BAB II PENGENALAN SISTEM GSM 2.1 Umum Di era modernisasi dan pembangunan yang terus meningkat menuntut tersedianya kemudahan disegala bidang yang mampu menunjang usaha dibidang industri, perbankan, pendidikan, kesehatan, bisnis dan sebagainya. Untuk mendukung kemajuan itu semua, sangat diperlukan suatu transfer informasi atau komunikasi yang lebih cepat, kapan saja dan dimanapun mereka berada. Salah satu sistem yang mampu menyediakan layanan tersebut adalah sistem telekomunikasi bergerak, yang dewasa ini juga mengalami perkembangan yang sangat pesat diantaranya adalah Global System for Mobile Communication (GSM). GSM adalah generasi kedua sistem seluler dengan teknologi digital. GSM menggunakan kartu Subscriber Identity Module (SIM card) sebagai identitas pelanggan, dimana pelanggan dapat bergerak secara bebas didalam area layanan jaringan tersebut tanpa mengalami pemutusan panggilan dan mempunyai kemampuan untuk internasional roaming. Sejak pertama pengimplementasian sampai sekarang GSM telah dikembangkan dalam tiga kelompok yaitu GSM 900, GSM 1800 dan GSM 1900. Perbedaan ketiga kelompok tersebut adalah pada lokasi band frekuensi yang digunakan untuk kanal transmisinya. 5
6 Adapun layanan yang diberikan oleh GSM dibagi dalam 3 kategori utama sebagai berikut : - Layanan telepon (Telepon Service), berupa layanan untuk suara (voice) termasuk panggilan darurat dan faxmile. Juga untuk teleteks dan video teks meskipun bukan merupakan bagian yang terintegrasi pada GSM standar. - Layanan data (Data services), berupa layanan untuk pengiriman data dengan kecepatan pengiriman data dari 300 bps hingga 9.6 kbps. - Layanan tambahan (supplementary services), berupa pengalihan panggilan, identifikasi pemanggil, Short Message Service (SMS) dan beberapa layanan yang tidak dimiliki oleh sistem selular analog. 2.2 Sejarah GSM Perkembangan teknologi GSM dimulai sekitar tahun 80-an, yaitu ketika sistem telepon seluler analog sedang berkembang dengan pesat di eropa terutama di negara negara Scandinavia., Inggris, Prancis dan Jerman. Perkembangan teknologi di negara negara tersebut memiliki karakteristik teknologi sendirisendiri yang saling tidak kompatibel. Atas dasar pertimbangan ekonomi dan kekurangan pada masing-masing teknologi, serta tidak kompatibel ini memunculkan ide untuk membangun suatu
7 sistem yang mendukung kompatibilitas untuk semua teknologi yang dikembangkan di negara-negara tersebut. Sejarah GSM dan perkembangannya dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 2.1 Sejarah umum perkembangan GSM, [3] Tahun Perkembangan 1978 Pembangunan standar GSM dimulai 1982 Terbentuknya badan kelompok kerja GSM (Group Special Mobile) Melalui Conference of European Posts and Telegraphs (CEPT) dengan liputan Eropa. Penempatan jangkauan frekuensi pada 900 MHz. 1985 Badan Kelompok Kerja GSM membagi tugas dalam 3 bagian : 1. Definisi Layanan 2. Sub System Radio 3. Aspek Jaringan Keseluruhan 1986 Badan tetap ini terbentuk 1987 Memorandum of Understanding (MoU), 13 operator jaringan bertujuan memasang jaringan GSM di tahun 1991. Penetapan standar air interface GSM 900 Up link = 890 915 MHz dan Down link = 935 960 MHz 1988 ETSI (European Telecommunication Standarts Institute) didirikan untuk mengembangkan suatu jaringan komunikasi bergerak yang baru meliputi proyek CEPT.
8 GSM merupakan bagian dari ETSI 1990 Akhir dari standar GSM fase 1 1991 Pilot GSM network didemonstrasikan di Geneva. 1992 Jaringan D1 komersil terpasang terpasang dan merupakan jaringan GSM pertama di dunia. Perjanjian International roaming pertama antara Finlandia dan Inggris. Operator Jaringan Australia merupakan operator non Eropa yang menandatangani MOU. Alokasi frekuensi baru GSM 900 ke versi DCS 1800 Up link = 1710 1785 MHz, Down link = 1805 1880 MHz. 1993 Mulai saat itu GSM adalah Global System for Mobile Communication GSM menjadi standart di seluruh dunia. Terdapat 36 Jaringan GSM beroperasi. 1995 Terdapat 120 jaringan GSM yang beroperasi di seluruh dunia dengan lebih dari 12 juta pelanggan. Anggota MoU berjumlah lebih dari 150 anggota yang terdiri dari 90 negara. Standar GSM fase 2 selesai dibuat, demonstrasi fax, video dan komunikasi data via GSM. Adaptasi standar PCS 1900 dan pada bulan November GSM dengan frekuensi 1900 MHz beroperasi di Amerika. 1996 GSM menguasai 30 % pangsa pasar Telekomunikasi Wireless. 1998 Jumlah pelanggan GSM per 31 Desember 1997 adalah 66 juta lebih 256 operator jaringan yang meliputi 110 negara.
