BAB II JARINGAN 3G 2.1 Teknologi Jaringan Seluler 3G Secara sederhana 3G merupakan jaringan broadband untuk telepon seluler. Jaringan 3G menawarkan suara, gambar statis dan bergerak, email, akses internet cepat, dan lain-lain dalam satu perangkat genggam. 3G adalah singkatan dari istilah dalam bahasa Inggris yaituthird generation technology atau biasa dibaca triji, yaitu sebuah istilah bersama untuk prosedur, standar, dan perangkat komunikasi baru yang memberikan kecepatan dan kualitas layanan komunikasi bergerak. 3G adalah istilah yang digunakan untuk teknologi telepon bergerak generasi ketiga, Teknologi ini merupakan pengembangan dari generasi kedua (2G).3G merepresentasikan evolusi untuk kapasitas, kecepatan data dan kemampuan layanan baru. Layanan yang terkait dengan 3G adalah layanan perpindahan data baik berupa data suara maupun bukan data suara. Jaringan 3G menawarkan peningkatan aplikasi yang ada sekarang sehingga aktifitas jelajah di internet lebih cepat, kualitas panggilan suara lebih bagus, pengiriman data lebih instant dan masih banyak lagi. Salah satu teknologi komunikasi seluler untuk standar 3G adalah wideband code division multiple access (WCDMA). Perangkat 3G secara umum mempunyai kemampuan transmisi yang besar, baik dalam kecepatan maupun kapasitas dari pendahulunya. Pada kenyataannya pesawat 3G mampu mengirimkan data hingga 384 Kbps dalam keadaan bergerak 5
atau 2 Mbps dalam keadaan berdiri diam, yang berarti jauh lebih cepat daripada kebanyakan koneksi broadband rumahan. 2.1.1 Teknologi Radio WCDMA Teknologi WCDMA adalah teknologi radio yang digunakan pada sistem 3G/UMTS (Universal Mobile Telephone Standard). Teknologi WCDMA sangat berbeda dengan teknologi jaringan radio GSM. Pada jaringan 3G dibutuhkan kualitas suara yang lebih baik, data rate yang semakin tinggi (mencapai 2Mbps dengan menggunakan R99, dan mencapai 10Mbps dengan menggunakan HSDPA) oleh sebab itu bandwidth sebesar 5 MHz dibutuhkan pada sistem WCDMA. Posibilitas setiap penggunauntuk mendapatkan bandwidth yang bervariasi sesuai permintaan layanan pengguna adalah salah satu figur keunggulan jaringan UMTS.Teknik diversitas digunakan untuk meningkatkan kapasitas user downlink, karena hanya satu frekuensi yang digunakan, aktifitas frequency planning yang rumit pada GSM tidak perlu dilakukan.packet data scheduling tergantung pada kapasitas jaringan GSM yang bergantung pada kapasitas timeslot. 2.1.2 Alokasi Spektrum Frekuensi Sistem 3G/UMTS Alokasi frekuensi untuk sistem 3Gdibagi menjadi dua yaitu: 1. Sitem Time Division Duplex (TDD) rentang frekuensinya adalah 1900 MHz 1920 MHz dan 2010 2025 MHz yang digunakan kedua range tersebut untuk transmisi uplink dan downlink secara beresamaan. 2. Sistem Frequncy Division Duplex (FDD) rentang frekuensinya adalah 1920 1980 MHz untuk transmisi downlink dan 2110 2170 MHz untuk transmisi uplink. 6
Frequency Division Duplex ; 2x60 MHz UTRA Paired Band : WCDMA Uplink : 1920 1980 Downlink : 2110 2170 MHz TDD FDD UL MSS TDD FDD DL MSS 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 f MHz Time Division Duplex UTRA Unpaired Band : UTRA TDD & TD-SCDMA 1900-1920 MHz and 2010-2025 MHz Mobile Satelite Service; 2x30 MHz Uplink : 1980-2010 MHz Downlink : 2170-2200 MHz Gambar 2.1 Alokasi Frekuensi pada sistem 3G Pada Gambar 2.1 menunjukkan rentang frekuensi untuk sistem TDD dan sistem FDD.Pada saat ini sistem FDD digunakan pada jaringan 