Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) pada Komunikasi Wireless

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) adalah sebuah teknik transmisi yang menggunakan beberapa buah frekuensi yang saling tegak lurus (orthogonal). Pada saat ini, OFDM telah dijadikan standar dan dioperasikan di Eropa yaitu pada Proyek DAB (Digital Audio Broadcast)[11], selain itu juga digunakan pada HDSL(High Bit-rate Digital Subscriber Lines; 1.6 Mbps)[9], VHDSL (Very High Speed Digital Subscriber Lines; 100 Mbps)[9] , HDTV (High Definition Television)[10] dan juga komunikasi radio[5][7][8]. Teknologi ini sebenarnya sudah pernah diusulkan pada sekitar tahun 1950[1-4], dan penyusunan teori-teori dasar dari OFDM sudah selesai sekitar tahun 1960. Pada tahun 1966, OFDM telah dipatenkan di Amerika[4]. Kemudian pada tahun 1970-an, muncul beberapa buah paper yang mengusulkan untuk mengaplikasikan DFT (Discrete Fourier Transform) pada OFDM[6], dan sejak tahun 1985 muncul beberapa paper yang memikirkan pengaplikasian tekonologi OFDM ini pada komunikasi wireless.

Akhir-akhir ini teknologi OFDM ini kembali menjadi bahan pembicaraan para pakar komunikasi, hal ini tak dapat dipisahkan dari pesatnya perkembangan teknologi LSI. Karena sebelum teknologi LSI berkembang, meskipun secara teori sangat menjanjikan, tapi OFDM dianggap kurang aplikatif karena terlalu rumit.

Prinsip dasar OFDM

OFDM adalah sebuah teknik transmisi dengan banyak frekuensi (multicarrier), menggunakan Discrete Fourier Transfor (DFT). Bagan dasar dari OFDM ditampilkan pada gambar.1.

Cara kerjanya adalah 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), mengenai hal ini akan dijelaskan lebih lanjut. Setelah itu simbol-simbol OFDM dikonversikan lagi kedalam bentuk serial, dan kemudian sinyal dikirim.

Sinyal yang terkirim tersebut, dalam persamaan matematik bisa diekspresikan sebagai berikut,

Dimana Re(.) adalah bagian real dari persamaan, f(t) adalah respons implus dari filter transmisi, T adalah periode simbol, v _o adalah frekuensi pembawa (carrier frequency) dalam bentuk radian, j adalah fase pembawa (carrier phase), dan b_n adalah data informasi yang telah termodulasi yang menjadi input dari IDFT.

Gambar 1. Bagan Dasar OFDM

Untuk mempermudah, maka pembahasan mengenai keadaan sinyal ketika melewai jalur komunikasi (channel) akan dibahas pada bagian lain.

Sedangkan pada stasiun penerima, dilakukan operasi yang berkebalikan dengan apa yang dilakukan di stasiun pengirim. Mulai dari konversi dari serial ke parallel, kemudian konversi sinyal parallel dengan Fast Fourier Transform (FFT), setelah itu demodulasi, konversi parallel ke serial, dan akhirnya kembali menjadi bentuk data informasi.

Apa yang dimaksud dengan Orthogonal ?

Istilah orthogonal dalam Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) mengandung makna hubungan matematis antara frekuensi-frekuensi yang digunakan. Dengan persamaan matematika bisa diekspresikan sebagai berikut, dua buah kumpulan sinyal dikatakan orthogonal bila,

Pemakaian frekuensi yang saling orthogonal pada OFDM memungkinkan overlap antar frekuensi tanpa menimbulkan interferensi satu sama lain. Ada beberapa kumpulan sinyal yang orthogonal, salah satunya yang cukup sering kita gunakan adalah sinyal sinus, sebagaimana diperlihatkan pada gambar.2.

Gambar .2 Sinyal-sinyal orthogonal

Keunggulan

Efisien dalam pemakaian frekuensi

Untuk memperjelas perbedaan OFDM, baik dalam operasi dasarnya maupun dalam segi efisiensi spektrumnya, dengan sistem single carrier, dan juga dengan sistem multicarrier konvensional, bisa dilihat pada Gambar.3. Dari gambar tersebut bisa dilihat, bahwa OFDM adalah salah satu jenis dari multicarrier (FDM), tetapi memiliki efisensi pemakaian frekuensi yang jauh lebih baik. Pada OFDM overlap antar frekuensi yang bersebelahan diperbolehkan, karena masing-masing sudah saling orthogonal, sedangkan pada sistem multicarrier konvensional untuk mencegah interferensi antar frekuensi yang bersebelahan perlu diselipkan frekuensi penghalang (guard band), dimana hal ini memiliki efek samping berupa menurunnya kecepatan transmisi bila dibandingkan dengan sistem single carrier dengan lebar spektrum yang sama. Sehingga salah satu karakteristik dari OFDM adalah tingginya tingkat efisiensi dalam pemakaian frekuensi. Selain itu pada multicarrier konvensional juga diperlukan band pass filter sebanyak frekuensi yang digunakan, sedangkan pada OFDM cukup menggunakan FFT saja.

Gambar.3. Perbandingan dengan SCM dan FDM

Kuat menghadapi frequency selective fading

Karakter utama yang lain dari OFDM adalah kuat menghadapi frequency selective fading. Dengan menggunakan teknologi OFDM, meskipun jalur komunikasi yang digunakan memiliki karakteristik frequencyselective fading (dimana bandwidth dari channel lebih sempit daripada bandwidth dari transmisi sehingga mengakibatkan pelemahan daya terima secara tidak seragam pada beberapa frekuensi tertentu), tetapi tiap sub carrier dari sistem OFDM hanya mengalami flat fading (pelemahan daya terima secara seragam). Pelemahan yang disebabkan oleh flat fading ini lebih mudah dikendalikan, sehingga performansi dari sistem mudah untuk ditingkatkan.

Teknologi OFDM bisa mengubah frequency selective fading menjadi flat fading, karena meskipun sistem secara keseluruhan memiliki kecepatan transmisi yang sangat tinggi sehingga mempunyai bandwidth yang lebar, karena transmisi menggunakan subcarrier (frekuensi pembawa) dengan jumlah yang sangat banyak, sehingga kecepatan transmisi di tiap subcarrier sangat rendah dan bandwidth dari tiap subcarrier sangat sempit, lebih sempit daripada coherence bandwidth (lebar daripada bandwidth yang memiliki karakteristik yang relatif sama). Perubahan dari frequency selective fading menjadi flat fading bisa diilustrasikan seperti gambar 4.

Gambar.4 Ilustrasi frequency selective fading pada sinyal OFDM

Tidak sensitif terhadap sinyal tunda

Keuntungan yang lainnya adalah, dengan rendahnya kecepatan transmisi di tiap subcarrier berarti periode simbolnya menjadi lebih panjang sehinnga kesensitifan sistem terhadap delay spread (penyebaran sinyal-sinyal yang datang terlambat) menjadi relatif berkurang.

Kelemahan

Sebagai sebuah sistem buatan menusia, tentunya teknologi OFDM pun tak luput dari kekurangan-kekurangan. Diantaranya, yang sangat menonjol dan sudah lama menjadi topik penelitian adalah frequency offset dan nonlinear distortion (distorsi nonlinear).

• Frequency Offset

Sistem ini sangat sensitif terhadap carrier frequency offset yang disebabkan oleh jitter pada gelombang pembawa (carrier wave) dan juga terhadap Efek Doppler yang disebabkan oleh pergerakan baik oleh stasiun pengirim maupun stasiun penerima.

• Distorsi Nonlinear

Teknologi OFDM adalah sebuah sistem modulasi yang menggunakan multi-frekuensi dan multi-amplitudo, sehingga sistem ini mudah terkontaminasi oleh distorsi nonlinear yang terjadi pada amplifier dari daya transmisi.

