BAB VI

UMTS

UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATION SERVICE

6.1 Pengertian UMTS

UMTS (Universal Mobile Telecommunication Service) merupakan lanjutan

teknologi dari GSM/GPRS/EDGE yang merupakan standard telekomunikasi generasi

ketiga (3G) dimana salah satu tujuan utamanya adalah untuk memberikan kecepatan

akses data yang lebih tinggi dibandingkan dengan GRPS dan EDGE. UMTS adalah

salah satu teknologi seluler pada generasi ketiga yang menggunakan teknologi

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) sebagai interfacenya. UMTS

dikembangkan oleh IMT-2000 yang merupakan bagian dari program ITU.

6.2 Spesifikasi UMTS

Spesifikasi UMTS dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

SPESIFIKASI UMTS

Metode Duplex FDD/TDD

Frekuensi Operasi FDD :

UPLINK 1920-1980 MHz

DOWNLINK 2110-2170 MHz

TDD :

1900 – 1920 MHz

2010 – 2025 MHz

Bandwidth 5MHz

Multiple Access WCDMA

Modulasi Uplink : BPSK Downlink : QPSK

Switching Circuit Switch / Packet Switch

Layanan Voice, SMS, Data, MMS, Video

Call, Video Streaming

6.3 Spread Spektrum

Spread Sprectrum adalah suatu teknik modulasi digital dimana sinyal yang

sudah termodulasi dimodulasikan kembali. Spread spectrum dapat dikatakan sebagai

teknologi spektral tersebar yang dirancang untuk melawan jamming dengan

memperbesar lebar pita frekuensi. Teknik spread spectrum sendiri terdiri dari 2 jenis

yaitu Direct Sequence dan Time Division. Sistem telekomunikasi WCDMA sendiri

menggunakan tipe spread spectrum direct sequence yang memiliki ciri khas

penebaran spektral sinyal yang kemudian ditransmisikan secara langsung.

Hal lain yang menjadi ciri khas dari Spread spectrum yang digunakan pada

sistem WCDMA adalah kode spreading sequence yang diterapkan. Kode yang

diterapkan baik pada sisi transmit maupun receive sistem WCDMA adalah

Orthogonal Variable Spreading Function (OVSF) yang memiliki factor spreading 256

untuk uplink dan 512 untuk downlink. Kecepatan dari kode spreading pada WCDMA

(begitu pula pada CDMA) disebut Chip Rate. Besarnya chip rate pada WCDMA

adalah 3,84 Mcps Factor spreading pada sistem WCDMA bervariasi dari 4 sampai

dengan 512. Faktor spreading diasumsikan sebagai perbandingan antara Chip rate

dengan Data rate.

6.4 Multiple Access

Dalam sistem telekomunikasi WCDMA, teknik multiple access yang

digunakan adalah Code Divison Multiple Access. Pada teknik multiple access ini,

setiap user menggunakan resource frekuensi dan waktu yang sama namun dibedakan

oleh kode masing – masing yang unik. Hal ini lah yang memungkinkan WCDMA

memiliki kecepatan transmisi data yang jauh lebih tinggi dari pada GSM. Di samping

itu, kelebihan dari WCDMA adalah kapasitas pengguna yang dapat dilayani pada

suatu cell sifatnya lebih fleksible dan dapat diatur. Hal ini dapat dilakukan juga karena

sistem multiple akses CDMA. Antara pengguna satu dengan pengguna lain akan

berperan sebagai noise bagi sesamanya. Kapasitas dapat diatur berdasarkan level

kualitas yang dimungkinkan atau yang dikehendaki dalam suatu cell. Semakin tinggi

kualitas layanan yang ditetapkan pada suatu cell maka kapasitas pengguna pun

berkurang, begitu juga sebaliknya jika kualitas layanan dikurangi, maka kapasitas

pengguna pada suatu cell akan meningkat

6.5 Arsitektur UMTS

6.5.1 Evolusi UMTS – ETSI/3GPP

Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) adalah

teknology telekomunikasi generasi ke-3 (3G) yang diperkenalkan oleh

European Telecommunication Standards Institute (ETSI). Pada awalnya

sistem UMTS hanya digunakan di Eropa. Diluar eropa teknologi ini dikenal

dengan Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA). Di Amerika

Utara, pengembangan teknologi nirkabel 3G diinisiasi oleh

Telecommunication Industry Association (TIA) USA, dengan sistem

cdma2000.