3G di Indonesia. Salah satu alasan digunakannya sistem FDD dibandingkan dengan sistem TDD adalah alokasi frekuensi yang dapat dibagikan oleh operator dengan bandwidth 5 MHz pada sistem FDD lebih banyak sejumlah 12frequency carrier dibandingkan dengan sistem TDDyang hanya 7 frequency carrier. Alasan kedua adalah masalahharmonic distortion yang dihasilkan oleh sistem GSM 900 apabila terdapat collocated site antara sistem GSM 900 dengan WCDMA TDD, seperti yang terlihat pada Gambar 2.2. Second harmonic frekunsi downlink GSM 900 yaitu pada frekuensi 935 960 MHz tepat pada frekuensi WCDMA TDD dan batas bawah WCDMA FDD, tetapi masalah ini dapat diatasi dengan memberikan filter pada keluaran BTS GSM 900. 7
2 nd harmonics Fgsm = 950 960 MHz 2 nd harmonics can be filtered out at the output of GSM900 BTS... GSM900 935 960 MHz WCDMA TDD WCDMA FDD 1920-1980 1900 1920 MHz Gambar 2.2 Harmonic Distortion pada GSM 900 tepat pada frekuensi WCDMA TDD 2.1.3 GSM dan WCDMA Sistem WCDMA memiliki beberapa kemiripan dengan teknologi GSM, meskipun secara teknik keduanya sangat berbeda dalam pengaksesan jamak dimana pada WCDMA memungkinkan beberapa user untuk menggunakan spektrum frekuensi yang sama. Dan beberapa keunggulan yang dikembangkan pada sistem WCDMA antara lain adalah: a. Soft Handover Tidak seperti pada sistem GSM yang menerapkan sistem Hard Handover dimana koneksi dengan BTS yang lama diputus sebelum melakukan koneksi dengan BTS yang baru, pada sistem soft handover UE (user equipment) secara silmutan terhubung dengan beberapa node B (BTS 3G). 8
b. Multipath Reception Rake receiver yang terpasang pada UE memungkinkan untuk mendekode beberapa sinyal yang melewati halangan-halangan yang berbeda saat terkirim dari node B ke UE. c. Power Control Pentransmisian sinyal dari UE harus dapat dikontrol sehingga node B menerima sinyal yang berkekuatan sama dari beberapa UE. Apabila tidak diimplementasikan power control maka efek near-far dapat terjadi dimana sinyal UE yang berada dekat dengan node B akan memancarkan daya yang lebih kuat daripada UE yang berjarak jauh dan mempunyai daya yang lemah. Node B menggunakan fast power control system untuk menaikkan atau menurunkan daya kirim dari UE. Hal yang sama juga dilakukan pada komunikasi downlink untuk mengurangi inteferensi secara keseluruhan pada sistem jaringan. d. Frequency Reuse of One Setiap WCDMA node B menggunakan frekuensi yang sama sesuai frekuensi carrier yang dialokasikan pada setiap operator. Sehingga tidak dibutuhkan frequency planning untuk sistem WCDMA. Hal yang sama juga berlaku pada sistem CDMA tetapi tidak pada sistem GSM,frequency planning yang rumit dan cermat harus dilakukan untuk menghindari adanya interferensi yang dapat menyebabkan penurunan kualitas. e. Soft Capacity Kapasitas dan jangkauan saling berhubungan pada sistem WCDMA, kapasitas bergantung dari jumlah pengguna yang dapat ditampung oleh 9
sistem dan juga batas interferensi yang diperbolehkan. Apabila batas ini telah melampaui maka akan terjadi blocked call pada pengguna yang ingin melakukan panggilan. Dengan menyeting batas interferensi lebih rendah maka coverageakan semakin luas tetapi jumlah kapasitas semakin sedikit. Berkebalikan dengan itu apabila batas interferensi diseting lebih tinggi maka coverageakan semakin sempit tetapi jumlah kapasitas pengguna yang dapat ditampung semakin besar. Karena kapasitas dan jangkauan saling berhubungan maka node B yang memiliki trafik rendah tetapi memiliki jangkauan luas dapat membagi kapasitasnya dengan node B yang memiliki trafik penuh dengan jangkauan pendek disekitarnya. Gambar 2.3 menunjukkan grafik perbandingan spektrum frekuensi antara GSM dan WCDMA. Gambar 2.3 GSM Versus WCDMA pada spektrum frekuensi Ada beberapa perbedaan yang terdapat pada sistem GSM dan sistem WCDMA, antara lain terlihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Perbandingan antara sistem WCDMA dan sistem GSM 10