9 2.3 Konsep Komunikasi Bergerak Seluler Sistem komunikasi bergerak dapat didefenisikan sebagai komunikasi antara dua terminal dimana salah satu atau keduanya berpindah tempat dan tidak menggunakan kabel sebagai media transmisi (Wireless). Konsep seluler adalah menggantikan sebuah sistem high power transmitter yang memiliki cakupan yang luas (large cell) dengan beberapa low power transmitter yang memiliki daerahdaerah layanan yang cakupannnya lebih kecil (small cell) sebagai terobosan dalam pemecahan masalah spectral congestion dan keterbatasan kapasitas pengguna tanpa perubahan besar pada teknologinya [1]. Ada dua jenis komunikasi bergerak seluler yaitu : sistem seluler konvensional dan sistem seluler multi sel. 2.3.1 Sistem Konvensional Pada awalnya sistem komunikasi wireless ini harus menggunakan antena yang tinggi dan daya pancar yang besar untuk dapat memberikan daerah cakupan yang luas (large cell) dengan radius sekitar 40 km seperti diperlihatkan pada Gambar 2.1 Sistem ini memiliki beberapa kekurangan diantaranya : 1. Pelayanan yang terbatas, dimana luas daerah layanan tergantung dari lengkung bumi atau garis horison radio. Pengguna ketika melakukan pembicaraan keluar dari cakupan Base Tranceiver Station (BTS) akan mengalami putus pembicaraan sehingga harus melakukan panggilan kembali atau melakukan initialisasi ulang, karena sistem ini belum dilengkapi dengan fasilitas handover. Selain itu untuk memperoleh daerah cakupan yang sangat luas diperlukan daya pancar yang besar dan antena
10 yang tinggi, sehingga diperlukan tower yang sangat tinggi yang membutuhkan biaya yang sangat mahal. 2. Untuk kerja yang kurang baik, sistem konvensional ini memiliki 33 kanal pembicaraan sehingga tidak bisa memenuhi kapasitas pelanggan yang besar. 3. Penggunaan frekuensi tidak efisien, karena tidak menggunkan konsep pengulangan frekuensi sehingga jumlah kanal yang dapat dialokasikan pada satu cakupan sel sangat kecil. 2.3.2 Sistem seluler Multi Sel Untuk mengatasi kekurangan sistem konvensional diciptakan sistem seluler yang membagi daerah komunikasi dalam sel-sel dengan radius jangkauan dan spektrum frekuensi tertentu (multi sel). Tiap sel dilayani oleh satu BTS, dimana antara BTS dengan BTS yang lainnya saling berhubungan yang dikendalikan oleh satu pusat penyambungan (Mobile Swicthing Center atau MSC), seperti ditunjukan pada Gambar 2.1. Pada gambar tersebut terlihat bahwa jaringan seluler terdiri sel-sel yang dibentuk dari sinyal yang dipancarkan oleh Base Station (BS), dan sel-sel tersebut dihubungkan dengan suatu perangkat penyambungan yang biasa disebut dengan Mobile Switching Center (MSC). Pada sistem ini setiap pemancar memancarkan daya yang rendah dengan luas cakupan kecil, menggunakan konsep pengulangan frekuensi (Frekuensi reuse) dan pembelahan sel pada sel yang memiliki jumlah pelanggan yang banyak. Dalam sistem selular ini daerah layanan dibagi dalam beberapa sel. Setiap sel memiliki
11 frekuensi pembawa yang spesifik yang dapat diketahui oleh MSC misalnya sel 1 memiliki frekuensi f1 sampai f7, sel 2 dengan frekuensi f8 sampai f15 dan seterusnya. Jika suatu terminal bergerak dengan frekuensi f2 pada sel 1 bergerak menuju sel 2, MSC secara otomatis akan menyiapkan frekuensi baru f9 untuk digunakan oleh terminal tersebut, tanpa mengalami pemutusan sambungan. Keuntungan sistem seluler seperti ini dibandingkan sistem konvensional adalah : 1. Kapasitas pelanggan lebih besar, dimana setiap pembawa mempunyai lebar band yang mewakili satu kanal. Dalam sistem GSM kanal pembawa merupakan kombinasi dari Frekuensi Division Multiple Access (FDMA) dan Time Division Multiple Access (TDMA), sehingga semakin menambah kapasitas pelanggan. 2. Efisiensi penggunaan pita frekuensi lebih tinggi, karena menggunakan konsep pengulangan frekuensi. Konsep pengulangan frekuensi ini merupakan pengalokasian ulang suatu frekuensi pembawa pada sel setelah mencapai jarak pisah tertentu. 3. Kemampuan beradaptasi dengan perkembangan kepadatan trafik karena sel dapat dipecah. Jika suatu area dengan luas cakupan tertentu telah mencapai tingkat kepadatan trafik yang tinggi, maka masalah ini dapat diatasi dengan melakukan pemecahan sel. Pemecahan sel di sini yaitu dengan menambah ataupun dengan mengganti sel semula dengan sel-sel yang mempunyai luas cakupan lebih kecil. Sehingga beban trafik dibagi dalam sel-sel baru tersebut.