• Sinkronisasi Sinyal

Pada stasiun penerima, menentukan start point untuk memulai operasi Fast Fourier Transform (FFT) ketika sinyal OFDM tiba di stasiun penerima adalah hal yang relatif sulit. Atau dengan kata lain, sinkronisasi daripada sinyal OFDM adalah hal yang sulit.

Guard interval

Pada OFDM, sinyal didesain sedemikian rupa agar orthogonal, sehingga bila tidak ada distorsi pada jalur komunikasi yang menyebabkan ISI(intersymbol interference) dan ICI(intercarrier interference), maka setiap subchannel akan bisa dipisahkan stasiun penerima dengan menggunakan DFT. Tetapi pada kenyataannya tidak semudah itu. Karena pembatasan spektrum dari sinyal OFDM tidak strict, sehingga terjadi distorsi linear yang mengakibatkan energi pada tiap-tiap subchannel menyebar ke subchannel di sekitarnya, dan pada akhirnya ini akan menyebabkan interferensi antar simbol (ISI). Solusi yang termudah adalah dengan menambah jumlah subchannel sehingga periode simbol menjadi lebih panjang, dan distorsi bisa diabaikan bila dipandingkan dengan periode simbol. Tetapi cara diatas tidak aplikatif, karena sulit mempertahankan stabilitas carrier dan juga menghadapi Doppler Shift. Selain itu, kemampuan FFT juga ada batasnya.

Gambar 5. Cara Penyisipan Interval Penghalang

Pendekatan yang relatif sering digunakan untuk memecahkan masalah ini adalah dengan menyisipkan guard interval (interval penghalang) secara periodik pada tiap simbol OFDM. Sehingga total dari periode simbol menjadi

T total = T guard + T symbol (3)

Cara penyisipan diilustrasikan pada gambar 5, sedangkan efek dari penyisipan interval penghalang ini bisa diilustrasikan pada gambar.6.

Gambar.6a, Gambar. 6b Efek Penyisipan Interval Penghalang

Kombinasi dengan CDMA

Pada sekitar tahun 1994, ada beberapa paper yang mengusulkan kombinasi antara teknologi OFDM dengan teknologi CDMA (Code Division Multiple Access)[5][12][13][14], yaitu menggunakan OFDM untuk modulasi tiap stasiun dan menggunakan CDMA untuk multiple access, yaitu penggabungan sinyal-sinyal dari beberapa stasiun pengirim pada sebuah jalur komunikasi yang harus digunakan secara bersama. Tema penelitian ini cukup meramaikan jurnal-jurnal komunikasi tingkat internasional seperti IEEE Transaction on Communiation, IEEE Journal on Selected Areas of Communication, IEEE Vehicular Technology, dan lain-lain. Alasan utama banyaknya perhatian terhadap teknologi ini, karena kemampuannya untuk menggabungkan keistimewaan dari CDMA yang terkenal sangat tahan terhadap interferensi, dengan keistimewaan-keistimewaan dari OFDM seperti yang sudah disebutkan diatas. Metode OFDM CDMA ini juga memungkinkan pemakaian CDMA untuk pengiriman data berkekecapatan tinggi.

WiMax

Salah satu teknologi terbaru yang berkembang sekarang ini adalah teknologi WiMAX dengan standar nirkabel IEEE. 802.16X-2004. WiMAX merupakan suatu platform yang digunakan pada Metropolitan Area Network (MAN) yang sebelumnya menggunakan fiber optic, GSB, FSL.

Apa itu WiMAX?

WiMAX merupakan singkatan Worldwide Interoperability for Microwave Access. Ini merupakan salah satu bentuk teknologi nirkabel yang sedang menjadi pusat perhatian operator telekomunikasi, pebisnis maupun pengguna internet di dunia.

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) hadir sebagai solusi keterbatasan akses pada Wi-Fi yang notabene memang dirancang untuk pemakaian dalam ruang. Teknologi yang menggunakan OFDM ini mamapu memberikan layanan data berkecepatan hingga 70 Mbps dalam radius 50 km. Radius yang cukup untuk menjadikanWiMAX sebagai jaringan telekomunikasi broadband menggantikan teknologi fixedline. Jika dibandingkan dengan fixedline biaya instalasi jaringan WiMAX jauh lebih murah. Dengan teknologi WiMAX, impian akan layanan informasi data yang murah dengan kecepatan tinggi akan segera terwujud murah meriah dengan kualitas yang jauh lebih baik.

WiMAX datang untuk menjawab permasalahan yang ada di sektor broadband. Ketika telepon dan jaringan lokal mulai beranjak ke sistem nirkabel, akses broadband untuk bisnis atau perumahan masih cenderung mengandalkan kabel untuk penyaluran datanya. Jelas hal ini merugikan operator sekaligus konsumen yang ada di luar jangkauan kabel tersebut.

Laporan perusahaan riset Park Associates beberapa waktu lalu, akan ada sekitar tujuh juta pelanggan akses broadband berbasis layanan WiMAX pada akhir 2009 mendatang. Operator awalnya akan menggunakan peralatan berbasis WiMAX fixed version yang artinya lebih ditujukan bagi pelanggan perumahan dan kantor.

Baru-baru ini WiMAX juga maju selangkah meninggalkan teknologi broadband nirkabel lainnya yang masih dalam tahap pengembangan. Standar WiMAX, yaitu 802.16X2004 disetujui dunia industri, sehingga pembuatan dan penjualan perangkatnya yang murah bisa lebih dipercepat. Setelah melewati masa uji dan sertifikasi, produk-produk tersebut kemungkinan bisa masuk ke pasar di 2006.

Standar WiMAX lainnya, yaitu 802.16e kini juga sedang dikembangkan. Fungsinya, lebih terkait dengan industri seluler, yaitu memungkinkan ponsel mengirim dan menerima data yang lebih besar. Teknologi WiMAX bisa jadi lompatan besar bagi perusahaan komunikasi dunia, terutama untuk negara-negara yang sedang membangun di kawasan Asia. Negara yang selama ini masih mengandalkan jaringan kabel. Dengan teknologi ini lompatan menuju jaringan pita lebar atau broadband dapat lebih cepat dilakukan. Alasan ini membuat perusahaan komunikasi China dan India pun tertarik untuk bergabung.

Karakteristik WiMAX :

Untuk mendapatkan layanan WiMAX, memerlukan antena khusus yang dapat dioperasikan oleh 60 perusahaan dengan koneksi masing-masing sekira 1 Mbps.

Karakteristik utama yang dimiliki WiMAX antara lain:

Pada versi awal IEEE 802.16a bekerja di frekuensi 10 – 66 GHz, sehingga cocok digunakan untuk teknologi point to point.

Untuk versi IEEE 802.16 ini dapat digunakan untuk hubungan nonline outsite (NLOS). Kompatibel dengan digital switch yang ada ( ATM,dll) dengan optimal data rate per user antara 300 kbps – 2 Mbps dan rangenya 5 – 8 km untuk maksimal throughput.

Untuk versi IEEE 802.16d , muncul teknologinya di bulan Oktober 2004. Tekniknya terjadi pemecahan kanal ke kanal

– kanal terkecil menggunakan Op-Amp dan teknologi Amart Antenna. Digunakan untuk fixed access, yang meliputi BS maupun receiver yang merupakan CPE. BS berupa Proxim Tsunami MP.16 akan dipasarkan baik kepada operator telekomunikasi maupun kepada perusahaan pemakai.

Versi IEEE 802.16e dikeluarkan akhir tahun 2004 ini yang akan digunakan untuk mendukung mobilitas (Handover, roaming) pada system selular sampai 120 km/jam dan bekerja dalam NLOS. Digunakan untuk aplikasi mobile access.

