BAB II DASAR TEORI. 2.1 Arsitektur GSM

BAB II DASAR TEORI 2.1 Arsitektur GSM Dalam pembahasan arsitektur GSM ini dibahas mengenai Base Station Subsystem (BSS) dan Network Switching Subsystem (NSS). Berikut adalah arsitektur GSM. Gambar 2.1 Arsitektur GSM Selain itu ada satu subsystem yang ada di dalam arsitektur GSM, yaitu MS (Mobile Station). 2.1.1 MS (Mobile Station) Mobile Station atau bisa juga disebut dengan handset, biasa digunakan oleh user dengan bentuk dan ukuran yang terus berkembang dari waktu ke waktu. 6

Gambar 2.2 Mobile Station Mobile Station (MS) terdiri dari dua komponen: 1. Mobile Equipment (ME) Mobile Equipment (ME) ini mengacu pada telepon fisik / handphone itu sendiri. Telepon harus dapat beroperasi pada jaringan GSM. Ponsel lama dioperasikan pada single band (pita tunggal) saja. Untuk ponsel yang terbaru mampu beroperasi pada dual-band, triple-band, dan bahkan quadband. Sebuah ponsel quad-band memiliki kemampuan teknis untuk beroperasi pada jaringan GSM di seluruh dunia. Setiap telepon secara unik diidentifikasi oleh International Mobile Equipment Identity (IMEI). Nomor ini disematkan di telepon oleh produsen. IMEI biasanya dapat ditemukan dengan menghapus baterai telepon dan membaca panel dalam baterai juga, atau dapat dilihat pada kardus / kemasan ponsel. Ada kemungkinan untuk mengubah IMEI pada ponsel untuk mencerminkan IMEI yang berbeda. Hal ini dikenal sebagai spoofing IMEI atau kloning IMEI. Hal ini biasanya dilakukan pada ponsel curian. Pengguna biasa tidak memiliki kemampuan teknis untuk mengubah IMEI sebuah ponsel. 7

2. Subscriber Identity Module (SIM) SIM adalah suatu chip atau small smart card yang dimasukkan ke telepon dan membawa informasi khusus untuk pelanggan, seperti IMSI, TMSI, Ki (digunakan untuk enkripsi), Name Service Provider (SPN), dan Identitas Area Lokal (LAI). SIM juga dapat menyimpan nomor telepon (MSISDN) yang didial maupun yang diterima, Kc (digunakan untuk enkripsi), buku telepon, dan data untuk aplikasi lain. Kartu SIM dapat diganti dari satu telepon dan dimasukkan ke ponsel lain. 2.1.2 BTS (Base Tranceiver Station) BTS adalah akses point Mobile Station untuk ke jaringan. BTS ini bertanggung jawab untuk melaksanakan komunikasi radio antara jaringan dan MS (Mobile Station). BTS juga menangani speech encoding, enkripsi, multiplexing (TDMA), dan modulasi / demodulasi dari sinyal radio. Selain itu juga mempunyai kemampuan frekuensi hopping. Sebuah BTS akan memiliki antara 1 dan 16 Transceivers (TRX), tergantung pada geografi dan permintaan pengguna dari suatu area. Gambar 2.3 Coverage BTS Satu BTS biasanya mencakup / mengcover 120 o sektor tunggal dari suatu daerah. Biasanya sebuah Menara / tower dengan 3 BTS akan menampung semua area sebesar 360 derajat di sekitar menara. Namun, tergantung pada geografi dan 8

