Tugas Komunikasi Seluler

 

Arsitektur 4G LTE

1.1. Long Term Evolution

Long Term Evolution (LTE) adalah jaringan akses radio evolusi jangka panjang keluaran dari 3rd Generation Partnership Project (3GPP). LTE merupakan kelanjutan dari teknologi generasi ketiga (3G) WCDMA-UMTS. Penerapan teknologi ini diharapkan menjadi standar evolusi komunikasi data pita lebar bergerak. LTE diperkenalkan dalam satu rangkaian dengan System Architecture Evolution (SAE) sebagai inti jaringan generasi keempat menurut standar 3GPP. LTE dikenal juga sebagai Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) sementara SAE yang merupakan jantung dari sistem LTE juga memiliki nama lain Evolved Packet Core (EPC). Teknologi LTE dirancang untuk kecepatan akses data, LTE dapat memberikan coverage dan capacity dari layanan yang lebih besar, mengurangi biaya operasional, mendukung penggunaan multipleantenna, fleksibel dalam penggunaan band width, dan dapat saling internetworking dengan jaringan existing yang sudah ada[1].

Kemampuan Kecepatan transfer data Pada LTE dapat mencapai 100 Mbps pada sisi downlink dan 50 Mbps pada sisi uplink. Selain itu LTE ini mampu mendukung semua aplikasi yang ada baik voice, data, video, maupun IPTV. LTE diciptakan untuk memperbaiki teknologi sebelumnya. Kemampuan dan keunggulan dari LTE terhadap teknologi sebelumnya selain dari kecepatannya dalam transfer data tetapi juga karena LTE dapat memberikan coverage dan kapasitas dan layanan yang lebih besar, mengurangi biaya dalam operasional, mendukung penggunaan multiple-antenna, fleksibel dalam penggunaan bandwidth  operasinya dan juga dapat terhubung atau terintegrasi dengan teknologi yang sudah ada [2].

 

 

Menurut  Organisasi 3GPP merumuskan kriteria teknologi LTE sebagai berikut:

  1. Pesat data puncak downlink mencapai 100 Mbps saat pengguna bergerak cepat dan 1 Gps saat bergerak pelan atau diam. Sementara itu, untuk uplink pesat data puncak adalah 50 Mbps.
  2. Menggunakan penyambungan Packet Swich (PS) sehingga memungkinkan sistem mengadopsi IP secara menyeluruh.
  3. Band width yang fleksibel, mulai dari 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz hingga 20 MHz.
  4. Meningkatkan layanan broadcast.
  5. Tunda sistem berkurang hingga 10 ms. [1]

1.1.1. Arsitektur Teknologi LTE

Arsitektur jaringan LTE dirancang untuk tujuan mendukung trafik packet switching dengan mobilitas tinggi, Quality of Service (QOS), dan Latency yang kecil. Pendekatan packet switching ini memperbolehkan semua layanan termasuk layanan voice menggunakan koneksi paket. Oleh karena itu pada Arsitektur jaringan LTE dirancang sesederhana mungkin, yaitu hanya terdiri dari dua node yaitu eNode B dan mobility management entity/gateway (MME/GW). LTE diperkenalkan dalam satu rangkaian dengan system Architecture Evolution (SAE) sebagai inti dari jaringan generasi keempat ini menurut standar 3GPP. LTE dikenal juga sebagai Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) sementara SAE yang merupakan jantung dari sistem LTE juga memiliki nama lain Evolved Packet Core.

(EPC). Perbedaan EPC dengan sentral penyambungan generasi sebelumnya adalah bahwa EPC murni bekerja berdasarkan prinsip Packet Switch (PS), tidak ada lagi penyambungan Circuit Switch (CS). Sisi Arsitektur LTE dikenal dengan menggunakan suatu istilah SAE (System Architecture Evolution) yang menggambarkan suatu evolusi Arsitektur di bandingkan dengan teknologi sebelumnya. Secara keseluruhan (High Level Architecture/Arsitektur tingkat tinggi), didalamnya terdapat tiga komponen penting yakni UE (User Equipment), E-UTRAN (Evolved UMTS terrestrial radio access Network), dan EPC (Evolved Packed Core) [1].

