Long Term Evolution.pdf

PERKEMBANGAN TEKNOLOGI SELULER

LONG TERM EVOLUTION (LTE) “Arsitektur Jaringan LTE”

DAFTAR ISI

Halaman Judul ................................................................................................................ i Daftar Isi ......................................................................................................................... ii Pendahuluan ................................................................................................................... 1 Karakteristik LTE ........................................................................................................... 3 Arsitektur LTE................................................................................................................ 4 Elemen Utama pada EPC ............................................................................................... 5 Protokol pada eNodeB .................................................................................................... 8 Link Budget .................................................................................................................... 10 Daftar Pustaka ................................................................................................................ 11

Pendahuluan Seiring dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat, kebutuhan akan komunikasi tidak hanya sebatas pada komunikasi suara, namun berkembang pula menjadi komunikasi data, baik yang berupa teks, gambar, maupun video. Kebutuhan akan akses data yang cepat sangat penting terutama sejak berkembangnya teknologi seluler dan meluasnya pengguna internet. Perkembangan teknologi telekomunikasi seluler telah berkembang dari Generasi Pertama (1G) hingga Generasi Ketiga (3G), bahkan sekatang ssedang dikembangkan menjadi Generasi Keempat (4G). Perkembangan telekomunikasi menurut standar 3GPP terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Evolusi 3GPP

LTE merupakan sebuah metode akses radio baru yang mempunyai kecepatan tinggi dalam sistem komunikasi bergerak. Teknologi ini biasa disebut sebagai teknologi 4G. LTE dibangun berdasarkan standar 3GPP (Third Generation Partnership Project) yang mecakup GSM, GPRS, dan EDGE yang sebaik WCDMA dan sekarang HSDPA (High Speed Packet Access). Terdapat beberapa perubahan dari teknologi sebelumnya, baik dari segi teknis maupun aplikasi. Dari segi teknis, arsitekturnya lebih sederhana, penggunaan antenna MIMO, serta teknologi OFDM. Dari segi aplikasinya, pengguna dapat menggunakan layanan LTE baik suara maupun data, semua komunikasi menggunakan full IP, sehingga lebih menguntungkan bagi user dari segi harga. LTE menawarkan kelancaran jalur evolusi untuk kecepatan tinggi dan latency yang rendah.

Keterangan mengenai evolusi standar 3GPP dapat dilihat pada Tabel 1. Sedangkan karakteristik perkembangan teknologi seluler menurut standar 3GPP dan kelebihan LTE terlihat pada Tabel 2. Tabel 1. Evolusi Standar 3GPP Release

Tahun

Standar 3GPP

Penyelesaian

Release 99

2000

Tambahan Utama Penetapan jaringan UMTS 3G yang pertama menggunakan WCDMA air interface. Juga termasuk Enhancements to GSM data (EDGE).

Release 4

2001

Penambahan dukungan terhadap pesan multimedia dan mengambil langkah ke depan menggunakan transport IP pada jaringan inti.

Release 5

2002

Penetapan HSDPA dengan puncak data rate mencapai 1.8 Mbps downlink. Mengenalkan arsitektur IP Multimedia Services (IMS).

Release 6

2004

Penetapan HSUPA dengan kecepatan uplink mencapai 2 Mbps. Multimedia Broadcast/ Multicast Services (MBMS). Penambahan spesifikasi receiver menjadi lebih maju, push-totalk over cellular (PoC), dan tambahan IMS lainnya, pilihan WLAN interworking, kemampuan VoIP yang terbatas.

Release 7

2007

Penetapan HSPA+ dengan pengaturan modulasi yang lebih tinggi (64 QAM downlink dan 16 QAM uplink) dan downlink MIMO menawarkan puncak data rate mencapai 28 Mbps downlink dan 11.5 Mbps uplink. Mengurangi latency dan meningkatkan QoS untuk VoIP.

Release 8

2009

Evolusi lebih lanjut dari HSPA+. Menggunakan kombinasi 64 QAM dan MIMO, dual-carried dengan 64 QAM. Penetapan baru LTE radio interface berbasis OFDMA dan arsitektur baru all IP flat dengan Evolved Packet Core (EPC).

Release 9

2010

Release 10

2012 ?

Mengharapkan untuk termasuk penambahan HSPA dan LTE. Mengharapkan penetapan LTE-Advance yang memenuhi ITU IMT-Advanced Project yang dibutuhkan untuk 4G.