Dikonfigurasikan untuk layanan di pedesaan sampai radius maksimal 50 km, atau layanan di daerah berpenduduk padat di perkotaan untuk jarak 1- 4 km, dengan data rate sampai 75 MB/s. Dapat dibayangkan dengan teknologi ini, peralatan wireless point-to-multipoint, broadband, none-line-of-sight (NLOS), last-mile access dan solusi backhaul yang memungkinakan melengkapi, memperluas, bahkan menggantikan infra struktur jaringan pakai kabel.

Sistem ini mendukung teknologi video streaming, VoIP telephony, tayangan diam maupun bergerak, e-mail, Web browsing, e-commerce, dan layanan berbasis lokasi. Kunci keberhasilan WiMAX ini ada pada frekuensi yang tidak memerlukan ijin dan biaya, misalnya jika dibandingkan

dengan AT&T Wireless membayar milyaran dollar ke pemerintah AS untuk menggunakan secara eksklusif gelombang radio frekuensi tertentu, yang memungkinkan perusahaan ini memberikan jasa layanan mobile-phone atau ponsel pada pelanggannya tanpa gangguan, tapi membatasi pesaingnya menggunakan frekuensi yang sama. WIMAX – IEEE 802.16

Komponen WiMAX

Komponen utama WiMAX system adalah Subscriber Station (SS)atau yang dikenal dengan nama CPE dan Base Station (BS). BS dan satu atau lebih SS dapatmembentuk sebuah sel dengan struktur point-to-multipoint (P2MP). Di udara, BS mengontrol aktifitas bersama sel, termasuk akses ke medium oleh SS, alokasi untuk kualitas layanan (QoS) dan mengatur keamanan jaringan yang dibawahinya.

Sistem 802.16 menggunakan antenna di site SS. Antena ini meng-cover daerah cakupannya. Perlengkapan seperti Adaptive Antenna System (AAS) dan sub-kanal juga didukung oleh standar untuk perencanaan link budget untuk instalasi indoor. IEEE 802.16e bekerja khusus untuk standar mobilitas dan men-support kekuatan terminal SS.

BS umumnya menggunakan antenna sector d/directional atau omni-directional. Fixed SS umumnya menggunakan antena directional sedangkan mobile atau portable SS umumnya menggunakan antena directional. Multiple BS dapat dikonfigurasi untuk membentuk jaringan selular wirelessw. Ketika Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) digunakan, radius sel mencakup 30 mile. Paling tidak, praktisnya radius minimal sel mencakup kurang lebih 5 mile. Standar 802.16 juga dapat digunakan pada point-to-point (P2P) atau topologi Mesh, menggunakan sepasang antena directional. Hal ini dapat digunkan untuik meningkatkan range yang efektif dengan system yang relative untuk mendukung mode P2MP.

WiMAX vs Wi-Fi vs DSL

Sebenarnya perfomansi WiMAX hampir sama dengan WiFi yaitu, keduanya menggunakan “hotspot” atau lingkungan sekitar antenna dimana kita dapat mengakses informasi dengan PDA, Laptop atau gadget lainnya. Perbedaannya adalah pada segi jangkauan radiusnya. Untuk WiFi bisa menjangkau 100 feet atau sekitar radius 30 meter, sedangkan WiMAX memiliki jangkauan 25-30 mile atau sekitar 40-50 Km (maksimal 50 Km). Hal ini berarti bahwa WiMAX dapat digunakan sebagai pengganti broadband tradisional yang masih menggunakan line telepon (seperti, ASDL, ISDN) dan kabel (Internet melalui TV Kabel atau jaringan PLN misalnya). Untuk permulaan, WiMAX ditujukan untuk penggunaan fixed wireless. Saat ini Memang banyak pebisnis teknologi informasi yakin WiMAX akan segera mendunia. Padahal pengembangan Wi-Fi saja memerlukan waktu 10 tahun. Teknologi ini sebenarnya adalah pengembangan lebih lanjut dari konsep Wi-Fi.

Teknologi ini sudah banyak memberikan kemudahan bagi manusia, namun mempunyai kendala terbatasnya kapasitas dan jangkauannya. Sedangkan banyak perusahaan besar di dunia membutuhkan akses jaringan tanpa kabel yang memiliki kapasitas data besar, biaya murah dan bisa diakses dari semua tempat.

Teknologi Wi-Fi memiliki jangkauan yang terbatas, paling jauh sekira 100 meter saja. Bandingkan dengan WiMAX memiliki radius jangkauan sekira 7 sampai dengan 10 km. Tidak salah kalau WiMAX diproyeksikan sebagai teknologi jaringan tanpa kabel untuk daerah perkotaan. WIMAX – IEEE 802.16 Dengan WiMAX kemana pun kita pergi di dalam kota, akses internet dapat dilakukan tanpa biaya yang terlalu mahal. Untuk mencari informasi tidak perlu pergi ke kantor ataupun warung internet, cukup duduk di mobil sambil menunggu lalu lintas yang macet, kemudian membuka notebook. Sedangkan untuk Wi-Fi begitu keluar dari area hotspot, koneksi data langsung mati.

WiMAX memiliki kemampuan menghantarkan data sampai dengan kecepatan 75 megabit perdetik (Mbps), sedangkan Wi-Fi hanya 11 Mbps. Keunggulan lainnya adalah WiMAX bermain pada frekuensi yang cukup rendah dan lebar, yaitu 2 – 6 gigahertz (GHz). Sedangkan Wi-Fi yang diatur dalam protokol 802.11b di 2,4 GHz dan protokol 802.11a di 5 GHz.

Standar WiMAX ini menjanjikan penyediaan konektifitas broadband jarak jauh dengan kecepatan DSL. Komponen nirkabel ini diharapkan dapat menjadi suatu rancangan system-on-a-chip yang pertama bagi Customer Premise Equipment (CPE) dengan efektifitas biaya yang mendukung IEEE 802.16-2004 (dulu dikenal sebagai IEEE 802.16REVd). CPE sendiri digunakan untuk aplikasi pengiriman dan penerimaan suatu sinyal broadband nirkabel yang menyediakan konektifitas Internet.

WiFi (Wireless Fidelity) sebagai teknologi nirkabel lain yang cukup popular dengan ruang lingkup jaringan local. Tentu saja, dengan teknologi WiFi ini telah banyak diigunakan di restoran maupun kafe yang menyajikan layanan WiFi untuk pelanggannya dengan membeli kartu prabayar WiFi untuk dapat mengakses internet nirkabel dari notebook maupun PDA. Yang membedakan WiFi dengan WiMAX adalah, WiFi dipasang terutama di satu spectrum yaitu 2.4 GHz yang umumnya tidak memerlukan lisensi. Sedangkan jika dibandingkan dengan WiMAX, berbasis frekuensi antara 2 – 11 GHz, yang nantinya frekuensi ini akan dipersempit lagi sesuai arahan pelopor WiMAX yang tergabung dalam WiMAX Forum.

Sedangkan DSL sendiri memang berkecepatan tinggi dengan akses broadband kabel hanya tersedia bagi sebagian pengguna computer. Sehingga dengan WiMAX akan memungkinkan terjadinya koneksi nirkabel berkecepatan tinggi dengan biaya relative lebih murah dan efektif bagi pengguna rumahan dan bisnis, baik di daerah perkotaan maupun daerah pedesaaan. Permasalahan yang ada di sector broadband telah diselesaikan dengan adanya teknologi WiMAX. Hal yang sangat disayangkan bagi pengguna/konsumen yang ingin menikmati layanan seperti telepon dan jaringan local yang mulai beranjak ke system nirkabel, akses broadband untuk bisnis atau perumahan masih cenderung mengandalkan kabel untuk penyaluran datanya. Akibatnya, merugikan operator sekaligus konsumen yang ada diluar jangkauan kabel tersebut.