permintaan pengguna dari suatu area, sebuah sel dapat dibagi menjadi satu atau dua sektor, atau suatu sel kemungkinan dilayani oleh beberapa BTS dengan cakupan sektor yang lebih luas. Sebuah BTS diberikan sebuah Identitas Cell. Identitas sel adalah 16-bit nomor (double octet) yang mengidentifikasi sel yang berada di wilayah lokasi tertentu. Identitas sel adalah bagian dari Cell Global Identification (CGI), yang dibahas dalam bagian tentang Visitor Location Register (VLR). Interface antara MS dan BTS yang dikenal sebagai Um Interface atau Air Interface. Gambar 2.4 MS dan BTS Interface 2.1.3 BSC (Base Station Controller) BSC mengontrol beberapa BTS. BSC menangani alokasi saluran radio, frekuensi administrasi, daya dan pengukuran sinyal dari MS, dan pergerakan dari satu BTS ke BTS yang lain (jika kedua BTS dikendalikan oleh BSC yang sama). Sebuah BSC juga berfungsi untuk mengurangi jumlah koneksi ke Mobile Switching Center (MSC) dan memungkinkan untuk koneksi berkapasitas tinggi ke MSC. 9

Gambar 2.5 Stuktur BSC Sebuah BSC akan di sandingkan (Collocation) dengan BTS atau mungkin secara geografis terpisah. Bahkan mungkin disandingkan dengan Mobile Switching Center (MSC). Interface antara BTS dan BSC dikenal sebagai Abis Interface Gambar 2.6 BTS dan BSC interface 2.1.4 TRAU (Transcode and Adapter Unit) TRAU merupakan bagian dari BSS yang terletak antara BSC dan MSC dimana berfungsi untuk melakukan transcoding (de/compressing) sinyal suara dan data rate adaptation (mengadaptasi kecepatan data yang diakses). 10

2.1.5 MSC (Mobile Switching Center) MSC merupakan jantung dari jaringan GSM. MSC menangani panggilan routing, call setup, dan fungsi switching dasar. MSC menangani banyak BSC dan juga interface dengan MSC yang lain dan register. MSC juga menangani INER- BSC handoffs serta koordinat dengan MSC lain untuk inter-msc handoffs. Interface antara BSC dan MSC dikenal sebagai A Interface Gambar 2.7 BSC and MSC interface 2.1.6 GMSC (Gateway Mobile Switching Center) Ada lagi jenis penting dari MSC, yang disebut Gateway Mobile Switching Center (GMSC). GMSC berfungsi sebagai gateway antara dua jaringan. Jika pelanggan selular ingin menempatkan panggilan ke telepon rumah biasa, maka panggilan akan melalui GMSC agar dapat dialihkan ke Public Switched Telephone Network (PSTN). Sebagai contoh, jika seorang pelanggan pada jaringan Telkom ingin memanggil pelanggan pada jaringan XL, panggilan tersebut harus melalui GMSC. Interface antara dua Mobile Switching Centers (MSC) disebut E Interface. 11

Gambar 2.8 Konfigurasi GMSC 2.1.7 HLR (Home Location Register) HLR adalah database besar yang secara permanen menyimpan data tentang pelanggan. HLR mempertahankan spesifik informasi pelanggan seperti nomor MSISDN, IMSI, lokasi saat ini dari MS, pembatasan roaming, dan fitur tambahan pelanggan. Secara logic hanya satu HLR dalam jaringan tertentu, tetapi umumnya masing-masing jaringan memiliki beberapa HLR fisik tersebar di seluruh jaringannya. 2.1.8 VLR (Visitor Location Register) VLR adalah database yang berisi subset dari informasi yang terletak di HLR. VLR berisi informasi yang sama seperti HLR, tapi hanya untuk pelanggan saat ini di kawasan lokasi nya. Terdapat sebuah VLR untuk setiap Daerah Lokasi. VLR mengurangi jumlah keseluruhan query ke HLR dan dengan demikian mengurangi lalu lintas jaringan. VLR sering diidentifikasi oleh Kode Area Lokasi/Location Area Code (LAC) untuk daerah yang mereka melayani. 12

