuensi sempit itu tidak akan mengganggu sinyal-sinyal CDMA yang tersebar di pita frekuensi lain [2]. CDMA sebagai generasi terakhir pada sistem akses jamak terus berkembang sehingga sampai saat ini telah ada beberapa generasi CDMA, yaitu : 1. IS-95 A 2. IS-95 B 3. CDMA2000 1x 4. CDMA2000 1X EVDO REV-0, REV-A, REV-B 5. CDMA 2000 EVDV Perkembangan generasi CDMA ini diperlihatkan seperti pada Gambar 2.3 [4].. Gambar 2.3 Jalur Evolusi CDMA 2000 13
CDMA2000 merupakan salah satu teknologi sistem selular generasi ketiga yang kini sedang berkembang. Nilai 1x pada CDMA2000 1x menunjukkan bahwa bandwidth yang dipakai adalah 1x1.25 Mhz. Sehingga 1x menunjukkan 1.25 Mhz. CDMA2000 1x selanjutnya dikembangkan menjadi CDMA2000 EV-DO (Evolution Data Only) dan CDMA2000 EV-DV (Evolution Data and Voice). Hal ini bertujuan agar dapat melayani komunikasi data yang jauh lebih cepat dari CDMA2000 1x biasa.untuk sistem CDMA2000 1x, kecepatan transfer data maksimum sebesar 153 Kbps sedangkan pada sistem CDMA2000 EV-DO sebesar 2,4 Mbps. Untuk EVDO Rev-A kecepatan transfer datanya bisa mencapai 3,1 Mbps untuk downlinknya sedangkan untuk uplinknya kecepatannya dapat mencapai 1,8 Mbps. Pada EVDO REV-B kecepatan transfer data maksimumnya dapat mencapai 9,3 Mbps untuk downlinknya dan untuk kecepatan pada uplinknya dapat mencapai 5,4 Mbps [4]. 2.3 Karakteristik CDMA Menurut Muhammad Wicaksono (Spread Spectrum) CDMA adalah teknik multiple access yang berdasar pada sistem komunikasi spread spectrum. Spread spectrum adalah teknik modulasi dengan menebarkan energi sinyal bandwidth yang jauh lebih besar untuk menyalurkan informasi dengan bandwidth sempit. Teknik spread spectrum yang umum dipakai adalah : 1. Direct Sequence Spread Spectrum (DS-SS) 14
2. Frequency Hopping Spread Spectrum (FH-SS) Pada CDMA2000 1x teknik spread spectrum yang dipakai adalah Direct Sequence Spread Spectrum, dimana pada saat spreading informasi digital, data binary di scrambling dengan PN sequence untuk menghasilkan sinyal yang akan dipancarkan. Pada sisi penerima, sinyal yang diterima akan di de-scrambling dengan PN sequence dimana syarat pada proses despreading ini adalah PN sequence transmitter = PN sequence receiver (terjadi sinkronisasi). Kemudian proses recovery informasi akan dihasilkan. Proses Direct Spread Spectrum diperlihatkan pada Gambar 2.4 [5]. Gambar 2.4 Sistem Direct Sequence Spread Spectrum Sistem komunikasi spread spectrum sebagai salah satu sistem komunikasi digital, memiliki beberapa kelebihan dibandingkan sistem komunikasi analog, yaitu : a. Lebih kebal terhadap jamming (penutupan oleh sinyal yang lebih kuat). b. Mampu menekan interferensi. c. Dapat dioperasikan pada level daya yang rendah. d. Kemampuan multiple access secara CDMA. 15
e. Kerahasiaan lebih terjamin. Ranging adalah mengukur jarak transmisi untuk mengetahui kapan sinyal yang dikirim akan sampai di receiver [3]. 2.4 Sifat-Sifat Code Division Multiple Access (CDMA) Pada dasarnya sistem selular Code Division Multiple Access (CDMA) memiliki berbagai sifat antara lain : 1) Multi Diversitas Diversitas adalah usaha untuk mengurangi fading. Ada tiga tipe diversitas yang sering digunakan yaitu diversitas waktu, frekuensi, dan ruang. 2) Daya pancar yang rendah Disamping peningkatan kapsitas secara langsung, hal lain adalah menurunnya Eb/E0 yang dibutuhkan untuk mengatasi noise dan interferensi. Ini berarti penurunan level daya pancar yang dibutuhkan. 3) Keamanan (privacy) Bentuk pengacakan sinyal pada sistem Code Division Multiple Access (CDMA) memungkinkan tingka privacy yang tinggi. Meskipun sistem Code Division Multiple Access (CDMA) sudah memiliki tingkat privacy yang tinggi, system isi masih tetap mungkin untuk dikembangkan dengan menggunakan teknik pengacakan (encryption) yang ada. 4) Soft Handover Soft Handover memungkinkan kedua sel melayani Mobile Station (MS) 16
secara bersama-sama. 5) Kapasitas Pada system Code Division Multiple Access (CDMA) kapasitas yang besar diperoleh terutama karena frekuensi yang sama dapat dipakai oleh semua sel. 6) Deteksi Aktivitas Suara Pada komunikasi full duplex dua arah, aktivitas percakapan (duty cycle) biasanya hanya sekitar 40%, sisa waktu lainnya dipakai untuk mendengar. Karena pada system Code Division Multiple Access (CDMA) semua pengguna memakai kanal yang sama, maka bila ada pengguna yang tidak sedang berbicara, akan menyebabkan berkurangnya interferensi sekitar 60%. Hal ini berakibat berkurangnya daya rata-rata yang dipancarkan oleh Mobile Station (MS). 7) Peningkatan Kapasitas dengan Sektorisasi Pada system Code Division Multiple Access (CDMA) sektorisasi digunakan untuk meningkatkan kapasitas. Dengan membagi sel menjadi tiga sektor maka diperoleh kapasitas hampir tiga kalinya. 8) Soft Capacity Pada sistem Code Division Multiple Access (CDMA),hubungan antara jumlah pengguna dengan tingkat pelayanan (grade of service) tidak begitu tajam. Sebagai contoh operator dari sistem dapat mengijinkan meningkatnya bit error rate sampai batas toleransi tertentu, dengan demikian terjadi peningkatan jumlah pelanggan yang dapat dilayani 17
selama jam tersibuk. Kemampuan ini sangat berguna khususnya untuk mencegah terjadinya pemutusan pembicaran pada proses Handover karena kekurangan kanal. Pada sistem Code Division Multiple Access (CDMA), panggilan tetap dapat dilayani dengan peningkatan bit error rate yang masih dapat diterima sampai panggilan lain berakhir [1]. Kelemahan sistem CDMA (Code Division Multiple Access) a. Daya yang diterima oleh stasiun utama dari pengguna dekat lebih tinggi dibandingkan dengan daya yang diterima dari pengguna yang lokasinya jauh. b. Untuk penerimaan yang benar, kesalahan sinkronoisasi dari urutan kode yang dibangkitkan dan urutan kode yang diterima kecil. c. Penggunaan yang dekat dengan stasiun utama akan membangkitkan interferensi yang besar bagi pengguna yang jauh dari stasiun utama sehingga menyulitkan penerimaan sinyal [1]. 18