Untuk mengantisipasi rekomendasi ITU IMT-2000, ETSI bersama-

sama dengan ARIB/TTC Jepang, CCSA China, ATIS USA dan TTA Korea

Selatan pada bulan Desember 1998 membentuk sebuah konsorsium

pengembangan dan standardisasi yang di kenal dengan 3rd Generation

Partnership Project (3GPP). 3GPP melakukan pengembangan standardisasi

untuk teknologi radio, core network dan arsitektur layanan.

Standardisasi 3GPP dikenal dengan istilah 3GPP Release. Evolusi

perkembangan nya dikenal dengan 4G-E.

 

6.5.2 3GPP Release 99 - UMTS

Standardisasi pertama dari 3GPP adalah Release 98 yang berisi

deskripsi pra-3G yang berbasis teknologi dan jaringan GSM. Release 99

diperkenalkan tahun 2000 yang berisi spesifikasi awal jaringan UMTS

dengan air interface berbasis Wideband CDMA. Radio Access Technology

(RAT) dibangun diatas jaringan GSM eksisting dan beroperasi pada spektrum

frekuensi 2100 MHz. Mengingat harga lisensi spektrum yang sangat mahal,

yang sangat memberatkan banyak operator mobile Eropa, akhirnya otoritas

regulasi membuka akses penggunaan spektrum frekuensi bersama. Sehingga

UMTS juga beroperasi di sprektrum 900/1900 MHz berdampingan dengan

GSM 2G. Dengan RAT berbasis GSM, maka jaringan awal UMTS masih

bersifat connection oriented circuit switch.

Gambar 6.1 Arsitektur 3GPP Release 99

6.5.3 3GPP Release 4 – UTRA, all-IP UMTS

Release 4 dikeluarkan pada tahun 2001 dan dikenal juga sebagai

Release 2000. Pada release ini spesifikasi UMTS berbasis packet switch

diperkenalkan. Selain itu, spesifikasi jaringan IP (all-IP) untuk UMTS juga

ditetapkan. Dalam release ini Radio Access Network (UMTS) untuk UMTS

ditetapkan sebagai UMTSTerrestrial Radio Access (UTRA).

Gambar 6.2 Arsitektur 3GPP Release 4

6.5.4 Fungsi Elemen Arsitektur UMTS

a. UE (User Equipment)

User Equipment merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk

dapat memperoleh layanan komunikasi bergerak. UE dilengkapi dengan smart card

yang dikenal dengan nama USIM (UMTS Subscriber Identity Module) yang berisi

nomor identitas pelanggan dan juga algoritma security untuk keamanan seperti

authentication algorithm dan algoritma enkripsi. Selain terdapat USIM, UE juga

dilengkapi dengan ME (Mobile Equipment) yang berfungsi sebagai terminal radio

yang digunakan untuk komunikasi lewat radio.

b. UTRAN (UMTS Terresterial Radio Access Network)

Jaringan akses radio menyediakan koneksi antara terminal mobile dan Core

Network. Dalam UMTS jaringan akses dinamakan UTRAN (Access Universal Radio

electric Terrestrial). UTRA mode UTRAN terdiri dari satu atau lebih Jaringan Sub-

Sistem Radio (RNS). Sebuah RNS merupakan suatu sub-jaringan dalam UTRAN dan

terdiri dari Radio Network Controller (RNC) dan satu atau lebih Node B. RNS

dihubungkan antar RNC melalui suatu Iur Interface dan Node B dihubungkan dengan

satu Iub Interface.

Di dalam UTRAN terdapat beberapa elemen jaringan yang baru dibandingkan dengan

teknologi 2G yang ada saat ini, di antaranya adalah Node-B dan RNC (Radio Network

Controller).

1. RNC (Radio Network Controller)

RNC bertanggung jawab mengontrol radio resources pada UTRAN yang

membawahi beberapa Node-B, menghubungkan CN (Core Network) dengan user, dan

merupakan tempat berakhirnya protokol RRC (Radio Resource Control) yang

mendefinisikan pesan dan prosedur antara mobile user dengan UTRAN.

