BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Badan telekomunikasi dunia ITU (International Telecommunication Union) telah merencanakan teknologi telepon seluler generasi ketiga atau 3G sejak tahun 1992. ITU kemudian membentuk grup tersendiri untuk proyek ini yang dikenal dengan IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000). ITU menetapkan beberapa hal yang menjadi persyaratan teknologi 3G yaitu sebagai berikut: 1 Universal global roaming. 2 Laju data yang lebih tinggi (144 kbps dalam kecepatan mobile; 384 kbps outdoor atau dalam kecepatan pedestrians; dan 2 Mbps dalam kondisi indoor stationary). 3 Penggunaan spektrum frekuensi yang lebih efisien. 4 Dukungan terhadap circuit switch maupun packet switch.. Pada akhir tahun 1999, berhasil diterima lima sistem standar yang berbeda sebagai bagian dari standard IMT-200. Kelima sistem radio interface tersebut adalah: 1 IMT-DS (Direct Spread), dikenal dengan nama UMTS Frequency division duplex (FDD) 2 IMT MC (Multi Carrier), dikenal dengan nama CDMA 2000. 3 IMT-TD (Time-Division). Standar ini terdiri atas UMTS TDD- CDMA (Time Division Duplex - Code Division Multiple Access) dan TD-SCDMA (Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access). Keduanya termasuk dalam standar teknologi UMTS yang dikeluarkan oleh 3GPP. 4 IMT-SC (Single Carrier). Dikenal dengan nama standar UWC- 136 atau EDGE (Enhanced Datarate for GSM Evolution). Bentuk ini adalah evolusi dari GSM, kadang juga disebut 2.75G. Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat
5 IMT-FT (Frequency Time). Bentuk evolusi dari sistem DECT (Digital Enhanced Cordless Phone). Pengembangan atas kelima standar diatas dbawah kendali 3GPP (The Third Generation Partnership Project) yang bertanggung jawab atas UMTS dan EDGE, sedangkan 3GPP2 (The Third Generation Partnership Project2) bertanggung jawab dengan CDMA2000. Sama seperti sistem CDMA yang lainnya, UMTS membutuhkan band frequency yang lebar untuk beroperasi dengan spektrum sinyal yang efektif. Karakteristik yang membedakan dari sistem ini terletak pada chip rate, dimana chip rate adalah lebar dari sebuah kode dalam CDMA code. UMTS menggunakan chip rate sebesar 3,84Mcps, hal ini menyebabkan kebutuhan bandwith sebesar 5Mhz. Pemakaian lebar bandwith yang lebih besar ini dibanding dengan 1,25Mhz yang digunakan oleh sistem cdmaone, menjadikan UMTS air interface dikenal dengan wideband CDMA (WCDMA). Pada dasarnya terdapat dua jenis teknologi pengolahan sinyal radio pada sistem UMTS, UMTS FDD (Frequency Division Duplex) dan TDD (Time Division Duplex). UMTS FDD sama halnya dengan sistem GSM, memisahkan trafik uplink dan downlink pada frequensi yang berbeda. TDD hanya membutuhkan satu kanal frekuensi untuk uplink dan downlink, trafik dipisahkan dengan cara mengirimnya pada slot waktu yang berbeda. 2.1.1 Sistem Wideband CDMA ( W-CDMA ) Sistem W-CDMA adalah teknologi multiple access dengan menggunakan modulasi Direct Sequence Spread Spectrum ( DS-SS ) yang dapat menyediakan fasilitas pengaksesan user ke jaringan PSTN dan dapat mengirimkan layanan voice, data, dan multimedia. Teknologi W-CDMA dalam mengakses data dilakukan secara terus-menerus selebar bandwidth tertentu ( 5-15 ) MHz. Kelebihan dari system UMTS dengan metode akses W-CDMA adalah : Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 5