12 4. Cakupan area layanan lebih luas dengan fasilitas roaming, dimana pengguna GSM suatu operator tertentu dapat mengoperasikan MS-nya pada operator GSM dari negara lain dengan syarat telah terdapat perjanjian roaming diantar kedua operator. Seluler Konvensional Seluler Multisel Gambar 2.1 Sistem seluler konvensional dan seluler dengan multi sel, [4] 2.4 Konfigurasi Jaringan GSM Jaringan GSM terdiri dari tiga subsystem seperti yang terlihat pada gambar 2.2 yang masing-masing subsistem memiliki fungsi tertentu. Ke-tiga kategori subsistem tersebut adalah : - Base Station Subsystem (BSS) atau radio subsystem (RSS) - Network and Switching Subsystem (NSS) - Operation Support Subsystem (OSS)
13 Dalam hal ini MS juga merupakan suatu subsystem yang terhubung ke BTS dengan perantara radio dan dalam konfigurasi jaringan dianggap sebagai bagian dari BSS. Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan GSM, [1] 2.4.1 Mobile Station Mobile Station (MS) terdiri dari dua komponen yaitu Mobile Equipment sebagai terminal (ME) dan sebuah kartu Subscriber Identity Modul (SIM card). Kartu ini berisi informasi personal mobility yang memungkinkan pengguna dapat mengakses layanan yang disediakan. Adapun beberapa fungsi dari MS adalah sebagai berikut :
14 - Mentransmisikan informasi suara dan data melalui gelombang radio. - Singkronisasi frekuensi dan waktu, MS akan melakukam singkronisasi frekuensi dan waktu dengan BTS menggunakan format bit tertentu yang dikirim oleh BTS. - Melakukan pengukuran daya dan kualitas sinyal yang diterima dari sel layanan dan juga sel-sel terbaik yang berada disekitarnya yang akan digunakan sebagai proses handover dan power control. - Menyiapkan location update dengan membaca informasi lokasi area yang sedang diduduki yang dikirim oleh BTS. Apabila terjadi perubahan lokasi area, maka MS akan mulai melakukan proses location update. Mobile equipment (ME) merupakan peralatan tranceiver. Untuk GSM 900 ME umumnya memiliki daya pancar antara 0.8 5 watt, [2]. Untuk mengidentifikasikan MS digunakan International Standar Mobile Subscriber Identity (IMEI) yang disimpan secara permanen pada peralatan tersebut dan identitas IMEI ini berbeda untuk setiap ME. 2.4.2 Base Station Subsystem. Base Station Subsystem terdiri dari dua bagian yaitu : Base Transceiver Station (BTS) dan Base Station Controller (BSC). Komunikasi antara BTS dan
15 BSC menggunakan standar protokol A-bis yang memungkinkan komunikasi antar elemen tersebut. Fungsi utama Base Transceiver Station (BTS) adalah menjaga dan memonitor hubungan ke Mobile Station dalam satu sel. BTS dapat menggunakan antena omni directional (ke segala arah) atau three directional (tiga arah) seperti terlihat pada gambar 2.3 Gambar 2.3 Antena Omni dan Sectorized Directional Base Transceiver Station berisi semua peralatan radio yang diperlukan untuk operasi pada sel. BTS sebagian besar terdiri dari hardware, dimana mempunyai fungsi sebagai berikut : - Encode, encrypt, multiplexer, modulate sinyal RF (radio frequency) ke antena. Fungsi ini merupakan proses standar GSM untuk transmisi radio.