Teknologi kabel seperti Digital Subscriber Line (DSL), moden kabel dan leasedline masih memiliki daya saing dalam hal biaya, kemudahan dan perangkat yang mudah ditemui. Dan solusinya jatuh pada WiMAX yang berupaya menyatukan industri nirkabel sekaligus menurunkan harga perangkat nirkabel tersebut.

WiMAX Forum

WiMAX Forum merupakan suatu forum konsorsium vendor-vendor atau provider telekomunikasi yang melakukan berbagai upaya untuk pengembangan WiMAX, diantaranya adalah:

1. Untuk menstandarkan IEEE 802.16e
2. Untuk mensponsori dan promosi WiMAX itu sendiri
3. Untuk membuat konsorsium standarisasi teknologi WiMAX pada multinational company untuk menstandarkan sistemnya dan juga memastikan tiap perangkat antar vendor dapat berkomunikasi. Yang termasuk anggota WiMAX Forum adalah: Vendor – vendor IC Pembuat alat OMC, misalnya Alcatel, Ericson, Siemens Service Provider, misalnya British Telecom, Singapore Telecome, dll

WiMAX Forum didirikan untuk mempromosikan berbagai standar IEEE 802.16. Ada 100 anggota di dalamnya, termasuk Intel, Alcatel, Fujitsu, AT&T, BT dan France Telecom, dan terakhir Motorola ikut bergabung didalamnya. Diharapkan perusahaan seperti Samsung, Lucent, dan Nortel akan segera bergabung. Ada dua milestone yang diharapkan, yaitu saat standar-standar memperoleh approval dan saat produk-produk siap dipasarkan.

Standar semula adalah 802.16a yang digunakan untuk fixed broadband wireless dan telah dipublikasikan awal 2004. Standar berikutnya adalah “d” dan “e” yang masing – masing berisi feature portabilitas dan mobile. Standar 802.16d telah di-approve dan siap dipublikasikan pertengahan Juli. Standar 802.16e diharapkan akan di-approve pada akhir triwulan 1 tahun 2005 dan dipublikasikan pertengahan 2005.

Untuk produk sendiri, WiMAX Forum mengharapkan proses sertifikasi sudah dimulai pertengahan 2005. Sementara ini beberapa produsen telah mulai mengembangkan produk-produk “Pre-WiMAX” yang sudah dapat dipakai untuk melakukan trial untuk meningkatkan keahlian dan kesiapan mengadopsi WiMAX. Pasar produk seperti ini dikuasai Eropa, khususnya oleh British Telecom dan France Telecom. Diharapkan Negara-negara Asia segera menyusulnya.

Ada tiga frekuensi yang tengah dipertimbangkan Wimax Forum. Pertama, frekuensi di sekitar 5,8 GHz yang umumnya tidak memerlukan lisensi pemakaian. Setelah itu, frekuensi 3,5 GHz yang harus memakai lisensi dan tidak tersedia di kawasan Amerika Utara. Frekuensi terakhir 2,5 GHz yang memerlukan lisensi di Amerika.

Ke depannya teknologi Wimax juga akan dipasang di komputer notebook, sama seperti teknologi Wi-Fi. Perusahaan pembuat prosesor komputer terkemuka, yaitu Intel merencanakan pembuatan chip untuk Wimax dan Wifi di akhir 2006 nanti. Harapan Intel adanya satu chip set Centrino yang mendukung semua frekuensi Wimax di seluruh dunia dan bisa memproduksinya dalam jumlah besar, sehingga harga chip set lebih terjangkau. Bahkan, Intel berani memprediksi pertumbuhan Wimax akan melebihi popularitas Wi-Fi. Menurut Intel, awalnya pemasangan Wimax akan lebih besar untuk peralatan penyedia broadband. Lalu pada paruh kedua 2006, peralatan ini menyebar ke sistem lain seperti notebook, bahkan PDA dan ponsel.

Aplikasi WiMAX

Keuntungan Wimax lainnya operator tidak perlu membongkar jalanan lebih dulu untuk memasang kabel aksesnya. Namun, teknologi Wimax masih perlu waktu sebelum dipergunakan secara massal. Teknologinya pun kemungkinan akan hadir terlebih dulu di kawasan Eropa dan Asia ketimbang Amerika. Soalnya, kawasan negara berkembang banyak memerlukan layanan suara dan data, namun terhambat oleh masalah infrstruktur kabel. Bahkan ada perusahaan mobile service provider di Indo sedang mengembangkan teknologi WiMAX ini untuk menggantikan Internet broadband provider lain seperti yang melalui kabel telepon, TV kabel, vsat dll Kabar terakhir akan mulai test di kalangan terbatas bulan September 2004 dan kabarnya akan dipasarkan di kisaran Rp 300 ribuan untuk unlimited Internet broadband. Belakangan ini popularitas WiMAX semakin naik, data terbaru dari situs www.wimaxforum.org tercatat tidak kurang dari 100 perusahaan dunia yang bergabung dalam WiMAX Forum termasuk di dalamnya perusahaan komunikasi British Telecom dan UK Broadband (Inggris), Iberbanda (Spanyol), PCCW (China) dan Reliance Inforcomm (India).

Aplikasi WiMAX digunakan untuk aplikasi wireless Backhaul (point-to-point maupun point-to-multipoint). Adanya hotspot pada jaringan WiMAX untuk layanan IWAn dan backhaul 802.16 ataupun jaringan Main Distributor. Teknologi WiMAX ini lebih ditujukan untuk negara-negara yang masih kurang penggunaan fiber optic ataupun teknologi lain sehingga sasaran pemasaran teknologi WiMAX lebih diharapkan, misalnya untuk negara yang sedang berkembang seperti Indonesia.

Kesimpulan

WiMAX merupakan teknologi terbaru untuk jaringan broadband nirkabel yang mempunyai kelebihan dibandingkan dengan WiFI bahakan jauh lebih cepat dari pada DSL. Cakupan area yang lebih luas mendukung berkembangnya WiMAX menjadi standar baru di dunia komunikasi nirkabel.

Dalam setahun ini telah diupayakan untuk mengembangkan WiMAX menjadi standar baru yang dapat digunakan untuk segala aktifitas yang berbasis broadband, dengan mengunakan hotspot yang memiliki radius coverage sekitar 50 Km, jauh lebih luas dibandingkan dengan WiFi yang hanya 30 meter saja. Efisiensi biaya dan efektif untuk pengguna rumahan dan bisnis menjadi sasaran diwujudkannya teknologi WiMAX ini, terutama untuk daerah perkotaan dengan populasi besar, dan bahkan untuk daerah pedesaan.

Perkembangan WiMAX ini didukung oleh perusahaan – perusahaan yang bergerak di bidang telekomunikasi baik sebagai vendor maupun provider untuk ikut andil dalam pengembangan WiMAX dan tergabung dalam WiMAX Forum. Dapat dibayangkan dalam durasi tahun 2005-2009 kita dapat menikmati kemudahan untuk akses komunikasi nirkabel dengan biaya murah dan akses yang sangat cepat.

GSM (Global System for Mobile communications)

Komunikasi bergerak (mobile communication) mulai dirasakan perlu sejak orang semakin sibuk pergi ke sana kemari dan memerlukan alat telekomunikasi yang siap dipakai sewaktu-waktu di mana saja ia berada. Kebutuhan ini ternyata tidak dibiarkan begitu saja oleh para engineer telekomunikasi. Mereka telah memikirkan standardisasi untuk komunikasi bergerak ini, salah satunya adalah GSM (Global System for Mobile communications)

Alokasi spektrum frekuensi untuk GSM awalnya dilakukan pada tahun 1979. Spektrum ini terdiri atas dua buah sub-band masing-masing sebesar 25MHz, antara 890MHz – 915MHz dan 935MHz – 960MHz. Sebuah sub-band dialokasikan untuk frekuensi uplink dan sub-band yang lain sebagai frekuensi downlink.

