REKAYASA TRAFIK
TEKNOLOGI I STERM T N EVOLUTION LONG
By : Mauri Verd Laurent (10224714) Mochammad Denny (10224726)
Institut Sains dan Teknologi Nasional 2011
TEKNOLOGI LONG TERM EVOLUTION
I.
Abstraksi
Saat ini, layanan mobile broadband mengalami perkembangan yang sangat pesat didalam industri telekomunikasi seluler. Para pelanggan dapat dengan mudah mengakses data di mana saja dan kapan saja tanpa dibatasi oleh ruang dan waktu, tidak seperti jaringan fixed yang masih menggunakan jaringan kabel. Penggunaan layanan mobile broadband yang terus meningkat sampai saat ini menyebabkan persaingan yang ketat diantara penyedia jaringan mobile broadband . Dalam menanggapi kebutuhan pelanggan akan layanan mobile broadband yang cepat dan murah, maka para penyelenggara layanan mobile broadband akan segera menghadirkan suatu teknologi yang merupakan evolusi dari jaringan seluler yang digunakan saat ini yang disebut dengan LTE (Long Term Evolution). LTE atau Long Term Evolution merupakan suatu teknologi yang akan menyempurnakan
infrastruktur
telekomunikasi
seluler
saat
ini
yang
sedang
dikembangkan oleh suatu badan yang dinamakan 3GPP (Third Generation Partnership Project). LTE dapat digolongkan bersama-sama dengan WIMAX dan CDMA 2000 1x EVDO rev.C kedalam teknologi 4G. Dalam tulisan ini akan dibahas lebih lanjut mengenai LTE dan teknologi pendukungnya, sehingga para pembaca dapat mengetahui secara lebih mendalam dan dapat membandingkan LTE dengan generasi sebelumnya dari segi teknologi sehingga menghasilkan kecepatan dan efisiensi yang lebih tinggi dan fitur-fitur high-end yang dapat didukung oleh teknologi LTE.
II.
Pendahuluan.
Long Term Evolution (LTE) adalah teknologi komunikasi seluler Generasi ke-4 atau 4G yang masih dalam tahap pengembangan oleh 3GPP dengan kemampuan pengiriman data mencapai kecepatan 100 Mbit/s secara teoritis untuk downlink dan 50 Mbit/s untuk uplink. 3GPP atau Third Generation Partnership Project merupakan suatu badan yang dibentuk pada tahun 1998 oleh berbagai badan telekomunikasi dunia diantaranya ETSI, CCSA China, TTC Jepang ATIS USA dan TTA Korea Selatan. 3GPP melakukan pengembangan standarisasi untuk teknologi radio, core network dan arsitektur layanan. Standarisasi 3Gpp dikenal dengan istilah 3Gpp release. LTE merupakan pengembangan 3Gpp release 8 yang mulai berlaku Maret 2009 dan dipersiapkan untuk bermigrasi ke generasi ke-4, dirancang untuk meningkatkan kapasitas dan kecepatan jaringan telepon mobile. Dimana generasi sebelumnya dikenal sebagai 3G. Banyak standar sebagai syarat untuk upgrade 3G UMTS ke teknologi komunikasi mobile 4G antara lain: •
Puncak download angka 326,4 Mbit / s untuk 4x4 antena, dan 172,8 Mbit / s untuk antena 2x2 (menggunakan 20 MHz dari spektrum).
•
Puncak upload angka 86,4 Mbit / s untuk setiap 20 MHz dari spektrum menggunakan satu antena.
•
Lima terminal yang berbeda kelas telah ditetapkan dari kelas sentris suara sampai akhir tinggi terminal yang mendukung kecepatan data puncak. Semua terminal akan dapat memproses 20 MHz bandwidth.