Tabel 2. Karakteriatik Evolusi Teknologi Telekomunikasi Seluler WCDMA

HSPA

HSPA+

LTE

384k

14M

28M

100M

128k

5.7M

11M

5M

Latency – RTT

150ms

100ms

50ms (max)

~10ms

3GPP Release

Rel 99/4

Rel 5/6

Rel 7

Rel 8

Access Methodology

CDMA

CDMA

CDMA

(UMTS) Downlink Max Speed (bps) Uplink Max Speed (bps)

OFDMA/ SC-FDMA

Tujuan dari desain LTE yaitu untuk meningkatkan efisiensi spektrum pada jaringan, yang memungkinkan operator untuk menyediakan lebih banyak paket data pada suatu bandwidth. LTE menyediakan kecepatan downlink mencapai 150 Mbps dan kecepatan uplink mencapai 50 Mbps. LTE memberikan peningkatan performance mencapai 50 kali , data rate yang mencapai 150 Mbps memungkinkan untuk dapat digunakannya aplikasi dan layanan baru seperti VoIP, streaming multimedia, dan video conferencing.

Karakteristik LTE : 1. Peak LTE throughputs 

Downlink : 100 Mbps SISO (Single Input Single Output)



173 Mbps 2x2 MIMO (Multiple Input Multiple Output)



326 Mbps 4x4 MIMO untuk 20 MHz



Uplink : 28 Mbps 16 QAM



86 Mbps 64 QAM (berdasarkan 1Tx UE)

2. Peningkatan efisiensi spektrum melebihi Release 6 HSPA 

Downlink : 3-4 kali HSDPA untuk MIMO (2,2)



Uplink : 2-3 kali E-DCH untuk MIMO (1,2)

3. Ultra Low Latency 

Kurang dari 10 ms untuk round-trip delay dari UE ke server



Mengurangi waktu setup panggilan (50-100ms)

4. Kapasitas tiap sel 

200 pengguna untuk 5 MHz, 400 pengguna pada alokasi spectrum yang lebih luas

5. Spektrum yang fleksibel 

1.4, 3/3.2, 5, 10, 15, 20 MHz



Semua frekuensi pada IMT-2000: 450 MHz sampai 2.6 GHz

Arsitektur LTE LTE merupakan salah satu kandidat teknologi generasi keempat yang mempunyai perubahan dalam sistem arsitekturnya. Sistem arsitektur LTE menjadi lebih sederhana jika dibandingkan dengan teknologi wireless sebelumnya. Jaringan inti pada LTE didesain berbasis IP sehingga tidak menggunakan Circuit System, yang ada hanya Packet System yang dikenal dengan System Architecture Evolution (SAE). Pada packet switch, entitasentitas dari elemen jaringan ini didesain khusus untuk menghantarkan paket data.

Alasan utama penggunaan SAE adalah SAE menawarkan banyak keuntungan daripada sistem sebelumnya, antara lain : 1.

Peningkatan Kapasitas Data LTE menawarkan rasio download data sekitar 100 Mbps dan fokus pada sistem mobile broadband, jaringan akan perlu untuk bisa mengendalikan level data yang lebih tinggi. Sehingga untuk aplikasi dimana throughput data menjadi penting, seperti e-mail dan upload file yang lebih cepat, enhanced VPN connection, internet berkecepatan tinggi, peningkatan kapasitas data sangatlah dibutuhkan.

2.

Arsitektur All-IP Telah terjadi migrasi ke jaringan IP yang packet switch, arsitektur SAE telah mengadopsi sebuah jaringan yang all-IP.

3.

Pengurangan Latency Konsep SAE telah berevolusi utnuk menjamin level latency turun hingga 10 ms. Hal ini akan menjamin aplikasi-aplikasi yang menggunakan LTE nantinya lebih responsive, contohnya IMS berbasis VoIP, NetMeeting, SIP multimedia services termasuk video and voice conference over IP.

4.

Pengurangan OPEX and CAPEX Sebuah elemen kunci untuk setiap operator adalah untuk mengurangi cost, oleh karena itu sangat penting agar desain arsitektur jaringan baru bisa mengurangi CAPEX dan OPEX. SAE hanya menggunakan 2 tipe node.

Elemen utama dari jaringan SAE LTE diistilahkan sebagai EPC (Evolved Packet Core). EPC akan terhubung dengan eNodeB.

Elemen Utama pada EPC EPC terdiri atas empat elemen utama, yaitu : 1.

