III.1. Long Term Evolution (LTE)

III.2.1 Definisi LTE

Walaupun teknologi 3G memiliki nilai lebih tinggi dibandingkan teknologi

2G, masih ada kesempatan bagi servis provider nirkabel untuk meningkatkan

permintaan broadband nirkabel dan mengambil keuntungan dari teknologi inovasi yang

meningkatkan perekonomian dari perluasan jaringan mobile broadband. Akibatnya, ada

peluang peningkatan pendapatan dari pertambahan jumlah konsumen dan profesional

bisnis yang menuntut pengalaman dan aplikasi sama yang mereka nikmati di jalur

sambungan kabel dapat dialihkan dengan menggunakan jaringan nirkabel sehingga

pelanggan dapat menikmatinya dimana saja mereka kehendaki, konten yang dinginkan

baik secara stasioner ataupun mobile(bergerak ).

Solusinya adalah LTE, (3GPP Long Term Evolution), generasi di luar jaringan

3G. Selain tetap memungkinkan untuk perpindahan aplikasi mobile Internet seperti

Voice over IP (VoIP), video streaming, musik download, mobile TV dan banyak lainnya,

jaringan LTE juga akan menyediakan kapasitas untuk mendukung sebuah lonjakan

permintaan untuk konektivitas dari generasi baru dari perangkat konsumen yang

dirancang untuk aplikasi mobile yang baru.

LTE sebenarnya merupakan evolusi dari GSM dan WCDMA 3GPP. LTE

merupakan evolusi alami dari 3GPP jaringan GSM dan WCDMA. LTE juga merupakan

bagian dari evolusi 3GPP2 network CDMA. LTE sendiri adalah sebuah paradigma baru

dalam jaringan akses, dengan teknik modulasi baru, OFDM (Orthogonal Frekuensi Divisi

Multiplex), dan teknologi antena, MIMO (Multiple Input Multiple Output).

III.2.2 Arsitektur Jaringan LTE

Unsur Utama Jaringan LTE

E-UTRAN terdiri dari e-NodeBs, terdiri dari user plane dan control plane.

The EPC terdiri dari MME, S-GW dan P-GW

Network Interface dari LTE

E-NodeB saling berhubungan satu sama lain dengan menggunakan interface

X2, yang memungkinkan transmisi data dan sinyal secara langsung.

S1 adalah interface antara e-NodeB dan EPC, lebih khusus untuk MME

melalui S1-MME dan S-GW melalui S1-U

eNB

MME / S-GW MME / S-GW

eNB

eNB

S1 S1

X2 E-UTRAN

Arsitektur Jaringan LTE

internet

eNB

RB Control

Connection Mobility Cont.

eNB MeasurementConfiguration & Provision

Dynamic Resource Allocation (Scheduler)

PDCP

PHY

MME

S-GW

S1MAC

Inter Cell RRM

Radio Admission Control

RLC

E-UTRAN EPC

RRC

Mobility Anchoring

EPS Bearer Control

Idle State Mobility Handling

NAS Security

P-GW

UE IP address allocation

Packet Filtering

Tumpukan Protokol Arsitektur Jaringan LTE

Fungsi Enhanced NodeB (eNobeB)

Fungsi Manajemen Resource Radio

Kompresi header IP dan enkripsi aliran data pengguna

Pemilihan sebuah MME di bagian UE, bila tidak ada routing ke MME dapat

ditentukan dari informasi yang diberikan oleh UE

Routing data User Plane terhadap Serving Gateway

Penjadwalan dan transmisi pesan (berasal dari MME)

Penjadwalan dan transmisi informasi broadcast (berasal dari MME)

Pengukuran dan pelaporan pengukuran konfigurasi untuk mobilitas dan

penjadwalan.

Fungsi Management Mobility Entity (MME)

Prosesd pensinyalan dan keamanan Non Access Stratum (NAS);

kontrol Keamanan AS (Access Stratum);

Penanganan mobilitas Idle ;

Kontrol pembawa EPS (Evolved Packet System);

Dukungan paging, handover, roaming dan otentikasi.

Fungsi Packet Data Network-Gateway (P-GW)

Setiap pengguna berdasarkan packet filtering

Alokasi alamat IP untuk User Equitment (UE)

Pelaksanaan kebijakan

Paket routing/forwad antara Serving Gateway dan external data Network

Charging UL dan DL

Paket penyaringan

Fungsi Serving Gateway

Paket routing/forwad antara eNB, PDN GW dan SGSN

Idle Mode paket Buffering dan pemberitahuan ke MME

Mengatur jalur user plane ke eNB baru saat handover

Mendukung panahanan secara sah

Pengaturan mobilitas antar jaringan 3GPP

III.2.3 Jaringan Akses dari LTE

Jaringan akses yang digunakan pada LTE adalah Orthogonal Frequency Division

Multiplex Access (OFDMA) untuk downlink dan Single Carrier - Frequency Division

Multiplex Access (SC-FDMA) untul uplink. OFDM (Orthogonal Frequency Division

Multiplexing) 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. Prinsip kerja dari OFDM dapat dijelaskan sebagai berikut.