•
Pada sedikitnya 200 pengguna aktif dalam setiap 5 MHz sel. (Khususnya, 200 data aktif klien)
•
Sub-5 ms latency untuk paket IP kecil
•
Meningkatkan fleksibilitas spektrum, dengan spektrum didukung irisan sekecil 1,5 MHz dan sebesar 20 MHz (W-CDMA membutuhkan 5 MHz iris, menyebabkan beberapa masalah dengan roll-beluk teknologi di negara-negara di
mana 5 MHz adalah jumlah alokasi umum spektrum, dan sering telah digunakan dengan warisan standar seperti 2G GSM dan cdmaOne.) Membatasi ukuran untuk 5 MHz juga membatasi jumlah bandwidth per handset •
Dalam 900 MHz pita frekuensi yang akan digunakan di daerah pedesaan, mendukung ukuran sel yang optimal dari 5 km, 30 km ukuran dengan kinerja yang masuk akal, dan sampai 100 km sel ukuran yang didukung dengan kinerja yang dapat diterima. Di kota dan daerah perkotaan, frekuensi yang lebih tinggi (seperti 2,6 GHz di Uni Eropa) digunakan untuk mendukung kecepatan tinggi mobile broadband. Dalam kasus ini, mungkin ukuran sel 1 km atau bahkan kurang.
•
Mendukung mobilitas yang baik. Data mobile kinerja tinggi adalah mungkin pada kecepatan hingga 120 km / jam, dan pelayanan dasar adalah mungkin pada kecepatan hingga 350 km / jam
•
Bisa berjalan dengan standar sebelumnya (pengguna dapat secara transparan memulai panggilan atau transfer data dalam suatu daerah menggunakan standar LTE, dan, harus cakupan tidak tersedia, melanjutkan operasi tanpa ada tindakan dari mereka menggunakan GSM / GPRS atau W-CDMA berbasis UMTS atau bahkan jaringan 3GPP2 seperti cdmaOne atau CDMA2000)
•
Dukungan untuk MBSFN (Single Frekuensi Broadcast Multicast Network). Fitur ini
dapat
memberikan layanan
seperti Mobile TV menggunakan
LTE
infrastruktur, dan merupakan pesaing untuk DVB-H berbasis siaran TV. •
PU2RC sebagai solusi praktis untuk MU-MIMO. Prosedur rinci untuk umum MIMO MU-operasi diserahkan ke rilis berikutnya, misalnya, LTE-Advanced, di mana diskusi lanjutan akan diadakan.
•
Sebagian standar tersebut ditujukan untuk menyederhanakan arsitektur sistem, saat transit dari rangkaian UMTS + packet switching jaringan dikombinasikan, untuk sistem all-IP arsitektur datar.
III.
Perkembangan Layanan Mobile Broad-band Pada Telekomunikasi Seluler
Penggunaan layanan komunikasi data melalui jaringan mobile telah dimulai pada awal jaringan telekomunikasi digital. GSM (Global System for Mobile) menyediakan layanan data dengan kecepatan transfer 9,6-14,4 Kbps. Kemudian HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) menyediakan layanan hingga 57,6 kbps dengan menggunakan sampai dengan empat time slot. Selanjutnya GPRS(Global Packet Radio Services) yang juga dikenal sebagai 2,5G menggunakan teknologi packet switched. GPRS menawarkan kecepatan transfer dari 56 kbps – 114 kbps. EDGE (Enhanced Data Rates for Global/GSM Evolution) atau yang dikenal sebagai 2,75G, merupakan penyempurnaan dari jaringan GPRS . Kecepatan transfer data EDGE bahkan dapat mencapai kecepatan hingga 236.8 kbit/s dengan menggunakan 4 timeslots dan 473.6 kbit/s dengan menggunakan 8 timeslots. Dengan EDGE, operator selular dapat memberikan layanan komunikasi data dengan kecepatan Iebih tinggi dibanding GPRS. UMTS (Universal Mobile Telecomunication System) merupakan teknologi seluler generasi ke-3, dikembangkan di eropa dan diperkenalkan pada tahun 2004. UMTS dirancang untuk memberikan kecepatan transfer hingga 2Mbps. HSxPA merupakan teknologi dari penyatuan dari protocol teknologi mobile sebelumnya, sehingga memperluas dan menambah kemampuan (terutama dari sisi kecepatan transfer data) dari protokol UMTS yang telah ada sebelumnya. Karena adanya perbedaan kemampuan (downlink dan uplink) tersebut HSxPA di bagi menjadi 2 standar, yaitu : •
HSDPA ( High Speed Downlink Packet Access)
Merupakan standar HSPA dengan kemampuan dari sisi kecepatan transfer downlinknya (dari jaringan ke handset), dimana HSDPA dapat mencapai kecepatan downlink 7.2 Mbps dan secara teori dapat ditinggkatkan sampai kecepatan 14.4 Mbps dengan maksimum uplink 384 kbps.