2. Node-B

Node-B sama dengan Base Station di dalam jaringan GSM. Node-B

merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan radio

kepada UE. Fungsi utama Node-B adalah melakukan proses pada layer 1 antara lain :

spreading, de-spreading, modulasi, demodulasi dan lain-lain. Node-B juga melakukan

beberapa operasi RRM (Radio Resouce Management), seperti handover dan power

control.

c. CN (Core Network)

Jaringan Lokal (Core Network) menggabungkan fungsi kecerdasan dan

transport. Core Network ini mendukung pensinyalan dan transport informasi dari

trafik, termasuk peringanan beban trafik. Fungsi-fungsi kecerdasan yang terdapat

langsung seperti logika dan dengan adanya keuntungan fasilitas kendali dari layanan

melalui antarmuka yang terdefinisi jelas; yang juga pengaturan mobilitas. Dengan

melewati inti jaringan, UMTS juga dihubungkan dengan jaringan telekomunikasi lain,

jadi sangat memungkinkan tidak hanya antara pengguna UMTS mobile, tetapi juga

dengan jaringan yang lain.

1. MSC (Mobile Switching Center)

MSC didesain sebagai switching untuk layanan berbasis circuit switch seperti

video, video call.

2. VLR (Visitor Location Register)

VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai

pelanggan terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada cakupan area jaringan.

3. HLR (Home Location Register)

HLR merupakan database yang berisi data-data pelanggan yang tetap. Data-

data tersebut antara lain berisi layanan pelanggan, service tambahan serta informasi

mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir (Update Location).

4. SGSN ( Serving GPRS Support Node)

SGSN merupakan gerbang penghubung jaringan BSS/BTS ke jaringan GPRS.

Fungsi SGSN adalah sebagai berikut :

a. Mengantarkan paket data ke MS.

b. Update pelanggan ke HLR.

c. Registrasi pelanggan baru.

5. GGSN ( Gateway GPRS Support Node )

GGSN berfungsi sebagai gerbang penghubung dari jaringan GPRS ke jaringan

paket data standard (PDN). GGSN berfungsi dalam menyediakan fasilitas

internetworking dengan eksternal packet-switch network dan dihubungkan dengan

SGSN via Internet Protokol (IP). GGSN akan berperan antarmuka logik bagi PDN,

dimana GGSN akan memancarkan dan menerima paket data dari SGSN atau PDN.

Selain itu juga terdapat beberapa interface baru, seperti : Uu, Iu, Iub, Iur. Antara UE

dan UTRAN terdapat interface Uu. Di dalam UTRAN terdapat interface Iub yang

01

11

10

00

Uplink Downlink

menghubungkan Node-B dan RNC, Interface Iur yang menghubungkan antar RNC,

sedangkan UTRAN dan CN dihubungkan oleh interface Iu.

6.6 Modulasi

Pada WCDMA, teknik modulasinya dibedakan antara uplink dan downlink.

Pada sisi uplink, tipe modulasi yang digunakan adalah BPSK (Binary Phase Shift

Keying) sedangkan pada sisi downlink menggunakan QPSK( Quadrature Phase Shift

Keying).

BPSK atau Binary Phase Shift Keying adalah suatu teknik modulasi dimaa

fase dari sinyal carrier diubah-ubah diantara 2 nilai yang sesuai dengan 2 sinyal yang

mewakili biner 1 dan 0 dengan beda fase keduanya sebesar 180o. Sedangkan QPSK

adalah teknik modulasi yang memiliki empat titik pada diagram konstelasinya. Dalam

teknik modulasi, QPSK dapat mengkodekan 2 bit per simbol atau dengan kata lain

setiap simbol dapat mewakili sekaligus.

Gambar 6.3 Diagram Konstelasi

BPSK (kiri) dan QPSK (kanan)

6.7 Frame Burst FDD TDD

WCDMA mendukung operasi dua mode dasar: Frequency Division Duplex

(FDD) dan Time Division Duplex (TDD). Pada mode FDD, frekuensi-frekuensi

carrier dipisah 5 MHz untuk penggunaan uplink dan downlink masing-masing,

sedangkan pada mode TDD hanya satu frekuensi 5 MHz dengan waktu yang dipakai

1 0

bergantian (time-shared) antara uplink dan downlink. Dengan uplink sebagai koneksi

dari mobile user ke arah base station, dan downlink sebagai koneksi dari base station

ke arah mobile.

Struktur frame WCDMA dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 6.4 UMTS FDD Frame (kiri) dan TDD frame (kanan)

6.8 Bandwidth

Infrastruktur WCDMA mampu mendukung user dengan data rate tinggi,

mendukung operasi yang bersifat asinkron, bandwidthnya secara keseluruhan 5 MHz

dan didesain untuk dapat berdampingan dengan sistem GSM. Sehingga sistem ini

didesain dengan karakteristik tertentu dengan parameter-parameter sebagai berikut:

1. WCDMA merupakan suatu sistem wideband Direct-Sequence Code Division

Multiple Access (DS-CDMA), dalam penjelasannya bit-bit informasi ditebar pada

sebuah wide bandwidth dengan cara perkalian antara data user dengan bit-bit

quadsi-random (disebut chip-chip) yang berasal dari kode-kode spreading

CDMA.