Karena konsekuensi logis dari kenaikan redaman atas kenaikan frekuensi, biasanya sub-band terendah dipakai untuk uplink, agar daya yang ditransmisikan oleh MS (mobile system atau lebih dikenal handphone) ke BTS (Base Transmitter Station yaitu seperti sentral telepon di PSTN/POTS, namun memiliki fungsi lebih) tidak perlu besar. Kalau digunakan sub-band yang satu lagi, mungkin anda perlu melakukan recharge batere handphone berulang kali untuk mendapatkan kualitas sama dengan saat ini.

Kemudian kedua sub-band tersebut dibagi lagi menjadi kanal-kanal, sebuah kanal pada satu sub-band memiliki pasangan dengan sebuah kanal pada sub-band yang lain. Tiap sub-band dibagi menjadi 124 kanal, yang kemudian masing-masing diberi nomor yang dikenal sebagai ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number). Jadi sebuah MS yang dialokasikan pada sebuah ARFCN akan beroperasi pada satu frekuensi untuk mengirim dan satu frekuensi untuk menerima sinyal.

Untuk GSM, jarak antar pasangan dengan ARFCN sama selalu 45MHz, dan bandwidth tiap kanal sebesar 200kHz. Kanal pada tiap awal sub-band digunakan sebagai guard band. Silakan anda hitung, maka spektrum GSM akan menghasilkan 124 ARFCN, masing-masing diberi nomor 1 sampai 124. Kanal sebanyak 124 inilah yang nantinya dibagi-bagi buat operator-operator GSM yang ada di suatu negara.

Untuk mengantisipai perkembangan jaringan di masa mendatang, telah dilokasikan tambahan 10MHz frekuensi pada masing-masing awal sub-band. Ini dikenal sebagai EGSM (Extended GSM). Jadi spektrum EGSM ini 880MHz – 915MHz buat uplink dan 925MHz – 960MHz buat downlink. Hal tersebut memberi tambahan 50 ARFCN menjadi 174. Tambahan ARFCN ini diberi nomor 975 – 1023.

DCS 1800

Seiring dengan evolusi GSM, diputuskan untuk menerapkan teknologi ini pada PCN (Personal Communication Networks). Hal ini membutuhkan perubahan pada interafce udara untuk memodifikasi frekuensi operasinya. Frekuensi modifikasinya antara 1710MHz – 1785MHz untuk uplink dan 1805MHz – 1880MHz untuk downlink. Teknik ini menyediakan 374 ARFCN dengan pemisahan frekuensi sebesar 95MHz antara uplink dan downlink.

Teknik PCN ini dikembangkan di Eropa, khususnya di Inggris. Di Inggris (Raya) ARFCN ini telah dibagi-bagi antara keempat operator jaringan yang ada di sana. Dua di antaranya, Orange dan One to One, beroperasi pada daerah GSM 1800, sementara dua yang lainnya, Vodafone dan Cellnet, telah dialokasikan kanal GSM 1800 pada puncak jaringan GSM 900 mereka. ARFCN ini diberi nomor 512 – 885. Porsi pada puncak band digunakan oleh DECTs (Digital Enhanced Cordless Telephony).

PCS 1900

PCS 1900 merupakan adaptasi GSM yang lain ke dalam band 1900MHz. Teknik ini digunakan di Amerika Serikat di mana FCC (Federal Communication Commission) telah membaginya menjadi 300 ARFCN dan mengumumkan lisensi pada berbagai macam operator untuk mengimplementasikan jaringan GSM. Pemisahan frekuensinya sebesar 80MHz, dan pembagian frekuensinya adalah 1850MHz – 1910MHz untuk uplink dan 1930MHz – 1990MHz untuk downlink.

Teknik Modulasi dan Bandwidth

Teknik modulasi yang digunakan pada GSM adalah GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying). Teknik ini bekerja dengan melewatkan data yang akan dimodulasikan melalui Filter Gaussian. Filter ini menghilangkan sinyal-sinyal harmonik dari gelombang pulsa data dan menghasilkan bentuk yang lebih bulat pada ujung-ujungnya. Jika hasil ini diaplikasikan pada modulator fasa, hasil yang didapat adalah bentuk envelope yang termodifikasi (ada sinyal pembawa). Bandwidth envelope ini lebih sempit dibandingkan dengan data yang tidak dilewatkan pada filter gaussian.

Bandwidth yang dialokasikan untuk tiap frekuensi pembawa pada GSM adalah sebesar 200kHz. Pada kenyataannya, bandwidth sinyal tersebut lebih besar dari 200kHz, bahkan setelah dilakukan pemfilteran gaussian pun hal itu tetap terjadi. Akibatnya sinyal akan memasuki kanal-kanal di sebelahnya. Jika pada satu sel (akan dijelaskan kemudian) terdapat BTS dengan frekuensi pembawa yang sama atau bersebelahan kanal, maka akan terjadi interferensi akibat overlapping tersebut. Begitu juga jika sel-sel yang bersebelahan memiliki frekuensi pembawa sama atau berdekatan. Alasan inilah yang menyebabkan mengapa dalam satu sel atau antara sel-sel yang berdekatan tidak boleh menggunakan kanal yang sama atau berdekatan.

Pembagian Sel

Pembagian area dalam kumpulan sel-sel merupakan prinsip penting GSM sebagai sistem telekomunikasi selular. Sel-sel tersebut dimodelkan sebagai bentuk heksagonal seperti pada gambar berikut. Tiap sel mengacu pada satu frekuensi pembawa / kanal / ARFCN tertentu. Pada kenyataannya jumlah kanal yang dialokasikan terbatas, sementara jumlah sel bisa saja berjumlah sangat banyak. Untuk memenuhi hal ini, dilakukan teknik pengulangan frekuensi (frequency re-use). Pada gambar terlihat contoh frequency re-use dengan jumlah kanal 7 buah. Antara sel-sel yang berdekatan frekuensi yang digunakan tidak boleh bersebelahan kanal atau bahkan sama.

Jelas bahwa semakin besar jumlah himpunan kanal, semakin sedikit jumlah kanal tersedia per sel dan oleh karenanya kapasitas sistem menurun. Namun, peningkatan jumlah himpunan kanal menyebabkan jarak antara sel yang berdekatan kanal semakin jauh, dan ini mengurangi resiko terjadi interferensi. Sekali lagi, desain sistem GSM memerlukan kompromi antara kualitas dan kapasitas.

Pada kenyataannya, model satu sel dengan satu kanal transceiver (TRx, tentunya menggunakan antena omni-directional) jarang digunakan. Untuk lebih meningkatkan kapasitas dan kualitas, desainer melakukan teknik sektorisasi. Prinsip dasar sektorisasi ini adalah membagi sel menjadi beberapa bagian (biasanya 3 atau 6 bagian; dikenal dengan sektorisasi 120^o atau 30^o). Tiap bagian ini kemudian menjadi sebuah BTS (Base Transceiver Station). Kebanyakan vendor memperbolehkan sampai dengan 4 TRx per BTS untuk sektorisasi 120^o. Jika digunakan TDMA pada TRx, menghasilkan 8 kanal TDMA tiap TRx, Anda bisa menghitung bahwa dalam satu sel dapat menampung trafik yang setara dengan 3 X 4 X 8 = 96 kanal TDMA atau sebesar 82,42 erlang dengan GoS 2%. (Erlang merupakan satuan trafik dan GoS(Grade of Service) menyatakan derajat keandalan layanan, berapa jumlah blocking yang terjadi terhadap panggilan total)

Pada prakteknya tidak semua kanal TDMA tersebut bisa digunakan untuk kanal pembicaraan (TCH = Traffic Channel). Dalam sebuah BTS juga diperlukan SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel) yang digunakan untuk call setup dan location updating serta BCCH (Broadcast Control Channel) yang merupakan kanal downlink yang memberikan informasi dari BTS ke MS mengenai jaringan, sel yang kedatangan panggilan, dan sel-sel di sekitarnya.

