MI3493 Teknologi Perangkat BergerakSemester Ganjil 2013/2014

Telekomunikasi dan Teknologi SelularDisusun oleh: Pramuko Aji, S.T., M.T.Email: pramuko@yahoo.com

Hanya dipergunakan untuk kepentingan pengajaran di lingkungan Politeknik Telkom

Pengertian Dasar

● Wireless (nirkabel)

Cara akses jaringan atau mitra komunikasi lain tanpa kabel. Kabel digantikan oleh pancaran gelombang elektromagnetik melalui udara.

● Karakteristik perangkat telekomunikasi:– Fixed and wired

– Mobile and wired

– Fixed and wireless

– Mobile wireless

Sejarah Komunikasi● 150 SM: penggunaan sinyal asap.● 206 SM – 24 M: Dinasti Han menggunakan sinar untuk

berkomunikasi antar menara● 1843: Telegram pertama kali digunakan antara Washington dan

Baltimore● 1876: Penemuan dan pemasaran telepon oleh Alexander Graham

Bell● 1831: Michael Faraday (dan Joseph Henry) mendemonstrasikan

induksi elektromagnetik● 1864: James C Maxwell mengemukakan teori pada bidang

elektromagnetik● 1886: Heinrich Hertz membuktikan teori Maxwell dan

mendemonstrasikan karakteristik transmisi listrik melalui udara

Sejarah Komunikasi (2)● Nikola Tesla meningkatkan jarak transmisi elektromagnetik● 1895: Guglielmo Marconi mendemonstrasikan telegraf nirkabel● 1901: Transmisi antar benua● 1906: siaran radio pertama● 1915: Transmisi nirkabel untuk voice dibuat, antara New York dan

San Fransisco● 1920: Penemuan short wave (SW) oleh Marconi● 1888: percobaan siaran TV● 1933: penemuan frequency modulation (FM)● 1958: jaringan komunikasi nirkabel pertama (a-Netz)

dioperasikan di Jerman

Sejarah Komunikasi (3)● Denmark, Finlandia, Norwegia, dan Swedia membuat kesepakatan

suatu sistem bernama Nordic Mobile Telephone (NMT)● 1982: untuk menyatukan beberapa standar yang ada di Eropa,

terbentuklah Groupe Spéciale Mobile (GSM)● 1983: awal dari sistem Advanced Mobile Phone System (AMPS)● 1991: Standar GSM disepakati● Karena keterbatasan pita frekuensi, muncul tiga sistem: AMPS,

TDMA, CDMA● 1998: permulaan komunikasi via satelit dengan munculnya Iridium● 1999: beberapa standar WLAN, bluetooth, WAP (wireless

application protocol)

Sinyal

● Sinyal (elektronika): arus listrik atau medan elektromagnetik yang digunakan untuk membawa data dari satu tempat ke tempat lain.

● Data dipadukan ke dalam gelombang carrier melalui modulasi.

● Sinyal (telefoni): data khusus untuk membuat atau mengendalikan komunikasi.

● Transmisi: proses pengiriman sinyal dari satu titik ke satu/beberapa titik.

Modulasi

● Penambahan informasi (sinyal) ke dalam sinyal pembawa (carrier wave).

● Jenis modulasi:– Amplitude Modulation (AM)

– Frequency Modulation (FM)

– Phase Modulation (PM)

Amplitude Modulation

● Encoding informasi dalam sinyal carrier dengan cara mengubah-ubah amplitudo sinyal pembawa.

● Frekuensi tetap, amplitudo berubah-ubah.

Frequency Modulation

● Encoding informasi dalam sinyal carrier dengan cara mengubah-ubah frekuensi sinyal pembawa.

● Amplitudo tetap, frekuensi berubah-ubah.

Phase Modulation

● Encoding informasi sebagai perubahan fase sinyal carrier.

● PM tak banyak digunakan untuk transmisi karena lebih kompleks.

Konversi Sinyal Analog ke Digital

Isu-isu dalam Analog-to-Digital Conversion

● Resolusi● Refresh rate● Quantization Error● Aliasing

Multiplexing● Multiplexing: teknik untuk membagi satu medium agar dapat diakses

oleh banyak pengguna tanpa gangguan atau dengan gangguan yang minim.

● Jenis multiplexing yang digunakan dalam jaringan nirikabel:– SDM (Space Division Multiplexing)– FDM (Frequency Division Multiplexing)– TDM (Time Division Multiplexing)– CDM (Code Division Multiplexing)

● Tugas multiplexing dalam jaringan nirkabel adalah mengalokasikan ruang (space), waktu (time), frekuensi, dan kode ke setiap kanal komunikasi dengan interferensi minimum dan utilitas maksimum.