16 - Sinkronisasi frekuensi dan timer sinyal yang di transmisikan dari BTS. Fungsi ini dimaksudkan agar MS dapat melakukan sinkronisasikan pewaktuan dan frekuensi dengan BTS melalui suatu format data referensi yang dikirimkan oleh BTS. - Komunikasi suara (voice) dan data melalui kanal trafik, dimana BTS menyediakan suatu kanal untuk membawa informasi pembicaraan dan data. - Mendemodulasikan, men-decode-kan, me-decrypt-kan, me-equalize-kan sinyal yang diterima dari MS, untuk mendapatkan sinyal informasi yang dikirim oleh MS. - Mengontrol frekuensi hopping, dimana BTS mempunyai fasilitas yang memungkinkan suatu sinyal ditransmisikan melalui kanal yang berpindah-pindah antara kanal-kanal yang telah dialokasikan untuk BTS tersebut. Fasilitas ini disebut frekuensi hopping yang dilakukan dan dikontrol oleh BTS. - Mendeteksi random akses, dimana BTS mempunyai fungsi untuk mendeteksi random akses yang merupakan kanal yang digunakan oleh MS untuk mendapatkan kanal pensinyalan.
17 - Pengukuran uplink kanal radio, dimana BTS melakukan pengukuran atas sinyal yang diterima dari MS yang akan digunakan sebagai bahan proses handover. Base Station Controller (BSC) merupakan penghubung antara sejumlah BTS dan NSS. BSC berisi instruksi sofware khusus, yang mempunyai fungsifungsi sebagai berikut : - Manajemen Radio Resource (RR) untuk BTS yang berada dibawah kontrolnya. Fungsi manajemen RR adalah melakukan kontrol atas call setup, menjaga hubungan pembicaraan yang tengah berlangsung serta proses handover dan power control. - Intercell handover, dimana fungsi intercell handover adalah mengatur perpindahan suatu MS dari satu sel ke sel yang lain dimana sel-sel tersebut masih didalam wilayah kendalinya. - Manajemen power untuk BTS, dimana power BTS adalah memberikan perintah ke BTS atas besar daya yang harus dipancarkan oleh BTS berdasarkan hasil dari proses power control. - Sinkronisasi frekuensi dan time sinyal ke BTS, BSC mengirimkan suatu format data yang akan digunakan oleh BTS untuk sinkronisasi frekuensi dan pewaktuan.
18 - Mengontrol frekuensi hopping, dimana BSC memberikan perintah BTS mana yang harus melakukan frekuensi hopping sesuai dengan perintah yang telah diberikan oleh operator pada database yang ada di BSC. - Menyediakan interface untuk operasioanl and maintenance (O & M) BSS, dan sebagainya. Dari uraian diatas dapat dikatakan bahwa fungsi utama dari BSC adalah melakukan manajemen pada sistem dengan hirarki dibawahnya dan manajemen mobilitas. Setiap BSC akan mengontrol beberapa BTS. BSC mengontrol tiap BTS untuk performansi operasinya dan pelaksanaan handover ke sel lain dalam area BSC itu sendiri. 2.4.3 Network and Switching Subsystem Network and Swiching Subsystem (NSS) bertanggung jawab pada performansi proses panggilan dan fungsi fungsi yang berhubungan dengan Subscriber (MS). Dengan kata lain NSS mempunyai fungsi utama sebagai pengatur penyambungan suatu panggilan dan manajemen data pelanggan, serta mengatur komunikasi dengan jaringan lainnya. Untuk mendukung fungsi tersebut NSS memiliki beberapa unit fungsional yaitu : - Home Lacation Register (HLR), merupakan sebuah database yang digunakan sebagai penyimpanan data dan menangani manajemen pelanggan. HLR menyimpan database penting seperti data data permanen pelanggan,
19 termasuk propfile layanan, informasi lokasi dan status aktivitas pelanggan.. - Mobile Service Switching Center (MSC), merupakan unit yang menjalankan fungsi sistem penyambungan. MSC mengontrol sistem data dan panggilan dari atau ke telepon lain, misalnya PTSN. Selain itu MSC juga melakukan fungsi pemilihan route, pensinyalan dan lain-lain. - Visitor Location Register (VLR), berfungsi sebagai tempat database sementara informasi pelanggan yang berada pada satu area MSC untuk mendapatkan layanannya. - Authentication Center (AUC), membuat parameterparameter yang diperlukan untuk menjamin kerahasian dari setiap panggilan. AUC melindungi sistem GSM terhadap penyalahgunaan oleh orang yang bukan pelanggan GSM tersebut. AUC juga melindungi pelanggan dari penyalahgunaan data pelanggan yang disimpan di sistem GSM. - Equipment Identity Register (EIR), merupakan database mengenai informasi identitas ME untuk mencegah penyalahgunaan MS. 2.4.4 Operation and Support Subsystem
20 Subsystem ini menyediakan fungsi untuk operasi dan pemeliharaan. Fungsi Operational and Support Subsystem (OSS) dilakukan oleh Operation and maintenance Centre (OMC). OMC ini terhubung ke BSC dan semua perangkat di NSS. OSS merupakan perangkat pendukung yang melakukan fungsi pengawasan, diagnosa dan penanganan masalah pada sistem GSM.