Deretan data informasi yang akan dikirim dikonversikan kedalam bentuk parallel,

sehingga bila bit rate semula adalah R , maka bit rate di tiap-tiap jalur parallel adalah

R/M dimana M adalah jumlah jalur parallel (sama dengan jumlah sub-carrier). Setelah

itu, modulasi dilakukan pada tiap-tiap sub-carrier. Modulasi ini bisa berupa BPSK, QPSK,

QAM atau yang lain, tapi ketiga teknik tersebut sering digunakan pada OFDM. Kemudian

sinyal yang telah termodulasi tersebut diaplikasikan ke dalam Inverse Discrete Fourier

Transform (IDFT), untuk pembuatan simbol OFDM. Penggunaan IDFT ini memungkinkan

pengalokasian frekuensi yang saling tegak lurus (orthogonal). Setelah itu simbol-simbol

OFDM dikonversikan lagi kedalam bentuk serial, dan kemudian sinyal dikirim.

OFDM & OFDMA

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) adalah teknologi modulasi

multiplexing, membagi bandwidth sistem menjadi subcarrier orthogonal. Cycle

Prefix (CP) dimasukkan antara simbol-simbol OFDM untuk menghindari ISI.

OFDMA adalah teknologi multi-akses yang berhubungan dengan OFDM, digunakan

dalam downlink LTE. OFDMA apada dasarnya kombinasi dari TDMA dan FDMA.

Keuntungan: efisiensi pemanfaatan spektrum tinggi karena subcarrier orthogonal

tidak perlu melindungi bandwidth. Dukungan terhadap adaptasi jaringan frekuensi

otomatis dan penjadwalan. Mudah untuk menggabungkan dengan MIMO.

Kerugian: Persyaratan Ketat sinkronisasi domain waktu-frekuensi. PAPR tinggi.

DFT-S-OFDM & SC-FDMA

DFT-S-OFDM (Diskrit Fourier Transform Spread OFDM) adalah teknologi

modulasi multiplexing yang digunakan dalam uplink LTE, yang serupa dengan

OFDM tapi dapat melepaskan keterbatasan UE disebabkan oleh PAPR tinggi.

Setiap user diberikan bagian dari bandwidth sistem.

SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Mengakses) adalah

teknologi multi-akses yang berhubungan dengan DFT-S-OFDM.

Keuntungan : pemanfaatan efisiensi spektrum bandwidth tinggi karena

pengguna tidak perlu melindungi bandwith ortogonal. PAPR rendah.

Skema tugas subcarrier termasuk cara melokalisir dan cara distribusi.

III.2.4 Antena LTE

LTE memanfaatkan teknologi smart antenna untuk mencapai throughput dan

efisiensi spectrum yang lebih tinggi. MIMO merupakan salah satu teknologi smart

antenna. MIMO (multiple input,multiple output) adalah teknologi antena untuk

komunikasi nirkabel di mana beberapa antena yang digunakan pada sisi sumber

(transmitter) dan tujuan (receiver). Antena di setiap ujung sirkuit komunikasi

digabungkan untuk meminimalisasi kesalahan dan mengoptimalkan kecepatan

data. MIMO adalah salah satu dari beberapa bentuk teknologi smart antena, lainnya

adalah MISO (multiple input, Single output) dan Simo (Single input,multiple output).

Dalam konvensional komunikasi nirkabel, sebuah antena digunakan pada

sumber, dan satu antenna juga digunakan di penerima. Dalam beberapa kasus, ini bisa

menimbulkan masalah dengan efek multipath. Ketika medan elektromagnetik bertemu

dengan hambatan seperti g bukit, lembah, bangunan, dan kabel utilitas maka

gelombang menjadi tersebar dan dengan demikian gelombang tersebut mengambil

banyak path(jalan) untuk sampai tujuan. Keterlambatan sebagian gelombang tersebut

menyebabkan terjadinya masalah seperti fading, cut-out (efek tebing), dan resepsi yang

sebentar (picket fencing). Dalam sistem komunikasi digital seperti Internet nirkabel, itu

dapat menyebabkan penurunan dalam kecepatan data dan peningkatan jumlah

kesalahan.

Penggunaan dua atau lebih antenna secara disepanjang transmisi dari beberapa

sinyal (Satu untuk masing-masing antena) pada sumber dan tujuan, menghilangkan

masalah yang disebabkan oleh propagasi gelombang multipath, dan bahkan dapat

mengambil keuntungan dari efek ini. Teknologi MIMO telah menimbulkan ketertarikan

karena kemungkinan aplikasi dalam digital televisi (DTV), jaringan area lokal nirkabel

(WLAN), jaringan area metropolitan (Mans), dan komunikasi mobile.

Teknologi nirkabel Multiple-input multiple-output (MIMO) dengan menggunakan

beberapa antena pada pemancar dan penerima untuk menghasilkan kapasitas

penguatan secara signifikan lebih daru sistem single-input single-output (SISO) yang

menggunakan bandwidth dan daya pancar yang sama. Telah terbukti bahwa kapasitas

dari sistem MIMO meningkat linier dengan jumlah antenna yang digunakan.