WCDMA GSM Lebar Carrier 5 MHz CDMA 200 KHz TDMA Frequency Reuse 1 4 sampai 18 Hard Handover Soft Handover (koneksi dengan BTS Teknik (komunikasi simultan lama diputus sebelum Handover dengan beberapa node koneksi dengan BTS B) baru dilakukan) Rake Receiver Frequency Hopping digunakan untuk Frequency digunakan untuk demodulasi sinyal Diversity meminimalkan yang mengalami interferensi multipath Kapasitas Soft, bergantung dari batas interferensi yang Hard, bergantung dari jumlah timeslot dan Sistem ditentukan dalam frekuensi yang sistem dimiliki Prosedur Search Cell Menggunakan kanal sinkronisasi dan kode scrambling Menggunakan frekuensi kanal Transmit Diversity Ada untuk komunikasi downlink Tidak ada 2.2 Tipe Kanal Sistem WCDMA Tipe kanal WCDMA terdiri atas kanal logika, kanal transport dan kanal fisik.gambar 2.4 memperlihatkan hubungan antara tipe-tipe kanal pada sistem WCDMA. 11
Site Kanal logika iformasi, data, data kontrol diorganisasikan pada kanal yang berbedabeda pada kanal logika (sistem informasi, paging, data user) Kanal transport informasi pada kanal logika diorganisasikan pada kanal transport sebelum akhirnya secara fisik ditransmisikan Kanal fisik (UARFCN, Kode spreading) Frame interface Iub UE NodeB RNC Gambar 2.4 Tipe kanal pada sistem WCDMA 2.2.1 Kanal Logika WCDMA Kanal logika berfungsi untuk mentransmisikan cell system information, informasi paging dan data user. Kanal logika digunakan oleh layer MAC sebagai data servis transfer. Kanal logika digunakan antara UE dan RNC. Pada dasarnya terdapat dua jenis kanal logika yaitu control channels dan traffic channels. a. Control Channels (CCH) 1. BCCH (Broadcast Control Channel), merupakan kanal yang digunakan pada saat downlink untuk mentransmisikan informasi sistem. Seperti informasi sel, informasi operator yang digunakan (PLMN) informasi list neighbourhood, parameter yang terukur, dan lain-lain. 12
2. PCCH (Paging Control Channel), merupakan kanal yang diberikan ke MS apabila terdapat panggilan melalui satu atau lebih sel. 3. CCCH (Common Control Channel), merupakan kanal yang digunakan pada saat uplink oleh terminal yang belum memiliki koneksi sama sekali dengan jaringan. CCCH dapat digunakan pada saat downlink untuk merspon percobaan panggilan oleh terminal. 4. DCCH (Dedicated Control Channel), merupakan kanal control point to point dua arah antara MS dan jaringan untuk mengirimkan informasi control. b. Traffic Channels (TCH) 1. DTCH (Dedicated Traffic Channel), merupakan kanal point to point yang diperuntukkan bagi satu MS untuk mentransfer data pelanggan. 2. CTCH(Common Traffic Channel), merupakan kanal unidirectional point to multipoint yang digunakan pada saat downlink untuk mentransfer data pelanggan untuk satu atau beberapa MS. 2.2.2 Kanal Transport WCDMA MAC (Medium Acces Control) menggunakan kanal transport untuk dapat mengorganisasikan kanal logika ke kanal terbawah yaitu kanal fisik.mac bertanggung jawab untuk mengorganisasikan kanal logika ke kanal transport.proses ini dinamakan dengan mapping.dalam hal ini layer MAC juga bertanggung jawab terhadap format transportapa yang harus digunakan. kanaltransport digunakan antara UE dan RNC. 13
