Laporan Tugas Akhir Bab II - Repository IT Telkom Purwokerto

Laporan Tugas Akhir Bab II

Akatel Sandhy Putra Purwokerto 9 D308026

BAB II

DASAR TEORI

A. TEKNOLOGI WORLDWIDE INTEROPERABILITY FOR

MICROWAVE ACCESS (WiMAX)

WiMAX forum telah menetapkan standar IEEE (Institute of Electrical

and Electronics Engineering) 802.16 sebagai IEEE 802.16-2004 yang

digunakan peralatan wireless broadband pada frekuensi industry, scientific,

and medical (ISM) maupun pita frekuensi lainnya. Sebagai standar

hubungan radio fixed point-to-point (P2P) maupun untuk point-to-multipoint

(PMP). WiMAX adalah teknologi jaringan wireless metropolitan area yang

saling mendukung (interoperable) pada broadband wireless untuk

penggunaan fixed, portable dan nomadic. Teknologi ini dapat menjangkau

area sejauh 50 kilometer, juga memungkinkan peralatan pengguna

(customer premise equipment atau CPE) untuk mendapatkan hubungan

broadband tanpa harus ada lintasan langsung (non line of sight, Non LOS)

ke Base Station (BS) dan menyediakan total data rate hingga 75 Mbps,

suatu bandwidth yang cukup untuk melayani ratusan pelanggan dalam satu

BS[6]

.

Seperti telah diketahui bahwa WiMAX merupakan teknologi wireless

baru yang memungkinkan pengguna dari jarak jauh dengan maksimal 50 km

dapat menikmati layanan internet. Namun demikian, banyak yang belum

mengetahui definisi WiMAX yang sebenarnya. Nama resmi WiMAX yang

Laporan Tugas Akhir Bab II 10

Akatel Sandhy Putra Purwokerto D308026

sebenarnya adalah Wireless MAN. Beberapa contoh aplikasi wireless yang

digunakan untuk networking adalah[6]

:

Wireless LAN, memberikan akses jaringan terbuka yang wireless dalam

kantor, dalam lingkungan pelayanan kesehatan, gudang dan ritel,

memungkinkan klien yang mobile mengakses jaringan.

Wireless WAN atau Wi-Fi, menghubungkan dua lokasi dengan

kecepatan 1,6-10 Mbps, mendayagunakan RF spektrum lebar, apabila

jaringan publik tidak tersedia atau terlalu mahal. Sistem Wireless WAN

merupakan sistem point-to-point menghubungkan jaringan melintas

kota-kota menggantikan infrastruktur publik atau memberikan suatu

alternatif terhadap sambungan privat.

Wireless MAN atau WiMAX, memberikan pilihan jaringan point-to-

multipoint. Contoh solusi ini mencakup menghubungkan banyak end-

user di kampus atau suatu fasilitas melintas kota-kota melalui wireless

ethernet. Kecepatan aliran berkisar antara 56 Kbps hingga 10 Mbps.

Wireless MAN mendukung arsitektur jaringan hub dan spoke.

Gambar 2.1 Teknologi IEEE[5]



Gambar 2.1 menunjukkan beberapa teknologi IEEE yang masing-

masing memiliki karakteristik tersendiri. WPAN umumnya memiliki

jangkauan jaringan terbatas maksimum 10 meter, tetapi kinerja parameter

lainnya bervariasi tergantung standar yang digunakan, contoh standar ini

adalah Bluetooth dan ultra wide band (UWB). Bluetooth menggunakan

standar IEEE 802.15.1 dan UWB menggunakan standar IEEE 802.15.3.

WLAN digunakan untuk melayani aplikasi dan pengguna yang lebih

banyak dan jarak jangkauan lebih jauh dibandingkan WPAN. Jangkauan

WLAN mencapai mencapai 100 meter. Standar yang bersesuaian dengan

WLAN adalah IEEE 802.11. Terdapat tiga versi pada standar ini, yaitu[6]

:

802.12a menyediakan kecepatan bandwidth sampai dengan 54 Mbps

pada pita frekuensi unlicensed 5 GHz.

802.12b menyediakan kecepatan bandwidth sampai dengan 11 Mbps

pada pita frekuensi lisensi 2,4 GHz.

802.11g menyediakan kecepatan bandwidth sampai dengan 54 Mbps

pada pita frekuensi lisensi 2,4 GHz.