2.1.9 LAC (Local Area Code) Sebuah LAC adalah kode tetap-panjang (dua oktet) yang mengidentifikasi area lokasi dalam jaringan. Setiap Luas Lokasi dilayani oleh VLR, jadi kita bisa memikirkan Kode Area Lokasi (LAC) yang ditugaskan untuk sebuah VLR. 2.1.10 LAI (Local Area Identity) Sebuah LAI adalah angka global unik yang mengidentifikasi negara, penyedia jaringan, dan LAC dari setiap Daerah Lokasi yang diberikan, yang bertepatan dengan sebuah VLR. LAI ini terdiri dari Mobile Country Code (MCC), Mobile Network Code (MNC), dan Location Area Code (LAC). MCC dan MNC adalah nomor yang sama yang digunakan ketika membentuk IMSI tersebut. Gambar 2.9 LAI dalam HLR 2.1.11 CGI (Cell Global Indentification) CGI adalah angka yang secara unik mengidentifikasi sel tertentu dalam area lokasi, jaringan, dan negara. CGI terdiri dari MCC, MNC, LAI, dan Cell Identity (CI) Tabel 2.1 Struktur CGI VLR juga memiliki satu fungsi yang sangat penting lainnya yaitu penandaan dari Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI). TMSI ditandai 13

oleh VLR ke MS masuk ke dalam daerah Lokasi nya. TMSI yang unik untuk sebuah VLR. TMSI hanya dialokasikan ketika dalam mode cipher. Gambar 2.10 Interface MSC, HLR dan VLR Interface antara MSC dan VLR dikenal sebagai B Interface dan interface antara VLR dan HLR dikenal sebagai D Interface. Interface antara dua VLR disebut G Interface. 2.1.12 EIR (Equipment Identity Register) EIR adalah database yang menyimpan track handset pada jaringan menggunakan IMEI. Hanya ada satu EIR per jaringan. Yang disusun dari tiga list, yaitu white list, the gray list, dan the black list. Black list adalah list jika IMEI yang akan ditolak oleh jaringan layanan untuk beberapa alasan. Alasan tersebut termasuk IMEI yang terdaftar sebagai curian atau clonedor jika handset rusak atau tidak memiliki kemampuan teknis untuk beroperasi pada jaringan. Gray list adalah daftar IMEI yang akan dimonitor karena aktivitas yang mencurigakan. Hal ini dapat termasuk handset yang berperilaku aneh atau tidak menampilkan sebagaimana yang diharapkan jaringan. 14

White list adalah daftar tidak berpenghuni. Itu berarti jika IMEI tidak termasuk dalam Black list atau dalam Gray list, maka dianggap baik ketika White list. Interface antara MSC dan EIR disebut F Interface. 2.1.13 AuC (Authentication Center) AuC menangani tugas otentikasi dan enkripsi untuk jaringan. AuC menyimpan Ki untuk setiap IMSI di jaringan. AuC juga menghasilkan variables seperti RAND, SRES, dan Kc. Meskipun tidak diperlukan, AuC biasanya secara fisik collocated dengan HLR. 2.2 GSM 900 & DCS 1800 Alokasi frekuensi GSM yang dipakai di Indonesia sama dengan yang dipakai di sebagian besar dunia terutama Eropa yaitu pada pita 900 MHz, yang dikenal sebagai GSM900, dan pada pita 1800 MHz, yang dikenal sebagai GSM1800 atau DCS (Digital Communication System). Frekuensi downlink adalah frekuensi yang dipancarkan oleh BTS-BTS untuk berkomunikasi dengan ponsel pelanggan yang disebut sebagai coverage footprint operator sedangkan frekuensi uplink adalah frekuensi yang digunakan oleh ponsel pelanggan agar bisa terhubung ke jaringan. Gambar 2.11 Alokasi frekuensi GSM yang dipakai dunia, termasuk Indonesia 15