1 Efisiensi Spektrum Penggunaan spectrum yang efisien merupakan hal yang penting dalam perencanaan UMTS, semakin baik efisiensi spectrum maka semakin besar trafik yang dilayani. Evaluasi dari kapasitas trafik dan kapasitas informasi melibatkan perhitungan frequency reuse. 2 Kompleksitas teknologi Dilihat dari segi kompleksitas, teknologi yang digunakan harus dapat diaplikasikan secara tepat dalam hal ini UMTS dapat digunakan untuk melayani berbagai jenis operator. 3 Kualitas Hasil perencanaan harus memenuhi kriteria minimum dari kualitas transmisi yaitu adanya processing gain yang tinggi akan menunjukan kualitas system yang semakin baik. 4 Fleksibilitas dari Teknologi Transmisi Radio Kriteria ini sepenuhnya penting untuk operator. Sistem UMTS harus fleksibel dilihat dari aspek penyebaran, ketersediaan perlengkapan, dan pengalokasian spectrum. 5 Kemampuan Performansi dari Handportable Handportable UMTS akan digunakan secara luas untuk itu kemampuannya akan mempengaruhi penerimaan masyarakat terhadap teknologi ini. Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 6
BSS MS A-bis GSM A 3G-MSC / VLR ISUP W-CDMA Iu CS ISUP Iu CS Iub Node B RNC Gs PSTN/ISDN Iub Gf Gb Node B Iur Gr Gc PDN UE Node B Iub Iu PS Gi RNC 3G- RNS Gp SGSN Gn Private GPRS Gn Backbone Nerwork UTRAN Iu backbone Uu INTERNET External Network Iu PS BAB II Landasan Teori 2.2. Arsitektur System GSM, GPRS, dan UMTS MS BSS A-bis GSM W-CDMA A Iu CS 3G-MSC / VLR ISUP ISUP Iub Node B Node B Iub RNC Iur Iu CS Gb Gs Gf Gr Gc PSTN/ISDN UE Node B Iub RNS RNC Iu PS Iu PS 3G- SGSN Gi Gn PDN Gp GPRS Gn Private Backbone Uu UTRAN Iu Nerwork backbone INTERNET External Network Gambar.2.1 Arsitektur GSM, GPRS, dan UMTS 2.2.1. Arsitektur GSM GSM ( Global System for Mobile Communication ) adalah suatu sistem komunikasi seluler generasi kedua ( 2G ) berbasis circuit switching yang memberikan layanan suara dan data dengan kecepatan 9,6 kbps. Arsitektur jaringan GSM terdiri dari bagian-bagian fungsional yang dipusatkan pada bagian mobile station ( MS ), base station subsystem ( BSS ) dan mobile switching center ( MSC ) seperti telihat pada gambar 2.2, BSS terdiri dari dua bagian utama yaitu : base station transceiver ( BTS ) yang berfungsi menangani interface radio menuju MS, dan Base Station Controller ( BSC ) yang berfungsi untuk pengaturan frekuensi radio, mekanisme handover serta kontrol daya. MSC berfungsi mengkoordinasi sistem penyambungan sehingga sistem GSM dapat berkomunikasi dengan jaringan telekomunikasi lainnya seperti PSTN, ISDN, dan PDN. Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 7
MS BSS A-bis PSTN/ISDN Private Backbone Nerwork backbone External Network A GSM ISUP PDN INTERNET 3G-MSC / VLR ISUP Gambar 2.2 Arsitektur Sistem GSM Arsitektur GSM dibagi menjadi 2 subsystem yaitu : 1. Network Switching Subsystem yang meliputi : Home Location Register ( HLR ) Home Location Register ( HLR ) merupakan suatu database yang terletak di sistem informasi pelanggan yang menyimpan salinan master dari profil servis dan informasi pelanggan. Mobile Services Switching Centre / Visitor Location Register (MSC/VLR) Mobile Services Switching Centre / Visitor Location Register (MSC/VLR), MSC berfungsi sebagai pusat switching untuk servis Circuit Switched (CS) dan VLR berfungsi sebagai database yang menyimpan salinan dari profil servis pelanggan pendatang. Bagian jaringan yang di akses melalui MSC / VLR dihubungkan melalui servis CS. Gateway MSC (GMSC) Gateway MSC (GMSC) berfungsi sebagai pintu gerbang bagi MSC untuk melakukan hubungan dengan jaringan eksternal untuk servis CS. 2. Base Station Subsystem yang meliputi : Base Transceiver Subsystem ( BTS ) BTS berguna untuk menangani radio interfaces. Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 8