Struktur Sistem Selular

Bagian paling rendah dari sistem GSM adalah MS (Mobile Station). Bagian ini berada pada tingkat pelanggan dan portable. Pada tiap sel terdapat BTS (Base Transceiver Station). BTS ini fungsinya sebagai stasiun penghubung dengan MS. Jadi, merupakan sistem yang langsung berhubungan dengan handphone Anda.

BTS pada dasarnya hanya merupakan “pesuruh” saja. Otak yang mengatur lalu-lintas trafik di BTS adalah BSC (Base Station Controller). Location Updating, penentuan BTS dan proses handover pada percakapan ditentukan oleh BSC ini. Beberapa BTS pada satu region diatur oleh sebuah BSC.

BSC-BSC ini dihubungkan dengan MSC (Mobile Switching Center). MSC merupakan pusat penyambungan yang mengatur jalur hubungan antar BSC maupun antara BSC dan jenis layanan telekomunikasi lain (PSTN, operator GSM lain, AMPS, dll).Saat ini teknik switching terus berkembang, dan begitu pula pada layanan GSM. Beberapa operator GSM di Indonesia telah menerapkan Intelegent Network lanjutan dalam teknik switchingnya.

Frequency Hopping

Frequency hopping merupakan fitur yang diterapkan pada interface udara, yakni lintasan radio ke MS. Teknik ini dapat mengurangi redaman akibat efek multipath fading. GSM hanya merekomendasikan satu jenis frequency hopping, yakni baseband hopping. Namun beberapa vendor, seperti Motorola, menyediakan tipe frequency hopping yang lain, yang disebut Synthesizer Hopping.

Baseband Hopping digunakan jika base station memiliki beberapa DRCU/TCU tersedia. Aliran data secara sederhana dilalukan pada frekuensi dasar ke berbagai macam DRCU/TCU. Setiap data beroperasi pada frekuensi yang tetap, mengacu pada urutan hopping yang ditentukan. DRCU/TCU yang berbeda akan menerima sebuah timeslot yang spesifik pada setiap frame TDMA, berisi informasi yang ditujukan kepada MS-MS yang berbeda.

Synthesizer Hopping menggunakan kelincahan ferkuensi dari DRCU/TCU untuk mengubah frekuensi-frekuensi pada sebuah basis timeslot untuk transmisi maupun menerima. SCB pada DRCU serta sistem kontrol dan pemrosesan digital pada TCU akan menghitung dan menentukan frekuensi selanjutnya, dan memprogram sebuah pasangan synthesizer Tx dan Rx untuk menuju ke frekuensi yang telah dihitung.

Teknik synthesizer hopping ini sangat baik untuk diterapkan pada sel-sel dengan jumlah carrier yang sedikit. Untuk sel-sel dengan jumlah carrier yang banyak, teknik baseband hopping merupakan teknik yang paling baik. Dan kedua teknik ini tidak bisa diterapkan sekaligus pada sebuah site BTS.

Teknologi LTE

LTE didefinisikan dalam standar 3GPP (Third Generation Partnership Project) Release 8 dan juga merupakan evolusi teknologi 1xEV-DO sebagai bagian dari roadmap standar 3GPP2. Teknologi ini diklaim dirancang untuk menyediakan efisiensi spektrum yang lebih baik, peningkatan kapasitas radio, latency dan biaya operasional yang rendah bagi operator serta layanan mobile broadband kualitas tinggi untuk para pengguna.

Perubahan siginifikan dibandingkan standar sebelumnya meliputi 3 hal utama, yaitu air interface, jaringan radio serta jaringan core. Di masa mendatang, pengguna dijanjikan akan dapat melakukan download dan upload video high definition dan konten-konten media lainnya, mengakses e-mail dengan attachment besar serta bergabung dalam video conference dimanapun dan kapanpun

LTE juga secara dramatis menambah kemampuan jaringan untuk mengoperasikan fitur Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS), bagian dari 3GPP Release 6, dimana kemampuan yang ditawarkan dapat sebanding dengan DVB-H dan WiMAX

LTE dapat beroperasi pada salah satu pita spektrum seluler yang telah dialokasikan yang termasuk dalam standar IMT-2000 (450, 850, 900, 1800, 1900, 2100 MHz) maupun pada pita spektrum yang baru seperti 700 MHz dan 2,5 GHz.

Desain teknologi LTE memisahkan proses downlink dan uplink pada dua pipa spektrum yang berbeda. Kecepatan downlink bisa lebih dari 300 Mbps, sementara kecepatan uplink lebih dari 80 Mbps. Uplink-nya berbasis pada teknologi yang dinamakan SC-FDMA atau Single Carrier Frequency Division Multiple Acces. Dengan teknologi ini baterai handset akan lebih tahan lama meski digunakan untuk koneksi data.

LTE bisa digunakan di wilayah yang rural ataupun hot zone. Dan meskipun LTE lebih dikenal sebagai data centry tapi bukan berarti tak bisa dipakai untuk layanan voice.

LTE bisa diimplementasikan bagi para operator berbasis GSM ataupun CDMA. Teknologi ini juga bermaksud memberikan layanan komunikasi suara dan data yang murah pada tataran konsumen. Meski titik beratnya bukan soal harga.  Ketika teknologi ini sudah ada kita seharusnya bisa menggunakan handset yang bekerja di jaringan UMTS untuk mengakses internet dengan kapasitas lebih besar. Karena LTE ini katakanlah versi UMTS yang advance.

Teori Dasar dan Perkembangan DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access)

Pendahuluan

DS-CDMA adalah salah satu teknik akses spread spectrum yang mempunyaikelebihan kebal terhadap interferensi dan jamming. Teknologi inipertama kali digunakan pada militer dan kemudian dikembangkan ke komunikasiluar angkasa. Pada tahun 1995, CDMA mulai digunakan secara komersial terutamasesudah diperkenalkannya standard IS-95 pada tahun 1992 oleh QUALQOMM.Sistim ini rencana akan digunakan oleh Komselindo [1]. Tulisan ini membahasteori dasar CDMA, kelebihan serta kemungkinan masa depannya.

Prinsip Dasar Spread Spectrum

Spread spectrum adalah teknik memancarkan sinyal pada pita frekuensiyang jauh lebih lebar dari pita frekuensi yang dibutuhkan pada transmisistandard (misal; TDMA, FDMA). Sebagai contoh adalah CDMA IS-95 menggunakanlebar pita frekuensi 1.25 MHz, sedangkan AMPS hanya 30 kHz untuk menyalurkansinyal suara. Proses pelebaran pita frekuensi ini disebut dengan spreading.Terdapat 2 teknik utama dalam spread spectrum yaitu frequencyhopping dan DS-CDMA (yang lebih dikenal sebagai CDMA saja diperlihatkanpada gambar 1.

Frequency hoping diperoleh dengan merubah-rubah frekuensi pembawaberdasarkan waktu dengan pola yang mendekati acak, pseudo random.Sedangkan CDMA diperoleh dengan memodulasi sinyal informasi dengan spreadingsequence yang dikenal sebagai pseudo noise (PN) sinyal digitalyang menjadikan sinyal informasi berpita lebar dan berbentuk seperti derau (noise). .

a. Frequency hoping b. CDMA Gambar 1. Bentuk spektrum sinyalFrequency Hoping dan CDMA.