Untuk uplink, alokasi frekuensi GSM900 dari 890 MHz sampai 915 MHz sedangkan untuk downlink dari 935 sampai 960 MHz. Dalam frekuensi MHz, baik uplink maupun downlink memiliki alokasi frekuensi yang berbeda, namun dengan penomoran kanal ARFCN (absolute radio-frequency channel number) keduanya sama karena kedua-duanya adalah pasangan kanal duplex yang dipisahkan selebar 45 MHz. Lebar pita spektrum GSM900 sendiri adalah 25 MHz dan penomoran kanal ARFCN-nya dimulai dari 0 dan seterusnya; dengan lebar pita per kanal GSM adalah 200 khz (0.2 MHz) maka jumlah total kanal untuk GSM900 adalah 25/0,2 = 12,5 kanal. Namun tidak semua kanal ini dapat dipakai ada dua kanal yang harus dikorbankan sebagai system guard band pada kedua ujung batas spektrum masing-masing yaitu ARFCN 0 di batas bawah dan ARFCN 125 untuk batas atas. Jadi ARFCN efektif yang dipakai untuk GSM900 adalah ARFCN 1 sampai 124. Gambar 2.12 Alokasi frekuensi pita GSM900 di Indonesia Gambar 2.13 Alokasi frekuensi pita DCS1800 di Indonesia Untuk GSM1800 (DCS) alokasi frekuensi uplink-nya dari 1710-1785 MHz sedangkan downlink dari 1805 MHz sampai 1880 MHz dimana alokasi frekuensi antara uplink dan downlink terpisah selebar 95 MHz. Dengan demikian, 16

berbeda dengan GSM900, GSM1800 memiliki lebar pita kurang lebih 3 kali lebih lebar dibanding GSM900. untuk GSM1800 penomoran kanal ARFCN-nya dimulai dari 511 dan berakhir 886 (375 kanal total, 3 kali lebih banyak dari GSM900) dimana 511 dikorbankan sebagai system guard band pada ujung bawah dan 886 dipakai sebagai system guard band pada ujung atas. Dengan adanya pita ganda ini sebuah telepon genggam dapat dipakai untuk jaringan GSM900 dan DCS1800, sehingga memungkinkan spot cakupan di lingkungan industri dalam daerah frekuensi 1800MHz, di saat daerah urban yang dibangun dengan pesat menyebabkan masalah dalam hal kapasitas untuk frekuensi GSM900. Tujuan pokok di belakang setiap spesifikasi mode ganda adalah untuk menaikkan kapasitas sistem dalam suatu daerah yang seringkali macet komunikasinya karena demikian padatnya lalulintas komunikasi yang terjadi. Caranya dengan menggunakan sistem overlay (yang ditumpang-tindihkan) dalam suatu daerah inti seperti di sebuah kota besar. Di bagian tepi dari sistem overlay ini, komunikasi dapat dipindahkan (hand-off) ke sel analog AMPS. 2.3 TRA (Transcoder and Rate Adaptation) TRA adalah interface antara BSC dan MSC. Meskipun TRA merupakan bagian dari BSS, biasanya TRA diletakkan dekat MSC. Hal ini dimaksudkan untuk penghematan link transmisi. Pada perangkat TRA terjadi kompresing link dari dari 64 Kbps dari MSC ke TRA menjadi 16 Kbps dari TRA ke BSC. Kompresing ini dilakukan hanya untuk traffic channel. Hal tersebut dimaksudkan agar traffic channel yang digunakan untuk percakapan pelanggan bisa lebih banyak. Sedangkan untuk time slot 0 yang digunakan untuk frame alignment signal dan time slot 16 untuk signaling tidak dilakukan kompresing, kecepatannya tetap 64 Kb/s sebab kalau di kompresskan maka untuk proses pensinyalan akan jadi lambat. Pada TRA dilakukan pemampatkan maka TRA juga melakukan adaptasi suara agar suara pelanggan sama seperti aslinya, tidak terkompres meninggi atau mengecil. 17