Base Station Controller ( BSC ) BSC menyediakan fungsi kontrol dan hubungan fisik antara MSC dan BSC. 2.2.2 Arsitektur GPRS Jaringan GPRS menggunakan jaringan GSM tetapi terdapat dua buah node tambahan yaitu SGSN dan GGSN seperti terlihat pada gambar 2.3 Dua buah node tersebut memiliki fungsi sebagai berikut : 1 SGSN : sepadan dengan MSC pada sistem GSM yaitu memantau lokasi MS / mobality management, mendeteksi dan meregister setiap MS dan bertanggung jawab terhadap proses lalu lintas paket data menuju MS yang berada pada area pelayanannya. SGSN akan memancarkan / menerima paket data dari dan menujui MS. 2 GGSN adalah interface dari jaringan GPRS ke jaringan paket data eksternal ( PDN ). GPRS Network GSM Um BSS ISUP R A-bis A ISUP Gb Gs PSTN/ISDN Gn Gf Gr GPRS Gc Gi PDN PDN Gp Private Backbone Gn Gambar 2.3 Arsitektur Sistem GPRS Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 9
Pada jaringan GPRS terdapat beberapa interface yang digunakan untuk koneksi ke jaringan GSM, jaringan Eksternal,dan jaringan UMTS. Interface dalam jaringan GPRS dan GSM terdiri dari : Gn - GSN backbone network o Private IP network intended for GPRS data/signalling only o Connects the GPRS Support Nodes (GSNs) together within a GPRS PLMN Gp inter-plmn backbone network o PLMN to PLMN connection (i.e. roaming) via Border Gateways (BG) o Packet data Network (public Internet or leased line) Gi GGSN to PDN Eksternal Network o Interface yang menghubungkan anatara GGSN dengan dengan PDN external untuk jaringan paket data ( IP ). Gs SGSN to MSC/VLR o Used to perform IMSI attach and GPRS attach simultaneously o Combined paging procedures, where all paging is done form SGSN Gr SGSN to HLR o SGSN must contact the HLR whenever a new subscriber enters one of its Routing Areas Gd SGSN to SMS o Used if SMS is forwarded over GPRS channels Gf SGSN to EIR o Berfungsi untuk pengecekan nomor IMEI o Used to check the IMEI number = Mobile Application Part Users: MSC, HLR, VLR, EIR Applications: Location updating/roaming Incoming call routing information (MSRN) Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 10
Subscriber service information Non-call related supplementary services Short message service delivery MS equipment identity (IMEI) Charging information External Network, dapat dibagi menjadi dua yaitu : 1. CS network berfungsi menyediakan sambungan untuk servis CS, seperti layanan telepon. 2. PS network berfungsi menyediakan sambungan untuk servis paket data (PS), seperti layanan internet. 2.2.3 Arsitektur UMTS Pada umumnya arsitektur jaringan komunikasi bergerak dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu jaringan akses dan jaringan inti. Di dalam UMTS, jaringan akses dikenal sebagai UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Kenyataannya, jaringan inti dari GSM dapat di-upgrade secara simultan untuk mendukung UTRAN dan jaringan akses radio dari GSM itu sendiri. Arsitektur umum UMTS terrestrial terdiri dari core network (CN), UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) dan User Equipment (UE ). Core Network atau jaringan inti adalah jaringan yang sudah terbangun sebelum adanya UMTS, seperti GSM, GPRS, dan EDGE. UTRAN adalah jaringan akses radio terrestrial pada UMTS dan User Equipment ( UE ) adalah perangkat pada sisi pelanggan berupa handset yang terdiri dari pengirim dan penerima. Pada system GSM, UE lebih dikenal dengan istilah mobile station (MS). Arsitektur umum UMTS terrestrial dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut ini. UTRAN akan berhubungan dengan core network melalui suatu titik interkoneksi yang disebut dengan Iu ( interface unit ). UTRAN terdiri dari beberapa Radio Network Subsystem ( RNS ), yang merupakan kumpulan dari Radio Network Controller ( RNC ) dan beberapa buah Node B yang ditanganinya. RNS adalah bagian atau subsystem dari UTRAN yang bertugas menangani manajemen radio resource Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 11