● Kanal komunikasi: hubungan antara pengirim dan penerima yang ingin bertukar data.

Medium Access Control (MAC)

● MAC mencakup semua mekanisme untuk mengatur pengguna mengakses suatu medium menggunakan SDM, TDM, FDM, CDM.

Sistem Selular

● Membagi jaringan menjadi wilayah-wilayah kecil

● Adalah penerapan dari SDM● Setiap pemancar (biasa disebut base station)

mencakup suatu wilayah (sel).● Radii sel:

– puluhan meter di gedung-gedung

– ratusan meter di dalam kota

– puluhan km di luar kota

Kelebihan dan Kekurangan Sistem Selular

+ Kapasitas lebih besar

+ Daya transmisi lebih kecil

+ Hanya ada interferensi

lokal

+ Lebih 'bandel'

- Infrastuktur dibutuhkan

- Handover dibutuhkan

- Perlu perencanaan

frekuensi

Kelebihan Kelemahan

Generasi jaringan selular● 1G

Analog, hanya voice, 2,4 kbps

Contoh: AMPS, NMT● 2G

Digital, didesain untuk voice, 64 kbps

Contoh: D-AMPS, GSM, CDMA2000● 3G

Didesain untuk voice dan data (multimedia, teks, internet), video call, 384 kbps (UMTS), 7,2 Mbps (HSDPA), 42 Mbps (HSPA+)

● 4G

Didesain terutama untuk data, arsitektur all-IP, 100 Mbps (bergerak), 1 Gbps (diam)

GSM● Jaringan mobile tersukses saat ini● Dirumuskan untuk mencegah persaingan standar sistem telefoni● Tujuan utama GSM:

– Menyediakan sistem telefoni bergerak yang memungkinkan pengguna roaming di seluruh Eropa

– Menyediakan layanan voice yang kompatibel dengan ISDN dan PSTN

● Diimplementasikan pada:– 890-915 MHz uplink, 935-960 MHz downlink di Eropa. Disebut juga GSM 900.

– 1710-1785 MHz uplink, 1805-1880 MHz downlink. Disebut juga GSM 1800.

– 1850-1910 MHz uplink, 1930-1990 MHz downlink di US. Disebut juga GSM 1900.

● Layanan:– Tele services: voice call, nomor darurat, SMS, EMS, group 3 fax

– Supplementary: user identification, call redirection, call forwarding

Arsitektur GSM● RSS (Radio Subsystem)

terdiri dari semua komponen yang berkaitan dengan radio.

● NSS (Network and Switching Subsystem)

Inti dari GSM. NSS menghubungkan jaringan nirkabel dengan jaringan publik lain, mengkoordinasikan handover, dll.

● OSS (Operation Subsystem)

mengandung fungsi-fungsi operasi dan perawatan.

Radio Subsystem (RSS)● Mobile Station (MS)

– Terdiri dari peralatan dan software pelanggan dan SIM (Subscriber Identity Module);

– MS dapat diidentifikasi dari International Mobile Equipment Identity (IMEI);

● Base Station Subsystem (BSS)– Terdiri dari satu BSC dan beberapa BTS

● Base Transceiver Station (BTS)– Terbuat dari semua peralatan yang dibutuhkan untuk transmisi radio (antena, signal

processing, dll);

– Berhubungan dengan MS;

– Jangkauan antara 100 m hingga 35 km, tergantung lingkungan dan trafik;

● Base Sation Controller (BSC)– Bertugas mengelola BTS;

– Mencadangkan frekuensi radio;

– Menangani handover antar BTS dalam BSS yang sama

Network and Switching Subsystem (NSS)● Mobile Services Switching Center (MSC)

– Switch ISDN digital high-performance;– Membuat hubungan dengan MSC lain dan BSC-BSC;– Mengelola banyak BSC dalam satu wilayah;

● Gateway MSC (GMSC)– Menghubungkan dengan jaringan lain (PSTN, ISDN)

● Home Location Register (HLR)– Database terpenting dalam GSM karena menyimpan semua informasi pelanggan

(MSISDN, layanan yang dilanggan, IMSI, location area (LA), MSRN).

● Visitor Location Register (VLR)– Terhubung dengan satu MSC;– Menyimpan semua informasi penting pelanggan pada LA yang ditangani MSC

tersebut;– Menyalin data pelanggan dari HLR ketika ia masuk LA yang dicakupnya.