Teori dasar CDMA

Setiap kanal/pengguna (user) pada CDMA menggunakan waktu danfrekuensi secara bersamaan. Untuk membedakan setiap kanal/pengguna makadigunakan kode yang unik yang juga digunakan untuk melebarkan sinyal. Kodeini disebut Pseudo Random Noise (PN Code) yang merupakan deretandata berkecepatan tinggi yang berharga polar (-1 & +1) ataunon polar (0 & 1). Proses dasar spreading dan despreadingdiperlihatkan gambar 2.

a. Proses spreading b. Proses despreading

Gambar 2. Proses spreading & despreading

Pada gambar 3 diperlihatkan proses transmisi CDMA dengan sebuah basestation (BN) dan 2 buah kanal/pengguna. Sinyal informasi d₁(t)dan d₂(t) dimodulasi oleh frekuensi yang sama fo,kemudian sinyal termodulasi ini dikalikan dengan PN-Code yang berbeda yaituC₁(t) dan C₂(t). Dengan dikalikannyad(t) dengan C(t) maka pita frekuensi yang diperlukan akanmenjadi lebih lebar.

Pada penerima, sinyal yang datang akan dikalikan dengan PN-Code yangsama yang melalui proses EXNOR. Dengan asumsi PN Code yang diterima danyang dibangkitkan di penerima adalah sama (tidak ada delay) makahasil perkalian kedua PN-Code, C₁(t)C₁(t),ini adalah 1 yang berarti menghilangkan PN-Code (perangkat yang melakukanproses ini disebut correlator). Sinyal ini kemudian dilewatkan padaband pass filter yang akan menghilangkan hasil perkalian PN-Codekanal tersebut dengan PN-Code kanal yang lain.

Gambar 3. Proses transmisi sinyal CDMA

PN Code

PN-Code yang mempunyai satuan chips, merupakan sinyal pemerlebarsinyal informasi dan digunakan untuk membedakan antara kanal/pengguna satudengan yang lainnya. Pemilihan PN-Code harus dilakukan dengan hati-hatidengan memperhatikan beberapa kriteria [2,3] sbb:

a. Mudah diterapkan
b. Mempunyai 2 level (-1 & 1) atau (0 & 1)
c. Mempunyai autocorrelation yang tajam untuk memungkinkan sinkronisasikode.
d. Mempunyai beda jumlah ’0′ dan ’1′ hanya satu (one zero balance)untuk memperoleh spectrum density yang bagus.
e. Harga cross correlation yang rendah. Dengan semakin rendah hargacross correlation maka jumlah kanal dalam satu pita frekuensi semakintinggi.

Secara umum, PN-Codes dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis [4]; yaitulinear dan non-linear. Kode linear dibangkitkan denganmengkombinasikan keluaran feedback shift register dalam fungsi yangtetap yang biasanya bermudulo 2. Sedangkan kode non-linear diperolehdengan melakukan feedback shift register sebagai fungsi waktu.

Untuk sistim dengan kecepatan informasi yang sama dapat digunakan kodeGOLD dan MAKSIMAL, tetapi untuk multirate telah diperkenalkan olehViterbi [5] ‘low rate orthogonal convolutional’ untuk menghasilkancross correlation yang rendah.

Processing Gain

Processing gain pada spread spectrum adalah parameterutama yang merupakan ukuran kebagusan sistim (figure of merit) yangdapat dihitung bila lebar pita frekuensi yang digunakan (spread bandwidth),BW_rf, dan kecepatan informasi R_b diketahui. Processinggain, P_g, dapat diperhitungkan dengan persamaan berikut

…….(1)

Processing gain ini dikenal juga sebagai spreading factoryang akan menentukan jumlah kanal/pengguna yang dapat ditanggani pada sebuahsistim. Sebagai contoh adalah IS-95, yang mempunyai pita frekuensi 1.25MHz dengan chip rate 1.288 MHz, maka dengan kecepatan data 9600bps maka diperoleh processing gain sebesar 21 dB (134 kali).

Untuk menghitung kapasitas sistim CDMA satu sel, diasumsikan sistimyang digunakan adalah star dimana base station berkomunikasidengan semua kanal/pengguna dan setiap kanal/pengguna akan menempati seluruhalokasi spektrum frekuensi yang sama. Perbandingan sinyal dan derau kanal/penggunanomor satu pada penerima di BS diperlihatkan oleh persamaan 2 dimana Sadalah daya yang diterima dan adalah white noise gaussian serta N adalah jumlah terminal/kanalyang dapat diperlihatkan oleh gambar 4,

………..(2)

Gambar 4. Sistim star dengan satu BS dan N kanal/pengguna

Masalah Near Far

Dari persamaan 2 diatas terlihat bahwa kualitas sistim tergantung padadaya yang diterima dari kanal/pengguna lainnya. Apabila setiap penggunamempunyai daya pancar yang sama, maka pengguna yang lokasinya berdekatandengan penerima BS akan mendominasi daya derau. Maka, S/N pengguna yanglokasinya jauh dari BS dapat menjadi sangat jelek dan terputus hubungannya.Hal ini akan menjadi lebih jelek lagi mengingat path loss (karakteristikpropagasi) pada daerah urban [6] dapat berbanding terbalik dengan jarakdipangkatkan 4 yang berakibat walau jarak antara 2 kanal/pengguna tidakterlalu jauh tapi redaman udaranya bisa terpaut jauh.

Power Control

Untuk mengatasi masalah near far ini, maka digunakan powercontrol pada perangkat pemancar yang mengatur daya pancar sedemikianrupa sehingga daya yang diterima penerima BS dari setiap kanal/penggunaadalah sama. Pada sistim IS-95, pengendalian daya pancar ini dilakukansetiap 1.25 ms dengan perubahan daya per satu dB.

Dengan asumsi bahwa power control yang digunakan sempurna makakita dapat beranggapan bahwa daya setiap kanal/pengguna yang diterima BSadalah sama, S=S₁=S₂=….=S_N, maka persamaan2 diatas dapat ditulis menjadi:
………..(3)
Bila S kita bagi dengan kecepatan informasi, Rb, dan derau dengan lebarpita frekuensi transmisi spread bandwidth, BW_rf, makapersamaan diatas dapat menjadi:
……..(4)
Pada sebuah sistim yang mempunyai kanal/pengguna banyak, maka derau akandidominasi oleh kanal/pengguna lainnya (<IMG SRC=”r-n.gif”>/S<<(N-1))dan derau white noise gaussian dapat diabaikan. Oleh karena itu jumlahkanal/pengguna pada suatu pita frekuensi dalam satu sel adalah sbb:
…….(5)
Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa kapasitas sistim berbandingterbalik dengan E_b/N_o yang dibutuhkan. Padasistim sel tunggal dengan pita selebar 1,25 MHz (IS-95) dengan kecepatandata informasi 9,6 kbps dan E_b/N_o adalah 6dB maka jumlah kanal CDMA adalah 32 kanal dan memberikan efisiensi frekuensisebesar 39 kHz/kanal. Sedangkan, AMPS yang mempunyai spasi dan efisiensifrekuensi 30 kHz/kanal akan dapat diperoleh 42 kanal, sehingga apa kelebihanCDMA?

Keuntungan Penerapan Sistim CDMA

Keuntungan utama sistim CDMA adalah pita frekuensi dapat digunakan padasetiap sel (frequency reuse) serta dapat dilakukan peningkatan kapasitassel dengan menggunakan VOX dan konsep sektorisasi antenna, seperti diterangkandibawah ini.

Frequency reuse factor (F)

Untuk sistim sel banyak (multi cell) dikenal adanya faktor penggunaanulang frekuensi, F, yang didefinisikan sebagai perbandingan antara totaldaya interferensi (yang berasal dari sel itu sendiri dan sel-sel tetangganya)dibagi dengan daya interferensi dari sel itu sendiri [7]. Qualqomm [8]melaporkan bahwa interferensi dari sel lain adalah sekitar 61% sehinggafaktor penggunaan ulang frekuensi adalah sekitar 1,6.

‘Frequency reuse factor‘ ideal adalah 1 yang dapat terjadi apabilapemisahan antar sel cukup besar. Mengingat, F tergantung pada karakteristikpropagasi yang merupakan fungsi lingkungan, topografi dimana sistim iniditerapkan, maka F dapat berbeda untuk setiap lokasi.