Secara umum terdapat dua jenis kanal transport, yaitu CTCH (Common Transport Channel) dan DTCH (Dedicated Traffic Channel). CTCH ditunjukkan baik kepada semua pelanggan atau pelanggan tertentu. a. Common Transport Channels 1. RACH (Random Acces Channel), kanal yang digunakan pada saat uplink ketika pelanggan ingin mengakses jaringan atau sebagai signaling dari pelanggan. 2. BCH (Broadcast Channel), kanal yang digunakan pada saat downlink untuk mengirimkan informasi sistem termasuk FCCH keseluruh cakupan area pada sel. 3. PCH (Paging Channel), kanal yang digunakan pada saat downlink untuk memanggil pelanggan ketika jaringan ingin memulai komunikasi dengan pelanggan. 4. FACH (Forward Access Channel), kanal yang digunakan untuk mengirimkan informasi control downlink ke satu atau lebih pelanggan dalam sel. 5. CPCH (Common Packet Channel), kanal yang digunakan pada saat uplink hampir sama dengan RACH tetapi dapat menangani beberapa frame. Berguna pada saat transmisi data. 6. DSCH (Downlink Share Channel), kanal yang digunakan untuk membawa dedicated user data atau control signaling kepada satu atau lebih pelanggan dalam sel. 14
b. Dedicated Transport Channels 1. DCH (Dedicated Channel), merupakan kanal point to point baik secara uplink atau downlink yang dipruntukkan bagi satu MS untuk mentransfer data pelanggan. 2.2.3 Kanal Fisik WCDMA Kanal fisik adalah layer terbawah untuk transport data-data dari layer diatasnya. Saat mentransmisikan data antara RNC dan UE, medium fisiknya berubah. Antara RNC dan NodeB, informasi transport secara fisik diorganisasikan dalam frame (tentang antarmuka Iub). Antara NodeB dan UE, atau yang disebut sebagai antarmuka radio Uu, informasi transport secara fisik diorganisasikan dalam kanal fisik ini. Kanal fisik direfresentasikan kedalam bentuk UARFCN, scrambling code dan channelization code. Kanal fisik meliputi : 1. SCH (Synchronization Channel), kanal yang berfungsi untuk sinkronisasi antara UE dan BS. Terdiri dari Primary SCH berguna untuk timeslot synchronization dan secondary SCH berguna untuk frame synchronization. 2. CPICH (Common Pilot Channel), kanal yang selalu dikirimkan oleh BS dan discramble menggunakan scrambling code dengan spreading factor. 3. Primary CCPCH (Primary Common Control Physical Channel), kanal yang digunakan pada saat downlink untuk membawa kanal transport BCH. Bergna pada saat penyampaian informasi sel ke pengguna. 15
4. Secondary CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel), kanal yang digunakan pada saat downlink untuk membawa dua kanal transport secara bersamaan, FACH dan PCH. Berguna pada saat paging. 5. PRACH (Physical Random Acces Channel), kanal yang digunakan pada saat uplink untuk membawa kanal transport RACH. 6. PCPCH (Physical Common Packet Channel), kanal yang digunakan pada saat uplink untuk membawa uplink kanal transport CPCH. 7. PDSCH (Physical Downlink Shared Channel), kanal yang digunakan pada saat downlink untuk membawa kanal transport DSCH. 8. PICH (Paging Indicator Channel), kanal yang digunakan pelanggan ketika akan registrasi ke jaringan. Kanal indikator ini terdiri dari AICH (Acquisition Indication Channel), AP-AICH, dan CD/CA-ICH. 9. DCH (Dedicated Channel), kanal yang terdiri dari dua kanal fisik DPDCH dan DPCCH. DPDCH berfungsi membawa da ta pelanggan yang aktual sedangkan DPCCH berfungsi membawa informasi kontrol. Pada komunikasi uplink keduakanal ini terpisah tetapi pada komunikasi downlink kedua kanal menjadi satu dengan frame yang berbeda. 