  1. User Equipement

User Equipement (UE) adalah perangkat komunikasi pengguna. Perangkat ini dapat berupa smartphone atau telepon seluler, tablet, komputer, maupun segala perangkat yang dapat terhubung dengan internet. UE berisi Universal Subscriber Identity Module (USIM) yang merupakan modul terpisah dari kesuluruhan UE dan kadang disebut juga Terminal Equipment (TE). Pada bagian radio akses selain mengenai UE juga mengenal Enode B (Evolved Node B) yaitu adalah antar muka dari jaringan LTE dengan UE. Pada GSM dikenal sebagai BTS.

  1. E-UTRAN (Evolved UMTS terrestrial radio access Network)

Gambar 1 2 Arsitektur E-UTRAN [7]

E-UTRAN adalah system Arsitektur LTE yang memiliki fungsi menangani sisi radio akses dari UE ke jaringan core. Berada seperti teknologi sebelumnya yang memisahkan node B dan RNC menjadi elemen tersendiri, pada system LTE E-UTRAN hanya dapat satu komponen yakni Evloved node B (eNode B) yang telah menggabungkan fungsi dari keduanya. eNode B secara fisik adalah suatu base station yang terletak dipermukaan bumi (BTS Greenfield) atau ditempatkan di atas gedung-gedung (BTS Rooftof). Bila pada Arsitektur UTRAN node B ingin berkomunikasi dengan node B lainya harus melewati RNC. Hal tersebut menimbulkan ketidak efesienan karena menimbulkan delay time. Namun pada LTE hal tersebut dapat diminimalisir karena eNodeB langsung dapat berkomunikasi dengan eNode B lainya. eNode B memiliki dua interface sekaligus yakni interface S1 untuk menghubungkan dengan EPC, dan interface X2 untuk hubungan langsung antar eNode B lainya. Fungsi dariX2 sendiri adalah untuk mendukung akses komunikasi dan penerusan paket trafik pada saat UE melakukan handover. eNode B memiliki dua tugas penting, yang pertama adalah sebagai radio transmitter dan receiver. Dan yang kedua adalah untuk mengontrol low-level operation semua mobile user dengan cara mengirim suatu sinyal tertentu berupa pesan seperti pada saat proses handover

  1. Evolved Packet Core (EPC)

 EPC adalah sebuah sistem yang baru dalam evolusi Arsitektur komunikasi seluler. Sebuah system dimana pada bagian core network menggunakan all-IP – sebuah kerangka konvergensi yang berbasis packet real time dan layanan nonreal time yang dibentuk oleh 3GPP release 8 standar. EPC menyediakan fungsionalitas core mobile yang pada generasi sebelumnya memiliki dua bagian yang terpisah yaitu sub-domain: circuit-switched (CS) untuk voice dan packet -switched (PS) untuk data. Pada LTE kedua sub-domain ini, dimana pengolahan dan switching antara mobile voice dan data, akan bersatu dalam sebuah domain IP tunggal. LTE akan menjadi sistem yang dari end-to-end nya akan menggunakan IP yaitu dari eNode B (LTE Base Station), EPC dan sampai kepada domain applikasi (IMS atau non IMS).