Gambar 2.14 Letak TRA dalam Arsitektur Jaringan GSM Untuk transmisi melalui Air Interface, sinyal percakapan dimampatkan oleh MS menjadi 13 Kbits/s (Full Rate and Enhanced Full Rate) atau 5,6 Kbits/s (Half Rate). Pengkodean sinyal percakapan (speech coding) untuk Full Rate berdasarkan algoritma yang dinamakan Regular Pulse Excitation with Long Term Prediction (RPE-LTP). Untuk Enhanced Full Rate, pengkodean sinyal percakapan berdasarkan algoritma yang disebut Algebraic Code Excited Linear Prediction (ACELP). Untuk Half Rate menggunakan algoritma Vector Sum Excited Linear Prediction (VSELP). Di sisi lain laju bit standar yang digunakan pada jaringan PSTN sebesar 64 Kbits/s dan teknik modulasi (modulation) yang digunakan adalah Pulse Code Modulation (PCM). 18

Tabel 2.2 Coding Rate 2.3.1 AMR (Adaptive Multi-Rate) Adaptive Multi-Rate adalah kompresi data yang dioptimalkan untuk speech coding. Speech coding AMR terdiri dari multi-rate narrowband, yang mengkodekan narrowband (200-3400 Hz) sinyal pada bit rate variabel berkisar 4,75-12,2 kbps dengan speech berkualitas mulai dari 7,4 kbps. AMR diadopsi sebagai standar speech codec oleh 3GPP pada bulan Oktober 1999 dan sekarang banyak digunakan dalam jaringan GSM dan UMTS. Menggunakan link adaptation yang digunakan untuk memilih salah satu dari delapan bit rate yang berbeda berdasarkan kondisi link. AMR juga merupakan format file untuk menyimpan audio yang diucapkan dengan menggunakan codec AMR. Banyak telepon seluler modern yang dapat menyimpan rekaman audio singkat dalam format AMR. 19

Tabel 2.3 Mode AMR Penggunaan AMR yang dioptimalkan dengan cara link adaptation dimana memilih mode codec terbaik untuk memenuhi radio channel dan kebutuhan kapasitas. Jika kondisi radio buruk, sumber coding berkurang dan channel coding meningkat. Hal ini meningkatkan kualitas dan ketahanan dari koneksi jaringan sementara beberapa kejelasan suara. Sistem cerdas baru memungkinkan operator jaringan untuk memprioritaskan kapasitas atau kualitas per base station. 2.3.2 FR (Full Rate) Full Rate adalah standar speech coding pertama yang digunakan dalam sistem telepon digital selular GSM. Bit rate codec adalah 13 kbit/s, atau 1,625 bit / sampel audio (33 bytes/20 ms atau 13,2 kbit/s). Codec masih banyak digunakan dalam jaringan di seluruh dunia. Secara bertahap FR akan digantikan oleh Enhanced Full Rate (EFR) dan Adaptive Multi-Rate (AMR) standar, yang memberikan kualitas suara yang lebih tinggi dengan bit rate yang lebih rendah. 2.3.3 HR (Half Rate) Half Rate adalah speech codec untuk GSM, yang dikembangkan pada awal 1990-an. HR beroperasi pada 5,6 kbit/s, membutuhkan setengah bandwidth codec Full Rate, kapasitas jaringan untuk trafik suara dua kali lipat, dengan mengorbankan kualitas audio. Disarankan untuk menggunakan codec ini ketika baterai rendah, menghemat energi 30%. Tingkat sampling 8 khz dengan resolusi 20