untuk membangun hubungan antara UE dan UTRAN. Sebuah RNS terdiri dari sebuah RNC dan beberapa Node B yang ditanganinya. Beberapa elemen dasar jaringan seluler sebelumnya dapat diadopsi oleh UMTS seperti MSC, SGSN, dan HLR tetapi RNC, Node B dan handset harus menggunakan desain baru. RNC sepadan dengan BSC pada GSM dan Node B sepadan dengan BTS pada GSM. Jaringan UMTS standar dapat dilihat seperti pada gambar 2.4 di bawah ini. Uu RNS Iu CS USIM Node B Node B RNC MSC / VLR GMSC PLMN, PSTN,ISDN, etc Cu Iub Iur HLR ME UE Node B RNC SGSN GGSN internet Node B RNS Iu PS CN External network UTRAN Gambar 2.4 Arsitektur Sistem UMTS UMTS menggunakan empat buah interface baru yaitu : Uu : UE to Node B ( UTRAN, Interface UMTS di WCDMA ) Iu : Interface RNC ke GSM fasa 2+ ( MSC, VLR atau SGSN ) Iub : Interface RNC ke Node B Iur : Interface antara RNC tetapi tidak untuk ke jaringan GSM Iu, Iub dan Iur bekerja berdasarkan prinsip transmisi ATM. RNC memiliki level sama dengan BSC yaitu berfungsi untuk mengontrol sejumlah node B pada UMTS dan sebagai interface ke arah MSC dan OMC yang terdapat di jaringan inti. RNC menangani protocol untuk pertukaran antara Iu, Iur dan Iub interfaces Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 12
dan bertanggung jawab sebagai pusat operasi dan pemeliharaan dari keseluruhan RNS serta bertanggung jawab terhadap proses handover. Node B ini seperti halnya BTS pada GSM, bertanggung jawab dalam transmisi radio, mengubah data yang berasal dan menuju interfaces udara Uu, termasuk Forward Error Correction, spreading / dispreading dan modulasi QPSK pada interfaces udara. Di samping itu Node B juga berfungsi untuk mengukur kualitas dan kekuatan hubungan dan menentukan Frame Error Rate, mentransmisikan data ini ke RNC sebagai hasil pengukuran untuk handover. Node B dihubungkan ke RNC oleh interface Iub. Satu Node B dapat menangani satu atau beberapa sel. Node B juga berfungsi untuk FDD soft handover dan power control, dimana memungkinkan UE untuk mengatur daya menggunakan down link transmission power control. Tidak seperti dalam GSM dimana di antara BSC tidak terhubung satu sama lain. Tujuan utama dari Iur interface adalah untuk mendukung mobilitas antar RNC dan soft handover Node B yang terhubung dengan RNC yang berbeda. Perangkat user dikenal sebagai UE (User Equipment) yang terdiri dari ME (Mobile Equipment) dan USIM (UMTS Subscriber Identity Module). UTRAN berhubungan dengan UE melalui Uu interface. UTRAN berhubungan dengan jaringan inti melalui Iu interface yang memiliki dua komponen yaitu Iu-CS interface yang mendukung layanan yang berbasis circuit switched dan Iu-PS interface yang mendukung layanan yang berbasis packet switched. Iu-CS interface menghubungkan RNC kepada MSC yang sama dengan A-interface dalam GSM. Iu-PS interface menghubungkan RNC dengan SGSN yang dianalogikan dengan Gb interface dalam GPRS. Semua interface dalam sistem UMTS menggunakan ATM (Asynchronous Transfer Mode) dalam mekanisme transportasi. 2.3 Metode Duplex Dual Mode pada UMTS Istilah duplex dapat didefinisikan sebagai cara berkomunikasi antara pengirim dan penerima. Penggunaan lebar pita frekuensi kedua mode duplexing Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 13