Faktor Aktifitas Suara (  )

Mengingat kapasitas sistim CDMA dibatasi oleh daya interferensi makadapat disimpulkan bahwa bila suatu percakapan tidak selalu memancarkansinyal radio (saat kanal/pengguna tidak aktif akan mengurangi interferensi.Oleh karena itu, secara teori CDMA akan mempunyai kapasitas yang lebihbesar. Dari hasil pengukuran oleh Bell laboratories [7] diketahui bahwapengguna hanya aktif selama 35-40% dari waktu percakapan. Angka ini dikenalsebagai ‘Voice Activation Factor‘,  (lebih sering dikenal sebagai vox) dan bernilai sekitar 0,4. yang berartikanal yang memancar pada saat bersamaan hanyalah 0,4N atau dengankata lain kapasitas naik 2.5 kalinya.

Sektorisasi

Teknik lain untuk meningkatkan kapasitas sel adalah dengan melakukansektorisasi antena. Dua konfigurasi sektorisasi antenna telah dihitungyaitu 3 sektor dan 6 sektor oleh Gilhounsen [9]. Untuk 3 sektor sel akanmempunyai antena beamwidth 120 derajat. Sehingga, interferensi yang dilihatoleh antena tersebut kurang lebih 1/3 dari yang dilihat oleh antena omniyang kemudianakan kapasitas dasar sebsar 3 kalinya. Tetapi mengingat terdapatoverlapping cakupan antena untuk menjamin tidak adanya daerah yangkosong (tidak tercakup) maka peningkatan kapasitas karena sektorisasi G,menjadi 2,55.

Dengan kelebihan-kelebihan diatas maka kapasitas per sel pada sistimmulti cell CDMA pada suatu pita frekuensi diperlihatkan oleh persamaandibawah:
……….(6) .
Dengan IS-95, bit rate 9,6 kbps, E_b/N_o=6 dB,dan bila sistim menggunakan F=1,6, =2,5, G= 2,55, maka dengan pita frekuensi hanya 1,25 MHz yang digunakanpada setiap sel akan memberikan efisiensi kurang lebih 9,54 KHz/kanal (131kanal/sel). Apabila menggunakan AMPS, maka 1,25 MHz hanya akan memberikan6 kanal/pengguna per sel.

Kelebihan utama sistim CDMA pada sistim mobile seluler.

Slain kelebihan diatas, maka Qualcomm [10] menyebutkan kelebihan lainyang diperoleh dari penerapan CDMA pada sistim komunikasi bergerak sbb:

1. Meningkatkan kualitas suara
2. Memperbaiki karakteristik cakupan yang dapat menurunkan jumlah sel.
3. Meningkatkan privacy dan security.
4. Menyederhanakan perencanaan sistim
5. Memerlukan daya pancar yang lebih rendah, sehingga waktu bicara ponseldapat lebih lama.
6. Mengurangi interferensi pada sistim lain
7. Mampu melakukan soft handoff mengingat semua sistim menggunakanfrekuensi yang sama.
8. Lebih tahan terhadap multipath.
9. Dapat dioperasikan bersamaan dengan teknologi lain (misal AMPS).

Keterangan kelebihan diatas dapat juga ditemui di Gematel on-line [11].

Kendala operasional

Setelah dioperasikannya kurang lebih 2 tahun di Korea, Hongkong danAmerika, maka Global Telephony [12] melaporkan bahwa kapasitas yang diklaimoleh Qualqom 10-20 kali kapasitas AMPS tidak terlalu tepat. Hal ini mengingatbahwa, secara operasional CDMA hanya memberikan kapasitas sebesar kuranglebih 6.5-18 kali AMPS tergantung pada lingkungan penerapan.

Disamping itu juga terdapat masalah optimasi cakupan karena cakupanCDMA dapat mengembang dan menciut. Gejala ini dikenal dengan istilah breathingyang diperlihatkan pada gambar 5. Pada kondisi normal dimana jumlah kanal/penggunasesuai dengan rancangan maka derau dari pengguna lain tidak terlalu banyak.,Tetapi, pada saat jumlah kanal/pengguna meningkat pada beberapa sel, makaderau dari kanal/pengguna juga akan meningkat sehingga power control akanmemerintahkan untuk menaikkan daya pancar untuk memperoleh E_b/N_oyang diinginkan (lihat konsep power controll)

Gambar 5. Perubahan besarnya sel karena peningkatan trafik.

Dengan meningkatkan daya derau dari kanal/pengguna lain, maka kanal/penggunayang lokasinya agak jauh dengan base station tentunya dapat kehabisan dayapancar (sudah maksimum) yang kemudian tidak bisa mempertahankan E_b/N_odan hubungan terputus. Akibat dari ini, secara sistim dapat dilihat sebagaimenciutnya cakupan suatu sel. Bila beberapa sel yang berdampingan menciutmaka daerah perbatasan antar sel tersebut menjadi tidak tercakup (blankspot).

Untuk mengatasi hal ini maka secara operasional E_b/N_oyang digunakan pada perencanaan adalah 3 – 6 dB lebih tinggi dari E_b/N_ominimum yang dipersyaratkan. Dengan adanya margin tambahan ini, kapasitaskanal/pengguna per sel akan menurun. Perhitungan margin akan semakin rumitapabila sel-nya kecil dan kanal/pengguna bergerak relatif cepat, sehinggamargin untuk setiap daerah dapat berbeda tergantung pada trafik, tingkatmobilitas pengguna serta kemacetan lalu lintas mengingat banyak terjadikomunikasi dilakukan pada saat lalu lintas macet.

Peluang CDMA sebagai Teknologi Wireless Generasi ke-3

Dengan kelebihan dan kekurangan diatas, CDMA masih mempunyai peluangyang sangat besar sebagai teknologi komunikasi bergerak generasi ke-3 dimasa depan [12]. Beberapa negara mempunyai keinginan mengembangan CDMAyang berbeda-beda, misalnya; Korea akan mengembangkan CDMA disesuaikandengan IMT 2000, Jepang (NTT) telah mengemukaan bahwa akan mengembangkanWide Band CDMA mengingat PHS tidak akan cocok sebagai wireless generasike-3.

Tetapi CDG (CDMA development Group) cenderung mengembangkan standardIS-95. Tetapi, Ericsson mengatakan bahwa mereka akan mengembangkan CDMAyang lebih baik dari IS-95. Selain beberapa vendor/negara diatas, Siemens[13] melihat bahwa dengan kelebihannya CDMA akan dapat digunakan untukmentransmisikan ATM (Asynchronous Transfer Mode) pada jaringan aksespelanggan (WLL).

Penutup

Dari keterangan diatas terlihat bahwa teknologi CDMA masih terus berkembangmenuju kematangan. CDMA juga merupakan teknologi yang cukup menjanjikanuntuk digunakan pada teknologi masa depan. Beberapa tantangan yang masihharus diselesaikan dalam sistim CDMA adalah kemungkinan penggunaan multirate(satu pita frekuensi digunakan oleh beberapa kecepatan data) serta masalahoptimasi network diatas.

Untuk penggunaan di Indonesia tentunya karakteristik propagasiperlu dikenal lebih baik untuk mendapatkan perencanaan network yang optimum.Hal ini mengingat kondisi geografis Indonesia yang relatif berbeda dengannegara asal CDMA. Disamping itu juga bahan bangunan gedung dan perumahanyang berbeda yang mungkin membuat perambatan gelombangnya berbeda.

Dengan teori dasar dan perkembangan teknologi CDMA pada tulisan ini,diharapkan semakin banyak pembaca yang mengenal CDMA sehingga penguasaanCDMA dapat ditingkatkan. Dengan internet memberikan bahan referensi yangcukup, maka penelitian & pengembangkan teknologi ini juga dapat diperluas..