HSDPA selain dapat digunakan oleh handphone tetapi dapat pula digunakan oleh Notebook untuk mengakses data dengan kecepatan tinggi. •
HSUPA ( High Speed Uplink Packet Access)
Merupakan standar HSPA dengan kemampuan dari sisi kecepatan transfer uplinknya (dari handset ke jaringan), dimana HSUPA dapat mencapai kecepatan uplink secara teori sampai kecepatan 5.76 Mbps, tetapi HSUPA ini tidak implentasikan (dikomersialkan) dan handsetnya tidak dibuat. Untuk pengembangan dari HsxPA, HSPA+ atau HSPA Evolution hadir dengan memberikan kecepatan transfer data yang dapat mencapai kecepatan 42 Mbps pada downlink dan 11 Mbps pada uplink. Selanjutnya HSOPA (High Speed OFDM Packet Access), ,merupakan teknologi pengembangan dari UMTS terutama pada teknologi antena yang menggunakan Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dan multiple-input multiple-output (MIMO). HSOPA dikenal juga sebagai Super 3G dapat mentransfer data sampai kecepatan 100 Mbit/s untuk downlink dan 50 Mbit/s untuk uplink. Pada gambar 3.1, dapat dilihat perkembangan layanan mobile broadband yang merupakan penyatuan
dari
teknologi
mobile
sebelumnya
sehingga
memperluas
dan
kemampuan/performance terutama dari sisi kecepatan transfer data.
Gambar 3.1 Evolusi layanan mobile broadband dalam komunikasi seluler
menambah
IV.
Long Term Evolution
Generasi selanjutnya dari komunikasi mobile broadband lebih dikenal sebagai 4G, memiliki persyaratan sebagai berikut: •
throughput tinggi.
•
low latency dan QoS yang tinggi.
•
Berbasis IP.
•
Interoperabilitas dengan jaringan yang ada. Untuk persyaratan tersebut, maka LTE menggunakan teknologi-teknologi pendukung yang berbeda dengan teknologi generasi sebelumnya, yaitu : MIMO(Multiple Input Multiple Output), dan OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Kombinasi dari kedua teknologi tersebut akan lebih meningkatkan efisiensi spektrum, sehingga akan meningkatkan througput. Beberapa aspek yang diharapkan dari pengembangan LTE adalah: 1. fleksibilitas bandwidth (1,25 MHz – 20 MHz). 2. efisiensi bandwidth. 3. arsitektur jaringan yang sederhana. 4. latensi yang lebih rendah. 5. throughput tinggi.
6. harga murah dengan service ke pelanggan tinggi. 7. kecepatan downlink 100 Mbps dan uplink 50 Mbps.
V.