( TDD dan FDD ) mempunyai perbedaan yang sangat mendasar dengan prinsip prinsip sebagai berikut : f Downlink Uplink 2 f Guard Time BS MS BS MS Downlink Uplink f guardband Mode Transmisi FDD f f Uplink / downlink 2 f Mode Transmisi TDD f Gambar 2.5 Perbedaan prinsip Operasi FDD dan TDD FDD ( Frequency Division Duplex ) merupakan system komunikasi dua arah dimana pada system ini, base stasion akan membagikan sejumlah kode spreading yang berbeda pada sejumlah user ( mobile ) terminal dalam waktu yang sama dengan bandwidth yang sama pula, tetapi frekuensi uplink dan downlink berbeda. Saat transmisi uplink dan downlink terjadi, koneksi mobile station dan base station menggunakan pita frekuensi yang terpisah secara berpasangan ( paired ) untuk metode duplexingnya. TDD ( Time Division Duplex ) merupakan system komunikasi dua arah dimana pengirim dan penerima dapat melakukan komunikasi dengan menggunakan pita frekuensi yang sama tetapi waktu yang berbeda. Transmisi uplink dan downlink dalam pita frekuensi yang sama ( unpaired ) dengan menggunakan sinkronisasi interval waktu. 2.4 Karakteristik Layanan UMTS Sesuai standar 3GPP TS 123.107, ada empat kelas layanan berdasarkan Qosnya. Faktor utama yang membedakannya adalah sensitivitasnya terhadap delay, yang mana kelas conversational menempati prioritas paling tinggi, disusul dengan kelas streaming, interaktif, dan yang terendah adalah kelas background. Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 14
Jika dalam jaringan resource yang mendekati kondisi overload, maka trafik dengan prioritas tinggi akan diutamakan, sedangkan yang yang terendah akan ditunda ( buffering ). Spesifikasi UMTS menetapkan empat kelas layanan, di antaranya : Conversational Hal ini dikarakteristikkan dengan rendahnya delay, jitter (variasi delay), dan error. Kebutuhan akan laju data dapat bervariasi, tetapi secara umum bersifat simetris. Artinya, laju data dalam satu arah akan sama dengan laju data pada arah yang lain. Suara dan data termasuk dalam kategori ini. Voice yang sensitif terhadap delay yang tinggi tidak terlalu memerlukan laju bit yang tinggi, sedangkan video conferencing yang memiliki toleransi terhadap error yang rendah, memerlukan laju bit yang tinggi. Interactive Interaktif trafik dikarakteristikkan dengan toleransi yang rendah terhadap error, tetapi memiliki toleransi terhadap delay yang lebih tinggi daripada layanan conversational. Streaming Layanan streaming mempunyai toleransi error yang rendah, tetapi pada umumnya mempunyai toleransi yang tinggi terhadap delay dan jitter. Hal ini dikarenakan adanya buffer data pada penerima. Streaming audio dan video termasuk aplikasi streaming. Background Hal ini dikarakteristikkan dengan sangat kecilnya delay. Contohnya adalah pengiriman email dari server ke server dan SMS. Aplikasi background memerlukan pengiriman yang bebas error. Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 15
Jenis-jenis layanan UMTS mempunyai aplikasi yang luas. Untuk mempermudah dalam menganalisa, layanan-layanan tersebut dibagi menjadi enam jenis layanan utama sebagai berikut : 1 Speech ( S ), ( simetrik ) a. Teleconferencing b. Kotak Suara ( voice mail ) 2 Simple Messaging ( SM ), ( asimetrik ) a. SMS dan paging b. Pengiriman / penerimaan email c. Broadcast dan pesan informasi umum d. Pemesanan / pembayaran ( untuk simple e-commerce ) 3 Switched Data ( SD ), ( simetrik ) a. Akses dial up LAN kecepatan rendah b. Akses internet / intranet c. Fax 4 Medium Multimedia ( MMM ), ( asimetrik ) a. LAN dan akses internet / intranet b. Interactive games c. Simple online shopping dan banking ( layanan e-commerce ) 5 High Multimedia ( HMM ), ( asimetrik ) a. Fast LAN dan akses internet / intranet b. Video clips on demand c. Audio clips on demand d. Online shopping 6 High Interactive Multimedia ( HIMM ), ( simetrik ) Merupakan layanan simetrik yang memerlukan hubungan terus menerus dan data kecepatan tinggi dengan delay minimum.aplikasi ini termasuk : a. Video telephony dan video conferencing b. Collaborative working dan telepresence Perencanaan Jaringan UMTS Wilayah Jakarta Barat 16