2.3 WCDMA Carrier WCDMA menggunakan sistem DS-CDMA (Direct Squence CDMA).Teknologi ini memungkinkan pengaksesan jamak menggunakan spread spectrum, seperti terlihat pada Gambar 2.5, apabila bit yang dikirimkan semakin banyak, maka daya sinyal yang dibutuhkan semakin tinggi. Ini berarti bit-bit 16
informasi yang digunakan oleh user disebar di bandwidthyang lebar dengan mengalikan bit-bit informasi tersebut denganbit quasi random yang dinamakan chip.presentasi seberapa besar jumlah data yang disebar disebut dengan chip rate. Ratio chip rate dengan simbol spreading factor (SF). Setiap pengguna mobile phone 3G atau yang disebut UE (user equipment) menggunakan spreading code yang sama dengan spreading code pada sisi pengirim dan dilakukan korelasi agar bit-bit informasi dapat diterjemahkan disisi UE. Chip rate sebesar 3.84 Mcps (megachip per second) dilewatkan pada carrier sebesar 5 MHz. Apabila bit yang dikirimkan semakin banyak, sinyal power yang dibuutuhkan makin tinggi pula spreading Signal power Bit informasi yang lebih banyak Bit Informasi Proses spreading bit informasi pada bandwidth lebar dapat mengurangi sinyal power yang dibutuhkan bandwidth Power sinyal yang dibutuhkan untuk mentransmisikan bit informasi tergantung dari besarnya bandwidth Gambar 2.5 Hubungan antara sinyal informasi, sinyal power dan bandwidth Semua pengguna di WCDMA dapat dialokasikan pada frekuensi dan timeframe yang sama tetapi hanya dibedakan dengan kode sehingga hasilnya interferensi dapat dikurangi. 2.4 Arsitektur 3G UMTS Pada prinsipnya transmisi interface radio pada UMTS berbeda dengan GSM tahap 2,5G(W-CDMA sebagai pengganti TDMA/FDMA).Oleh karena itu, 17
diperkenalkan UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) sebagai RAN (Radio Access Network) yang baru dalam UMTS. Arsitektur jaringan Sistem selular 2G dan 3Gdapat dilihat pada Gambar 2.6. Jaringan arsitektur UMTS digambarkan sepertigambar 2.6, dimana menggunakan air interface WCDMA dan merupakan evolusi atau perkembangan dari jaringan inti GSM. Gambar 2.6 Arsitektur Sistem selular 2G dan 3G 2.4.1 UTRAN UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) UTRAN terdiri dari satu atau lebih Radio Network System (RNS), dimana RNS tersebut terdiri darisebuah pengendali jaringan radio yang disebut dengan Radio Network Controller (RNC), beberapa node B (UMTS Base Station) dan User Equipment. UTRAN terhubung pada bagian Core Network (CN) melalui Interface Iu dan menggunakan Interface Iub untuk mengontrol node B. Sedangkan Interface Iur 18
yang menhubungkan antar RNC berfungsi untuk mengatur terjadinya soft handover diantara RNC tersebut. RNC berfungsi untuk mengendalikan sumber-sumber radio dari beberapa node B, fungsinya serupa dengan BSC di GSM. RNC juga berperan penting untuk mengontrol radio resources UTRAN, seperti power control (PC) atau handover control (HC), dimana sebagiandiantaranya terdapat pada bagian RNC. BS di UMTS disebut dengan node B. Node B pada jaringan ini sama seperti pada GSM Base Station (BS/BS), merupakan unit untuk sistem pengiriman