13 bit, panjang frame 160 sampel (20 ms) dan panjang subframe 40 sampel (5 ms). Dynamic HR memungkinkan sel untuk beralih dari cells HR yang tersedia ke HR speech coding, ketika cell hampir congest. Ini berarti bahwa HR hanya dialokasikan di time slot frame lain. Oleh karena itu, channel yang tersedia dapat mendukung datu panggilan FR dan dua panggilan HR Gambar 2.15 Alokasi Time Slot HR dan FR Dynamic HR fitur mengalokasikan HR sesuai dengan traffic yang masuk. Ketika traffic yang masuk melewati ambang batas (threshold) maka akan dialihkan ke FR, untuk menghindari congest dan juga agar menambah daya tampung. 2.3.4 EFR (Enhanced Full Rate) Enhanced Full Rate adalah standar speech coding yang dikembangkan dalam rangka meningkatkan kualitas sangat kurang dari Full Rate. Bekerja pada 12,2 kbit/s EFR memberikan kualitas yang lebih baik dalam kondisi bebas noise. EFR 12,2 kbit/s speech codec adalah standar pengkodean kompatibel dengan mode AMR tertinggi (keduanya ACELP). Meskipun EFR membantu untuk 21

meningkatkan kualitas panggilan, codec ini memiliki kompleksitas yang lebih tinggi. Enhanced Full Rate dikembangkan oleh Nokia dan University of Sherbrooke (Canada). Pada tahun 1995, ETSI telah memilih codec Tingkat suara yang disempurnakan. Kendali sebagai codec standar industri untuk GSM / DCS. Sampling rate 8000 sampel/s untuk dikodekan bit stream ke 12,2 kbit/s. Skema pengkodean itu disebut Algebraic Code Excited Linear Prediction Coder (ACELP).. 2.4 Citrix Program Neighborhood Agent Gambar 2.16 Tampilan Awal Citrix Pada gambar 2.16 tampilan Citrix merupakan perangkat lunak milik Ericsson yang berfungsi untuk mengetahui konfigurasi baik dari cell level sampai BSC level serta mengetahui log alarm suatu site atau BSC. Dengan kata lain Citrix merupakan perangkat monitoring BSC Ericsson. Selain itu Citrix juga dapat menghimpun data statistik radio performance dengan timing dan BSC atau cell yang diinginkan. Untuk menggunakan Citrix, user harus terkoneksi ke suatu 22

server IP dimana untuk setiap area berbeda IP dan memasukkan user dan password. Berikut adalah tampilan awal dari Citrix. Gambar 2.17 Tampilan Home Citrix Pada Gambar 2.17 merupakan tampilan home Citrix mirip dengan windows seperti biasa, dari start button dipilih command handling yang nantinya akan digunakan untuk melakukan load balancing serta pengecekkan konfigurasi serta informasi lain seputar proses optimisasi TRApool. Setelah masuk ke aplikasi command handling, masukkan BSC yang dituju lalu tekan tombol enter. Untuk melakukan eksekusi selanjutnya, command dapat dituliskan pada kolom Input Area dan setelah memasukkan command yang dimaksud tekan tombol enter sebagai eksekusi untuk menampilkan hasil command tersebut. 23

Gambar 2.18 Tampilan Command Handling Citrix BMLG2 Untuk gambar 2.18 merupakan tampilan BSC area Malang dimana pada BSC tersebut sedang mengalami masalah / congest. Starus untuk BSC Malang sendiri menunjukan Halted. 2.5 CSPB 2.0 Gambar 2.19 Tampilan Board CSPB 24

CSPB (Common Speech Processing Board) adalah board yang dipergunakan untuk processing speech di TRA. CSPB 2.0 mendukung semua codec yang digunakan di GSM seperti EFR, FR, HR, AMR dan WB. Board ini memiliki kemampuan untuk menampung 384 kanal bicara, ukurannya tidak kecil dan tidak mengkonsumsi daya yang besar. Pada gambar 2.21 menujukan TRA berada pada rack perangkat. dalam 1 BSC maksimal board sebesar 32 board. Gambar 2.20 Tampilan Board CSPB Gambar 2.20 Tampilan Slot CSPB pada Subrack Magazine Pada gambar 2.20 merupakan bentuk fisik board CSPB pada area yang mengalami problem. Pada kotak merah adalah board CSPB yang terdapat pembagian AMRHR,AMRFR,HR,EFR dan FR. 25