III.2.5 Link Budget

Uplink

Downlink

Link

Budget ini bertujuan untuk menghitung radius sel dimana radius sel dapat dihitung

dengan MAPL dengan menggunakan model propagasi

• Dua faktor kunci dalam menghitung Link Budget:

MAPL (Maximum Allowed Path Loss)

Model Propagasi

MAPL = EIRP – Minimum Signal Strength Required + ∑ Gain -∑ Loss - ∑ Margin

Dimana :

EIRP = Max Tx Power – Loss Kabel – Body Loss + Antenna Gain

MSSR = Rx Sensitivity – Antenna Gain + Cable Loss + Body Loss + Interferenci

margin

Proses Perhitungan MAPL

III.2.6 Struktur Frame LTE

Struktur Frame Radio LTE Didukung oleh:

Tipe 1, dengan menggunakan FDD

Tipe 2, dengan menggunakan TDD

Struktur Frame Radio FDD:

LTE menggunakan teknologi OFDM, dengan jarak subcarrier Df = 15kHz dan IFFT 2048-

order. Satuan waktu dalam struktur frame Ts = 1 / (2048 * 15.000) second. Frame radio

FDD adalah 10 ms yang ditampilkan seperti di bawah ini, dimana dibagi menjadi 20 slot

CmHaLuTotal UE )(

)lg())lg(55.69.44()lg(82.13)lg(9.333.46 dHHfLu BSBS

)8.0)lg(56.1()7.0)lg(1.1()( fHfHa UEUE

Cost231-Hata Model

System parameter

System Frequency Band, Bandwidth, duplex mode

EIRP

BS Tx Power, Antenna Gain, Feeder loss

Minimum Receiver Signal Level

Receiver sensitivity, Noise Figure, Demodulation Threshold,

Antenna gain, feeder loss, body loss.

System gain, Margin, Loss

MIMO Gain, other gain

Shadow Fading Margin, Interference margin

Penetration losss

sehingga setiap slot memiliki waktu 0.5ms. Satu slot terdiri dari 7 Simbol OFDM secara

berturut-turut di bawah konfigurasi CP Normal.

Struktur Frame Radio TDD:

#0 #1 #2 #3 #19#18

One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms

One slot, Tslot = 15360Ts = 0.5 ms

One subframe FDD Radio Frame Structure

TDD juga menggunakan OFDM, dengan spasi subcarrier dan satuan waktu yang sama

dengan FDD. Struktur frame serupa dengan FDD. Frame radio 10 ms ditampilkan seperti

di bawah ini, dibagi menjadi 20 slot masing masing slot memiliki waktu 0.5ms.

Konfigurasi frame uplink-downlink adalah 10 ms yang ditampilkan pada table di bawah

ini.

One slot, Tslot=15360Ts

GP UpPTSDwPTS

One radio frame, Tf = 307200Ts = 10 ms

One half-frame, 153600Ts = 5 ms

30720Ts

One subframe, 30720Ts

GP UpPTSDwPTS

Subframe #2 Subframe #3 Subframe #4Subframe #0 Subframe #5 Subframe #7 Subframe #8 Subframe #9

D: Downlink subframe U: Uplink subframe S: Special subframe

Panjang Konfigurasi CP :

Cyclic Prefix (CP) diterapkan untuk menghilangkan ISI (Inter-system Interference) dari

OFDM.

Panjang CP terkait dengan radius cakupan. CP Normal dapat memenuhi kebutuhan

umum. Memperluas CP bertujuan untuk cakupan yang lebih luas.

Semakin panjang CP, overheading lebih tinggi.

III.2.7 Perbandingan antara LTE, UMTS & GSM

Perbandingan Coverag Link Budget

GSM UMTS LTE

Hard HandoverHHO margin (1 dB)

Fast fading margin Rx sensitivity

Terutama tergantung

pada peralatan (BTS

& MS)

Soft HandoverSHO gain (3-5dB)

Fast fading Margin Rx sensitivity

Tergantung pada

kedua BTS dan

kinerja UE dan jenis

layanan

Hard HandoverHHO margin (sedikit

lebih kecil dibandingkan

dengan GSM

No Fast Fading Margin Rx sensitivity

Sama dengan UMTS dan

berkaitan dengan

bandwidth (RB

kuantitas)

Perbandingan Kapasitas Dimensi

GSM UMTS LTE

Hard bloking Kapasitas tergantung

pada hardware Fokus pada Voice Kapasitas dimensi

berdasrakan B-erlang Cell load

Traffic per channel

Soft bloking Kapasitas berkaitan

dengan beberapa factor: Cakupan, cell load, model

traffic

Voice dan data Kapasitas Dimensi

berdasarkan rumus kurva

Cell load :(UL) interference &

Power (DL)

Soft bloking Kapasitas berkaitan

dengan beberapa factor :Bandwidth, daya

eNodeB, perencanaan

frekuensi

Terfokus pada PS Kapasitas Dimensi

berdasarkan simulasi Semi-static Monte Cario

Cell load :RB (UL dan DL)