Mobility Management Entity, MME MME adalah control utama untuk jaringan akses LTE SAE, MME juga dapat dianalogikan sebagai MSC pada jaringan GSM. MME mempunyai fitur-fitur sebagai berikut : a. Tracking UE mode idle b. Aktivasi atau penonaktifan bearer c. Pemilihan SGW untuk sebuah UE d. Handover Intra-LTE yang melibatkan lokasi node jaringan core e. Berinteraksi dengan HSS untuk mengautentifikasi user pada attachment dan mengimplementasikan pembatasan roaming f. Bertindak sebagai terminasi untuk Non-Access Stratum (NAS) g. Menghadirkan identitas sementara untuk UE h. Bertindak sebagai proteksi penyandian untuk pensinyalan NAs, termasuk mengatur manajemen security key, jadi MME adalah titik paling sah untuk melakukan intersepsi pada pensinyalan i. Prosedur paging j. Interface S3 diterminasi di MME sehingga menghadirkan fungsi control plane untuk mobilitas antara LTE dengan jaringan 2G/3G k. Melakukan terminasi terhadap interface S6a untuk HSS local terutama UE yang roaming

2.

Serving Gateway, SGW SGW terdiri atas dua bagian, yaitu 3GPP Anchor dan SAE Anchor. 3GPP Anchor berfungsi sebagai gateway paket data yang berasal dari jaringan 3GPP, sedangkan SAE Anchor berfungsi sebagai gateway jaringan non-3GPP. SGW merutekan dan memforward paket data user. SGW juga berfungsi sebagai mobility anchor dan handover antar aNodeB dan untuk menghubungkan LTE dengan jaringan lai yang sudah ada.

3.

PDN Gateway, PGW PGW menyediakan konektivitas untuk UE ke jaringan paket data eksternal untuk memenuhi fungsi dari titik masuk dan titik keluar untuk data UE, UE memungkinkan untuk mempunyai konektivitas dengan lebih dari satu PGW untuk mengakses beberapa PDN.

4.

Policy and Charging Rules Function, PCRF PCRF merupakan nama generic untuk entitas di dalam LTE SAE EPC yang mendeteksi service flow, menjalankan kebijakan charging. Untuk aplikasi yang membutuhkan kebijakan dinamis atau control charging AF digunakan sebagai salah satu elemen jaringan.

5.

Evolved Packet Data Gateway, ePDG Merupakan elemen utama yang bertanggung jawab terhadap internetworking antara EPC dengan jaringan non-3GPP seperti WLAN. Untuk berinteraksi dengan PGW, dalam operasi ePDG menggunakan Proxy mobile IPv6. Ketika UE dalam sebuah sistem non-3GPP, ePDG akan terlibat dalam fungsi PCEF untuk mengatur QoS, flow based charging data generation, gating, inspeksi paket secara mendalam dan beberapa fungsi lainnya.

Arsitektur jaringan LTE merupakan pengembangan dari jaringan UMTS. Jika pada jaringan UMTS dikenal dengan adanya UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), pada jaringan LTE dikenal sebagai E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network). Perbedaan yang utama pada jaringan LTE adalah LTE tidak memerlukan RNC (Radio Network Controller) sehingga eNodeB langsung terhubung ke MME (Mobility Management Entity) melaui interface S1, sedangkan sesama eNodeB

terhubung melalui interface X2. Interface X2 juga berfungsi sebagai handover antara sesama eNodeB.

Gambar 2. Arsitektur jaringan LTE

Fungsi eNodeB adalah : 1. Penghubung antara protokol MAC, RLC, RRC dan berfungsi sebagai Radio Resource Management. 2. Mengatur dan mengirimkan informasi yang datang dari MME 3. Melakukan kompresi dan enkripsi IP header pada pengguna data stream 4. Alat penghubung antara MME dengan UE (User Equipment) 5. Mengatur dan mengirimkan paging message yang datang dari MME 6. Mendeteksi pergerakan user atau keberadaan user

Protokol pada eNodeB eNodeB pada E-UTRAN memisahkan protokol antara user dan control plane. Pada user plane, protokolnya meliputi Packet Data Convergence Protocol (PDCP), Radio Link Control (RLC), Medium Access Control (MAC), dan Physical Layer (PHY) Protocol. Sedangkan pada control plane ditambahkan protokol Radio Resource Control (RRC).