Arsitektur LTE
Jaringan LTE dibagi menjadi dua jaringan dasar, yaitu E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network ) dan EPC ( Evolved Packet Core). Berikut merupakan gambar E-UTRAN dan perbandingannya dengan UTRAN yang ada pada UMTS:
Gambar 5.1 Perbandingan E-UTRAN dengan UTRAN
Dari gambar di atas, dapat dilihat bahwa E-UTRAN sangat fleksibel. Satu eNodeB dapat berhubungan dengan MME/UPE yang manapun, tidak seperti NodeB yang hanya dapat berhubungan dengan satu RNC. Sedangkan arsitektur lengkap LTE ada pada gambar di bawah ini:
Gambar 5.2 Arsitektur Lengkap Jaringan LTE Dari gambar 3.2, dapat dilihat bahwa jaringan tersebut mengkonvergensikan semua jaringan yang ada. Jaringan ini merupakan jaringan berbasis IP. Masing-masing entity juga mempunyai fungsi masing-masing. 4.1 eNodeB
Jaringan akses pada LTE terdiri dari satu elemen, yaitu eNodeB. eNodeB (eNB) merupakan
interface dengan UE ( User Equipment. eNodeB berfungsi untuk Radio Resurce Management (RRM) dan sebagai transceiver. Sebagai RRM, fungsi eNodeB adalah untuk mengontrol dan mengawasi pengiriman sinyal yang dibawa oleh sinyal radio, berperan dalam autentikasi atau mengontrol kelayakan data yang akan melewati eNodeB, dan untuk mengatur scheduling. 1
24.2 Mobility Management Entity (MME) MME dapat dianalogikan sebagai MSC pada jaringan GSM. MME adalah node-kontrol utama pada jaringan akses LTE. Ia bertanggung jawab untuk prosedur paging untuk idle
mode
UE
termasuk
retransmisi.
MME
juga
bertanggung
jawab
dalam
proses
aktivasi/deaktivasi dan autentikasi user (dengan bantuan HSS). MME juga berfungsi untuk mengatur handover , yaitu memilih MME lain untuk handover dengan MME lain, atau memilih SGSN untuk handover dengan jaringan akses 2G/3G. 1 24.3 Serving Gateway (SGW) SGW terdiri dari dua bagian, yaitu 3GPP Anchor dan SAE Anchor. 3GPP Anchor berfungsi sebagai gateway paket data yang berasal dari jaringan 3GPP, sedangkan SAE Anchor berfungsi sebagai gateway jaringan non-3GPP. SGW merutekan dan memforward paket data user, sambil juga berfungsi sebagai mobility anchor saat handover antar eNodeB dan untuk menghubungkan LTE dengan jaringan lain yang sudah ada. 1 24.4 Home Subscriber Server (HSS) HSS adalah database utama yang ada pada jaringan LTE. HSS adalah sebuah super HLR yang mengkombinasikan fungsi HLR sebagai database dan AuC sebagai autentikasi.
VI.
Teknologi Pendukung LTE
Untuk dapat mewujudkan performance yang baik, maka LTE harus menggunakan teknologi yang dapat mendukungnya. Teknologi yang digunakan dalam LTE adalah OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ), SC-FDMA (Single Carrier
FDMA), dan antena MIMO ( Multiple Input Multiple Output ). A.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). OFDM adalah sebuah teknik transmisi yang menggunakan beberapa buah frekuensi (multicarrier ) yang saling tegak lurus ( orthogonal ). Masing-masing sub-carrier tersebut dimodulasikan dengan teknik modulasi konvensional pada rasio symbol yang rendah. Dalam OFDM, sub carrier dibuat menjadi ortogonal satu sama lain sehingga inter-carrier guard band tidak dibutuhkan. Ortogonal artinya puncak dari satu sub carrier bertepatan dengan null dari sub carrier yang berdekatan.