Dengan adanya EPC yang memiliki high performance dan mempunyai kapasitas yang besar pada all-IP di core network membuat memberikan layanan real time yang lebih baik dan menyajikan berbagai layanan media yang kaya dengan mengkatnya Qualitas of Eperience (QoE). EPC dengan sistem Arsitektur all-IP dalam mobile network akan berimplikasi pada:

  1. Layanan mobile, karena semua komunikasi suara, data dan video akan dibangun pada protocol IP
  2. Internetworking Arsitektur baru denegan generasi sebelumnya (2G/3G)
  3. Skalabilitas sangat dibutuhkan untuk mengatasi peningkatan dalam jumlah besar untuk koneksi langsung ke terminal pengguna, pelipatan penggunaan bandwidth, dan mobilitas terminal yang bergerak dinamis.
  4. Keandalan dalam availability setiap elemen untuk menjamin kelangsungan layanan untuk mengatasi perbedaan jaringan dan layanan.

Pada EPC ada 4 bagian utama yang terpenting dalam mendukung jaringan LTE, yaitu: MME, SGW, PGW dan PCRF.

  1. Mobility Management Entity (MME)

Mobility Management Entity (MME) merupakan elemen control utama yang terdapat pada EPC. Biasanya pelayanan MME pada lokasi keamanan operator. Pengoperasiannya hanya pada control plane dan tidak meliputi data user plane. MME juga memiliki koneksi control plane secara langsung pada UE, dan koneksi ini digunakan pripary control channel antara UE dan jaringan. Fungsi utama MME pada Arsitektur jaringan LTE adalah sebagai berikut [1].

  1. Authentication dan security,

ketika UE pertama kali melakukan registrasi ke jaringan, MME memulai authentikasi, diikuti performansinya; pada saat menemukan permanen UE berdasarkan identitas dari jaringan sebelumya atau UE tersebut.

  1. MME menjaga jalur lokasi semua UE yang berada pada service area.

Ketika UE pertama kali melakukan regestrasi ke jaringan, MME akan membuat sebuah entry untuk UE, dan mengalokasikanya sinyal ke HSS pada UE Home network.

  1. Managing Subscription Profile dan Service Connectivity,

saat UE melakukan regestrasi ke jaringan, MME akan bertanggung jawab untuk mendapatkan kembali profile pelanggan dari Home network, MME akan mengirimkan informasi ini selama melayani UE.

  1. Serving Gateway (S-GW)

Gateway (GW melayani dan PDN GW) menangani use plane. Mengangkut IP lalu lintas data antara UE dan jaringan eksternal. S-GW melayani titik interkoneksi antara sisi radio dan EPC. Seperti namanya menunjukkan, gateway ini menyajikan UE oleh routing paket-paket IP masuk dan keluar. Itu adalah titik anchor untuk mobilitas intra-LTE (yaitu dalam hal serah terima antara eNode Bs) antara LTE dan  mengakses 3GPP lainnya. Logis terhubung ke gateway lain, PDN GW[3].

S-GW merupakan bagian dari infrastruktur jaringan sebagai pusat operasional dan maintenance. Ketika interface S5/S8 berbasis GTB, S-GW akan menjembatani ke semua interface pada user plane. Peran S-GW sangat sedikit pada fungsi pengontrolan. Hanya bertanggung jawab pada sumber sendiri, dan mengalokasikannya berdasarkan permintaan MM, P-GW atau PCRF, yang memerlukan set up, memodifikasi.atau penjelasan pada UE. Jika permintaan diterima oleh P-GW atau PCRF, S-GW juga akan memberitahu MME sehingga dapat mengontrol hubungan dengan eNode B. Ketika MME menginisasikan bermintaan, S-GW akan memberikan sinyal pada P-GW atau PCRF, tergantung apakah S5/S8 berbasis GTP atau PMIP.

  1. Packet Data Network Geteway (PDN-GW)

Fungsi PDN-GW adalah sebagai pintu gerbang ke Internet. Menghubungkan ke SGW melalui interface S5-UP dan ke Internet melalui interface SGi. pada forward direction dibutuhkan paket data pengguna dari SGW dan transfer ke internet melalui interface SGi. pada forward direction data paket dikemas ke S5 GTP tunnel dan diteruskan kepada SGW yang bertanggung jawab untuk pengguna dimaksudkan. PDN gateway juga bertanggung jawab untuk menugaskan alamat IP untuk perangkat mobile. Hal ini terjadi ketika seorang pelanggan diaktifkan pada perangkat mobile mereka.