Gambar 3. Susunan Protokol pada eNodeB

Fungsi utama yang dilakukan setiap layer, secara singkat adalah sebagai berikut : 1. NAS (Non-Access Stratum) a. Manajemen koneksi/ sesi antara UE dan jaringan inti b. Authentication c. Registration d. Aktivasi/ deaktivasi pembawa konteks e. Manajemen pendaftaran lokasi

2. RRC (Radio Resource Control) a. Sistem siaran informasi yang berhubungan dengan Non-Access Stratum (NAS) dan Access Stratum (AS) b. Pembentukan, pemeliharaan, dan pelepasan koneksi RRC c. Fungsi keamanan termasuk manajemen kunci

d. Fungsi mobilitas e. Fungsi manajemen QoS f. Pengukuran pelaporan UE dan pengendalian pelaporan g. Transfer pesan langsung NAS antara UE dan NAS

3. PDCP (Packet Data Convergence Protocol) a. Kompresi header b. Pengiriman berurutan dan transmisi ulang PDCP Session Data Units (SDUs) untuk mode acknowledge pembawa radio pada saat handover c. Deteksi duplikat d. Perlindungan pengkodean dan integritas

4. RLC (Radio Link Control) a. Error Correction melalui Automatic Repeat Request (ARQ) b. Segmentasi menurut ukuran transportasi blok dan resegmentasi dalam kasus retransmisi diperlukan c. Penggabungan dari SDUs untuk pembawa radio yang sama d. Protokol error detection dan recovery e. Pengiriman berurutan

5. MAC (Medium Access Control) a. Multiplexing/ demultiplexing RLC Packet Data Units (PDU) b. Pelaporan informasi penjadwalan c. Error Correction melalui Hybrid ARQ (HARQ) d. Local Channel Prioritization (Prioritas Saluran Lokal) e. Padding

Link Budget LTE Link budget merupakan perhitungan sejumlah daya yang didapat oleh penerima berdasarkan daya output pemancar dengan mempertimbangkan semua gain dan redaman sepanjang jalur transmisi radio dari pemancar ke penerima. Link budget bertujuan untuk menghitung area cakupan sel. Ada beberapa parameter penting dalam perhitungan Radio Link Budget yang berlaku pada LTE, yaitu : 1. Interface Margin Diperlukan untuk mengantisipasi loading dari cell (load of factor). Semakin besar loading maka semakin besar margin yang dibutuhkan sehingga coveragenya membesar. Biasanya besar interference margin adalah 1,0 – 3,0 dB atau loading 20 – 50 %.

2. Fast Fading Margin (Power Control Headroom) Terdapat pada mobile station untuk mengantisipasi fast fading yang terjadi ketika pergerakan MS lambat. Umumnya sekitar 2,0-5,0 dB.

3. Soft Handover Gain Terjadi akibat penambahan penguatan macro diversity yang timbul karena menurunnya kebutuhan Eb/No relative terhadap radio link. Besarnya sekitar 2,0-3,0 dB.

DAFTAR PUSTAKA

Akyildiz, Ian F dkk. 2010. The Evolution to 4G Cellular Systems: LTE-Advanced. United States: Georgia Institute of Technology. http://www.ece.gatech.edu/research/labs/bwn/surveys/ltea.pdf Alcatel-Lucent. 2008. Long Term Evolution (LTE) Overview. http://www.alcatellucent.com/wps/DocumentStreamerServlet?LMSG_CABINET= Docs_and_Resource_Ctr&LMSG_CONTENT_FILE=Data_Sheets/Alcatel Lucent_LTE_overview.pdf Ismail, Hala Pratiwi. Long Term Evolution Sebagai Kandidat 4G. Bandung: Institut Teknologi Telkom. http://www.scribd.com/doc/50085496/LTE Laurent, Mauri Verd dan Mochammad Denny. 2011. Trafik Teknologi Long Term Evolution: Institus Sains dan Teknologi Nasional. http://www.scribd.com/doc/73327803/63636260-Makalah-LTE Proposal Tugas Akhir “Analisis Proses Migrasi Jaringan Dari Teknologi UMTS Menuju Teknologi LTE”. http://es.scribd.com/doc/39596509/Proposal Migrasi Core Network 3G UMTS ke LTE. http://www.stttelkom.ac.id/staf/miq/Subject/WBC/Tugas%20WBC%20Januari%20 2012/Achmad%20Rizal%20Danisya%20%20211110023/Presentasi/MIGRASI%20CORE%20NETWORK%203G%20UMT S%20KE%20LTE.docx Riyansyah, Deris. 2010. Analisa Kelayakan. Jakarta: Fakultas Teknik Universitas Indonesia. http://www.lontar.ui.ac.id/file?file=digital/133043-T%2027830 Analisa%20kelayakan-HA.pdf