2. Chip rate dengan nilai 3.84 Mcps memandu sinyal user pada sebuah carrier

bandwidth yaitu kira-kira 5 MHz. Sistem DS-CDMA biasanya yang dipakai

sebelumnya dengan bandwidth sekitar 1 MHz, seperti pada IS-95, secara umum

digunakan sebagai dasar narrowband pada system CDMA. Sudah menjadi sifat

dari wide carrier bandwidth dari WCDMA mendukung high user data rate.

3. Sistem WCDMA mendukung variabel data rates user yang cukup besar. Data rate

user dijaga konstan selama tiap 10, 20, 40 dan 80 ms frame tergantung kebutuhan

QoSnya. Namun, kapasitas data diantara user-user dapat berubah dari frame to

frame.

6.9 Handover

Handover merupakan sekumpulan algoritma dan prosedur yang menjamin

kelangsungan dari sebuah komunikasi antara UE dan jaringan pada kondisi bergerak.

Pada kondisi bergerak, prosedur tersebut dibutuhkan untuk mempertahankan

connection baik dalam sistem.

6.9.1 Jenis Handover Pada Sistem WCDMA

Ada beberapa jenis handover dalam jaringan WCDMA. Untuk skenario dari

tipe-tipe handover dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Hard Handover (HHO)

Hard Handover adalah kelompok dari prosedur HO dimana semua hubungan

yang lama dilepaskan sebelum hubungan radio yang baru dibentuk atau yang biasa

dikenal dengan istilah break-before-make.

2. Soft Handover (SHO)

Selama proses soft handover, MS terus menerus berkomunikasi dengan dua

sel atau lebih secara bersamaan yang memiliki BS yang berbeda dari RNC yang sama

(intra - RNC) atau RNC yang berbeda (inter - RNC). Semua hubungan yang lama

tidak akan dilepaskan sebelum hubungan radio yang baru terbentuk (make before

break).

3. Softer Handover

Pada kejadian softer handover, MS dikendalikan oleh paling tidak dua sektor

pada satu BS, SHO dan softer HO hanya mungkin terjadi dalam satu frekuensi carrier

dan oleh karena itu, termasuk proses handover intra - frequency.

6.9.2 Penyebab Terjadinya Handover

Handover dapat disebabkan berdasarkan hal-hal sebagai berikut :

1. Penurunan kualitas kanal radio (quality of service).

2. Meminimalisir interferensi radio.

3. Level penerimaan yang semakin lemah.

4. Jarak antara MS dan Node-B.

6.9.3 Penentuan Handover

Penentuan Handover dapat dilakukan melalui tiga cara yang berbeda yaitu

melalui MS (mobile initiated), melalui jaringan (network initiated), dan MS sekaligus

jaringan (mobile assisted).

1. Mobile Initiated :

MS melakukan pengukuran kualitas, memilih BS yang terbaik, dan

tersambung ke BS tersebut, dibantu oleh jaringan. Handover jenis ini biasanya dipicu

oleh kualitas hubungan yang buruk berdasarkan pengukuran MS.

2. Network Initiated :

BS melakukan pengukuran dan melaporkan hasil pengukuran tersebut kepada

RNC dan akan diputuskan apakah akan dilakukan handover atau tidak.

3. Mobile Assisted :

Dalam hal ini jaringan dan MS sama-sama melakukan pengukuran. MS

melaporkan hasil pengukuran dari BS yang terdekat dan jaringan melakukan

keputusan apakah akan melakukan handover atau tidak.

6.9.4 Tahap Prosedur Handover

Tahap-tahap dari proses handover dapat dibagi menjadi 3 yaitu :

1. Tahap Pengukuran (Measurement); dilakukan pengukuran informasi

penting yang dibutuhkan untuk tahap decision.

2. Tahap Keputusan (Decision); hasil pengukuran di bandingkan dengan

threshold yang telah di tetapkan sebelumnya. Kemudian akan diputuskan

apakah akan dilakukan handover atau tidak.

3. Tahap Eksekusi (Execution); proses handover selesai dan parameter

relative diubah berdasarkan jenis handover-nya. Sebagai contoh hubungan

dengan Node-B apakah ditambah atau diputuskan