Bagian Ini memainkan peran penting dalam hal skenario roaming internasional. interface roaming yang digunakan untuk menghubungkan GSM/GPRS, UMTS/HSPA atau jaringan LTE operator jaringan yang berbeda dari berbagai negara. Misalnya, jika pelanggan telah pindah ke negara lain dan ingin terhubung ke internet maka jaringan asing akan query data pengguna di jaringan rumah untuk otentikasi purposes. Authentication pembawa didirikan dan GTP pengguna terowongan yang dibuat antara SGW pengunjung jaringan dan PDN-GW jaringan rumah pelanggan melalui interface yang disebut S8 [4]. Adapun PDN-GW ini mendukung:

  1. Policy enforcement features
  2. Packet filtring
  3. Charging support
  4. Teknologi Akses Jamak Pada LTE

Akses jamak adalah metode untuk mengoptimalkan lebar spektrum (bandwidth) agar dapat digunakan oleh sebanyak mungkin pengguna namun dengan gangguan seminimal mungkin. Akses jamak pada LTE berdasarkan pada konsep Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Pada penerapannya, downlink yakni dari eNode B menuju UE menggunakan modifikasi OFDM yakni OFDMA. Sementara itu pada uplink yakni dari UE menuju eNode B digunakan varian OFDM yang lebih efisien yakni SC-FDMA.

Gambar 1. 4 Perbandingan ingan OFDMA dan SC-FDMA[5]

  1. OFDMA[1]

Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) bisa dikatakan merupakan gabungan konsep OFDM dengan FDMA. Subcarrier yang saling orthogonal tidak hanya dipetakan berdasarkan waktu namun juga dapat dialokasikan secara terpisah. Multiplexing fisik dilakukan dengan mengalokasikan setiap user pada slot frekuensi-waktu dan dipilah berdasarkan kecepatan datanya. OFDMA sebelumnya telah dipergunakan oleh beberapa teknologi lain seperti wifi.

  1. SC-FDMA[1]

Pada prinsipnya SC-FDMA memiliki kesamaan dengan OFDMA. Bila pada OFDMA simbol ditransmisikan dengan durasi yang lama dan berpita sempit, maka pada SC-FDMA merupakan kebalikan dari itu. Pada SC-FDMA simbol ditransmiskan pada durasi cepat (bit rate tinggi) namun dengan pita yang lebar. Pemilihan OFDMA pada LTE dirasa mampu mengakomudir kebutuhan layanan. Namun penggunaan OFDMA pada sisi uplink belum optimal, salah satu faktornya adalah tingginya nilar PAPR (Peak average power ratio). PAPR adalah tingkat perbandingan daya rata-rata dengan daya puncak. Dalam kondisi OFDMA suatu informasi dibawa oleh suatu symbol yang berisi bit-bit informasi. Symbol tersebut didefinisikan menurut diagram konstelasi berdasarkan skema modulasi yang digunakannya, bisa berupa QPSK, 16QAM atau 64QAM. Pengguna transmisi data berupa bit rate rendah dengan pita sempit akan sangat rentan terhadap variasi daya yang terjadi antara carier yang disebabkan noise

  1. Radio Frame Structure LTE

Frame radio structure merupakan suatu susunan data dalam domain waktu yang memuat Signal informasi yang dikirimkan transmitter kepada receiver melalui kanal radio. Begitu pula halnya dengan LTE, pada LTE dikenal juga suatu radio frame yang masing-masing berbeda tergantung mode duplex yang digunakan. LTE dapat menggunakan Time Division Duplex (TDD) dan Frequency Divison Duplex (FDD) yang cukup fleskibel. Masing-masing mode tersebut menggunakan frame structure yang berbeda pula

  1. Time Division Duplex (TDD)[5]

Prinsip utama dalam  mode TDD adalah menggunakan frekuensi yang sama untuk transmisi uplink dan downlink . TDD memisahkan waktu untuk uplink dan downlink . Seperti pada FDD, TDD juga mendukung lebar band with yang sama, dari 1,4 MHz hingga 20 MHz. Dengan menggunakan frekuensi yang sama untuk uplink dan downlink , maka throughput maksimum yang dapat oleh LTE TDD dengan konfigurasi sama akan menjadi lebih rendah diband ing FDD.