Gambar 6.1 OFDM Salah satu tantangan dalam sistem Wireless adalah ‘Multipath’. Multipath diakibatkan oleh pantulan yang terjadi antara Transmitter dan Receiver dimana sinyal pantul dan sinyal LOS memiliki perbedaan waktu saat diterima oleh Receiver. Perbedaan waktu tersebut disebut juga delay spread. Masalah interferensi akibat delay spread ini sering menjadi masalah saat orde delay-nya sama dengan periode simbol yang ditransmisikan. Tipikal, delay spread memiliki orde 100 microseconds, sehingga multipath tidak menimbulkan masalah yang begitu berarti. Untuk mengurangi efek multipath, diperlukan guardband sekitar 10 microseconds (cyclic prefix) yang disisipkan pada akhir tiap simbol. B. SC-FDMA Single carrier FDMA hampir sama dengan OFDM, hanya saja tidak terjadi pembagian kanal menjadi beberapa subcarrier. Keuntungan SC-FDMA merupakan perbaikan dari kekurangan OFDM, yaitu memberikan performa daya yang lebih efisien, PAPR rendah, dan mengurangi frekuensi offset. C. Antena MIMO Maksud dari MIMO adalah penggunaan antena penerima dan pengirim yang jumlahnya lebih dari satu. Dengan penggunaan antena MIMO ini, didapat banyak keuntungan, misalnya peningkatan throughput data dan link range tanpa tambahan bandwidth atau daya transmisi, Peningkatan spectral efisiensi, mengurangi fading MIMO.
(link reability). Berikut merupakan gambaran antenna
Gambar 6.2 Antena MIMO
Gambar 6.3 Ilustrasi prinsip teknologi MIMO Dari gambar 6.3 Diatas dapat dilihat bahwa dari sisi transmitter dan receiver digunakan banyak antena dengan tujuan untuk membuat sinyal pantulan dapat menguatkan sinyal utama sehingga tidak saling menggagalkan. Dengan menggunakan sistem seperti ini, maka tidak hanya data yang dikirim dapat lebih banyak dan cepat bahkan jarak juga dapat diperluas. Karena sinyal yang membawa data dengan MIMO tidak akan saling meniadakan, sebaliknya sinyal pantulan akan menguatkan sinyal utama. Dengan MIMO, kelemahan ini dijadikan alat untuk menduplikasikan bandwidth. Oleh sebab itu, secara teori, bila digunakan jaringan nirkabel dengan standar 802.11g dengan kecepatan efektif 54 Mbps, maka dengan adanya tambahan router MIMO, kecepatannya dapat mencapai 108 Mbps. Untuk menggambarkan prinsip kerja MIMO, misalkan kita memiliki kedua pemancar tiga dan tiga antena receiver, sehingga sinyal yang diterima oleh masing-masing antena dapat diwakili r1=h11x1h12x2h13x3 r2=h21x1h22x2h23x3 r3=h31x1h32x2h33x3
oleh
r:
dimana H adalah saluran matriks. Seperti yang bisa kita lihat dari di atas seperangkat persamaan, di setiap penerima antena, maka penerimaan sinyal akan terdiri dari kombinasi dari semua ditransmisikan sinyal (x1, x2, x3). Untuk memulihkan ditransmisikan aliran data, pertama kita harus membangun saluran matriks H, dengan mengestimasi bobot masingmasing saluran hij. Vektor x dapat diperkirakan dengan mengalikan r vektor dan H. matrik invers Kita dapat dengan mudah membaca bahwa beberapa data aliran ditularkan secara paralel dari antena yang berbeda VII.
Aplikasi yang didukung LTE
Dengan kecepatan yang cukup tinggi, maka LTE akan men-support beberapa fitur yang saat ini belum dapat terpenuhi dengan teknologi yang ada saat ini, antara lain: •
high definition streaming video.
•
Voice over Internet Protocol (VoIP).
•
layanan data berkapasitas besar dan Value Added Service (VAS) seperti interactive
gaming , TV interaktif, mobile video blogging , mengakses e-mail dengan attachment besar serta bergabung dalam video conference dimanapun dan kapanpun.
VIII.
Implementasi LTE di dunia
Sebagian besar operator selular di Amerika Serikat dan beberapa operator di seluruh dunia mengumumkan rencana untuk mengubah jaringan mereka untuk LTE dimulai pada 2009. Layanan LTE pertama di dunia dibuka oleh TeliaSonera di dua kota Skandinavia yaitu Stockholm dan Oslo pada 14 Desember 2009. Di Indonesia juga sudah dilakukan beberapa ujicoba LTE oleh beberapa operator yang menggandeng beberapa vendor telekomunikasi.