dan penerimaan radio dari sel. Node B menunjukkan proses dari air interface yang digunakan (WCDMA), meliputi channel coding, interleaving, rate adaptation, dan spreading. Node B juga memungkinkan terjadinya softer handovers dan power control.ikatan antara RNC dan node B disebut dengan Radio Network Subsystem (RNS), yang memiliki interface Iub. Tidak seperti ekuivalennya, yakni interface Abis dalam GSM, interface Iub memiliki standar yang terbuka sehingga dimungkinkan masing-masing node B dan RNC dibuat oleh pabrik yang berbeda. Jika dalam GSM tidak ada hubungan antar BSC, dalam UMTS yang disebut dengan UTRAN justru sebaliknya. RNC satu dihubung dengan RNC lainnya melalui interface Iur. UTRAN dihubungkan ke jaringan inti melalui interface Iu. Perangkatpelanggan adalah UE yang terdiri dari mobile equipment (ME) UMTS subscriber identity module (USIM). UTRAN berhubung dengan CN melalui interface Iu yang terdiri dari interface Iu-CS yang mendukung layanan circuit-switch, dan interface Iu-PS yang mendukung layanan packet switch. Interface Iu-CS menghubungkan RNS ke MSC dan memiliki kesamaan dengan interface A GSM. Interface Iu-PS menghubungkan RNC ke SGSN dan memiliki 19
analog dengan interface Gb GPRS. Dalam 3GPP Rel. 1999, seluruh interface pada UTRAN, sebagaimana interface antara UTRAN dan CN, menggunakan Asyncronous Transfer Mode (ATM) sebagai mekanisme transport. 2.4.2 RNC RNC yang mengontrol node B dibawahnya disebut dengan CRNC (Controlling RNC).CRNC bertanggungjawab memanajemen sumber radio yang tersedia pada node B yang mendukung.rnc yang menghubungkan UE dengan CN disebut SRNC (Serving RNC). Selama UE beroperasi, SRNC mengontrol sumber radio yang digunakan oleh UE dan mengakhiri interface Iuke dan dari CN untuk layanan yang digunakan oleh UE. UTRAN mendukung soft handover, terjadi antara node B yang dikontrol oleh RNC yang berbeda.selama dan setelah soft handover antara RNC, kemungkinan ditemukan situasi dimana UE berhubungan dengan node B yang dikontrol oleh RNC tetapi bukan SRNC.RNC yang demikian disebut DRNC (Drift RNC). Apabila UE berpindah dan berpindah lagi dari node B yang dikontrol oleh SRNC, hal ini menyebabkan SRNC tidak mampu mengontrol pergerakan UE sendirian, sehingga memungkinkan UTRAN memutuskan mengalihkan pengontrolan hubungan ke RNC yang lain. Kemudian disebut dengan Serving RNS (SRNS) relocation. 2.4.3 Node B Node B adalah unit fisik untuk mengirim atau menerima frekuensi pada sel. Node B tunggal dapat mendukung baik mode FDD maupun TDD dan dapat colocated dengan GSM BTS. Node B berhubungan dengan UE melalui interface 20
radio Uu dan berhubungan dengan RNC melalui interface Iub ATM. Tugas utama node B adalah mengkonversi data interface Iub dan Uu, termasuk forward error correction (FEC). WCDMA Spreading/dispreading dan modulasi QPSK pada interface radio.node B mengukur kualitas dan kekuatan hubungan dan menentukan Frame Error Rate (FER), transmisi data ke RNC sebagai laporan pengukuran pada handover dan penggabungan macro diversity. Node B juga bertanggung jawab pada FDD softer handover.penggabunganmicro diversity diruang bebas untuk mengurangi kebutuhan kapasitas transmisi tambahan pada Iub. Node B juga melibatkan kontrol daya, seperti node B memungkinkan UEuntuk mengatur dayanya menggunakan perintah downlink (DL) TPC (Transmisi power control) melalui closed/inner-lop power control berdasarkan informasi uplink (UL) TPC. 21