Dalam kasus TDD operasi (Gambar 1.5), ada frekuensi single carier hanya dan transmisi uplink dan downlink dipisahkan dalam domain waktu setiap sel. Seperti yang terlihat dalam gambar, beberapa subframe dialokasikan untuk transmisi uplink dan beberapa subframe untuk transmisi downlink , dengan beralih antara downlink dan uplink yang terjadi di subframe khusus (subframe 1 dan, dalam beberapa kasus, subframe 6). Dengan cara ini kemampuan Penerima dan pemancar pengolahan yang sama dapat digunakan dengan kedua duplexing TDD dan FDD mode yang memungkinkan penggunaan lebih cepat pada LTE. Sistem TDD dapat diimplementasikan pada sebuah band  berelektron (atau dua band dipasangkan secara terpisah) sementara sistem FDD selalu membutuhkan sepasang band dengan wajar pemisahan antara arah uplink dan downlink , dikenal sebagai pemisahan dupleks.

B.Frekuensi Division Duplex (FDD)      

Mode operasi FDD memerlukan sepasang frekuensi untuk operasi dengan membedakan waktu untuk uplink dan downlink . LTE dengan mode kerja FDD akan menghasilkan throughput jaringan sama besar antara uplink dan downlink apabila parameter seperti modulasi, konfigurasi antena dan overhead protocol sama. Hal ini dikarenakan resource yang digunakan untuk uplink dan downlink sama besar. Dalam kasus FDD operasi (Gambar 1.5), ada dua frekuensi pembawa, satu untuk transmisi uplink (fUL) dan satu untuk transmisi downlink (GFDL). Selama setiap frame , itu terdapat sepuluh subframes uplink dan downlink sepuluh subframes , dan transmisi uplink dan downlink dapat terjadi secara bersamaan dalam sel [6].

DAFTAR PUSTAKA

  1. Wardhana, L., Aginsa, B. F., Dewantoro, A., Harto, I., Mahardika, G., & Hikmaturokhman, A. (2014). 4G Handbook Edisi Bahasa Indonesia. Jakarta Selatan: www. nulisbuku. com.
  2. Sidah, Rusli and S. Syafruddin, “Studi Perkembangan Teknologi 4g-LTE dan Wimax di Indonesia,” Jurnal Ilmiah Elektrikal Enjiniring UNHAS, vol. IX, p. 3, 2011.
  3. Mobile Com Laboratory. Modul Femtocell Planning for LTE Network “Overview of LTE”. Bandung : Institut Teknologi Telkom Bandung.
  4. Singh, “Overview of the Evolved packet core network,” UNIVERSITY OF ALBERTA, Edmonton.
  5. Moray, “3GPP LTE: Introducing Single-Carrier FDMA,” Agilent Measurement Journal , vol. I, no. 1, p. 3, 2008.
  6. R. M. W. Tijane Fatima Zohra BADR, “Handover Management Scheme In LTE Femtocell Networks,” International Journal of Computer Science & Information Technology, vol. V, no. 3, p. 3, 2013.
  7. Lucent, “The LTE Network Architecture,” Alcatel Lucent, 2009Wray Castie, “LTE Evolved Packet Core Network,” Wray Castie, Bridge Mills, Stramongate, 2012.

berikut saya lampirkan tugas komunikasi Seluler

Tugas Mata Kuliah Komunikasi Seluler & PPT 4G