Operation Subsystem (OSS)

● Operation and Maintenance Center (OMC)– Memantau dan mengendalikan semua entitas jaringan;

– pemantauan trafik;

– Menerima laporan status setiap entitas;

– Pengelolaan keamanan, penagihan, dan pembukuan.

● Authentication Center (AuC)– Melindungi transmisi data dan pelanggan;

● Equipment Identity Register (EIR)– Database semua IMEI yang terdaftar pada jaringan;

– Dapat memblokir perangkat tertentu.

Handover pada GSM

● Intra-cell handover (1)

● Inter-cell, intra-BSC handover (2)

● Inter-BSC, intra-MSC handover (3)

● Inter-MSC handover (4)

General Packet Radio Service (GPRS)

● Merupakan peningkatan dari HSCSD● Berorientasi paket secara penuh● Karakteristik 'always-on', yakni pelanggan tidak perlu membuat

koneksi sebelum mentransfer data● Mengenalkan dua komponen baru pada GSM:

– Serving GPRS Support Node (SGSN)● Unit antar-jaringan antara GPRS dan jaringan luar● Melakukan konversi alamat dan data tunneling

– Gateway GPRS Support Node (GGSN)● Mendukung MS● Mengumpulkan data tagihan (yakni menghitung bytes yang lewat)● Berada pada level yang sama dengan MSC

● Kedua komponen di atas pada dasarnya adalah router.

Arsitektur GPRS

Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)

● Generasi ketiga (3G)● Merupakan proposal orang-orang Eropa untuk

program IMT 2000● Bukan merupakan sistem yang benar-benar

baru melainkan evolusi dari GSM, sehingga memungkinkan transisi yang mulus dari 2G ke 3G

● Menggunakan akses medium Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)

Arsitektur UMTS

Ketidakjelasan Istilah 4G

● Apakah LTE termasuk 4G?● ITU-R menyebutkan bahwa:

– LTE-Advanced dan WirelessMAN-Advanced (WiMAX 2) memenuhi kriteria 4G

– LTE dan WiMAX dapat disebut sebagai 4G (?)

● Ada referensi menyebutkan LTE, WiMAX, HSPA+ termasuk layanan Pra-4G

LTE

● LTE menggunakan arsitektur all-IP● LTE menghemat biaya operator:

– Infrastruktur dan sel lebih sederhana dan peralatan lebih sedikit

– Software dan hardware LTE dapat diinstal pada PC biasa

– Menampung lebih banyak pengguna per sel dibanding 3G

● Backward-compatible dengan 3G● LTE dan WiMAX hanya mendukung packet-switched

voice dan data.– Voice call dan SMS pada 3G menggunakan circuit-switch.

– Saat ini LTE menggunakan protokol 2G/3G untuk voice call.

– VoLTE (Voice over LTE) telah tersedia namun belum terpasang.

Arsitektur LTE

PGW

SGW MME

eNodeB

eNodeB

eNodeB

Evolved packet core

Radio Access Network

= Bearer channel for user data = Signaling channels

MME = Mobile Management EntityPGW = Packet Data Network GatewaySGW = Serving Gateway

Komponen LTE

● Mobile Management Entity (MME)– Fungsi signaling pada inti IP– Menerima/mengirim informasi signaling untuk membuat,

menagih, dan mengalamatkan panggilan ke eNodeB dan SGW.

– Menyediakan protokol keamanan

● Serving Gateway (SGW)– Meneruskan paket data pada jalur pembawa (bearer path)

antara eNodeB dan PGW. Jalur pembawa membawa data aktual.

– Menangani konversi protokol antara perangkat LTE dan sistem 2G/3G.

Komponen LTE (2)

● Packet Data Network Gateway (PGW)– Sebagai antarmuka dengan public data network

(internet)

– Mengalokasikan alamat IP ke perangkat pengguna

– Menerapkan kebijakan-kebijakan sistem

– Membangkitkan data penggunaan ke sistem penagihan

Database Pada Inti LTE

● Home Location Register (HLR)● Visitor Location Register (VLR)● Home Subscriber Services (HSS) untuk menyimpan IP

pengguna● Equipment Identity Register (EIR)● Messaging Center untuk menyimpan dan menangani

SMS● Policy and Charging Rule Function (PCRF)

menyimpan informasi kontrak untuk setiap pelanggan. PDN mengirim data ke PCRF, yang terhubung dengan software tagihan.