Akses untuk komunikasi data pada WLAN menggunakan standar IEEE

802.11, dan biasa disebut wireless fidelity (Wi-Fi). Saat ini Wi-Fi telah

banyak diimplementasikan untuk komunikasi data dengan menggunakan PC

atau Laptop. Wi-Fi sangat membantu dalam implementasi infrastruktur

jaringan komunikasi data. Wi-Fi memiliki daerah jangkauan yang terbatas,

kualitas layanan (Quality of Services atau QoS) yang masih sederhana,



spektrum frekuensi yang digunakan bisa pada spektrum frekuensi lisensi

dan tidak lisensi dan kapasitasnya terbatas. Karena keterbatasan jangkauan

Wi-Fi serta tuntutan mobilitas pengguna, maka dikembangkan teknologi

WiMAX dengan menggunakan standar IEEE 802.16a. Bila dibandingkan

dengan Wi-Fi, WiMAX memiliki keunggulan dalam kapasitas, kecepatan

dan QoS yang lebih baik. Tabel 2.1 menunjukkan perbandingan Wi-Fi dan

WiMAX.

Tabel 2.1 Perbandingan Wi-Fi dengan WiMAX[6]

No Komponen 802.11 (Wi-Fi) 802.16 (WiMAX)

1 Spektrum Unlicensed pada ISM Lisensi dan unlicenced

2 Scalability Pengkanalan 20 MHz, MAC

untuk 10 user

Pengkanalan 1,5-20 MHz

MAC mendukung hingga

1000 user

3 Performansi Maximal 54 Mbps (pada 20

MHz)

Maximal 63 Mbps (pada

14 MHz)

4 QoS Sederhana Canggih

5 Jangkauan 100 meter (indoor), kondisi

LOS

> 50 km (outdoor),

kondisi LOS dan NLOS

6 MAC CSMA/CD Grand based

Tabel 2.2 Perbandingan Teknologi WiMAX dengan 3G[10]

No Komponen 802.16e (WiMAX) 3G

1 Provider Penyelenggara jaringan data

nirkabel tetap, mendukung

mobilitas yang terbatas.

Penyelenggara seluler,

mendukung evolusi

komunikasi data

2 Teknologi 802.16a MAC dan PHY WCDMA,CDMA 2000

3 Kecepatan

User

< 120 km/jam (untuk

pedestrian)

< 250 km/jam (untuk

commuter dan pedestrian)

4 Spektrum Lisensi (2,5 GHz),

unlicensed (6 GHz).

Lisensi, < 2,6 GHz

5 Bandwidth Simetri, > 1 Mbps per user Tidak simetri, < 2 Mbps per sel

6 Latensi Rendah Tinggi

7 Orientasi Paket Sirkuit

8 Pembatas

Rancangan

Optimal untuk backward

compatibility.

Berbasis GSM atau CDMA



Dapat dilihat pada tabel 2.2 bahwa 3G didesain untuk komunikasi suara

yang mendukung komunikasi data, berorientasi pada sirkuit, spektrum

frekuensi pada spektrum berlisensi, dan mendukung mobilitas pengguna

yang tinggi. Tetapi 3G memiliki keterbatasan bandwidth damana tidak

simetri untuk uplink dan downlink dengan kecepatan rendah dan kurang dari

2 Mbps, berorientasi pada circuit switch, sehingga investasinya relatif lebih

mahal di banding WiMAX yang berorientasi paket switch. WiMAX

diperuntukkan bagi penyelenggara komunikasi data yang berorientasi pada

teknologi paket switch.

B. Sistem Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

WiMAX merupakan teknologi akses nirkabel pita lebar yang dibangun

berdasarkan standar IEEE (Institute of Electrical and Electronics

Engineering) 802.16 yang dirancang untuk memenuhi kondisi non-LoS

(Line of Sight) dan menggunakan teknik modulasi adaptif, seperti

QPSK,QAM 16, dan QAM 64. WiMAX dapat digunakan sebagai alternatif

kabel modem dan layanan DSL serta sebagai backhaul untuk beberapa

hotspot Wi-Fi. WiMAX merupakan tekhnologi OFDM. OFDM merupakan

sebuah teknik multiplexing sinyal, yang membagi sebuah sinyal menjadi

beberapa kanal dengan pita frekuensi yang sempit dan saling berdekatan,

dengan setiap kanal menggunakan frekuensi yang berbeda. Jangkauan

operasi WiMAX cukup luas, sehingga WiMAX dapat menjadi infrastruktur

yang tepat untuk meningkatkan kebutuhan internet.



Pada teknik transmisi OFDM setiap sub-carrier tidak ditempatkan

berdasarkan bandwidth yang ada, tetapi sub-carrier tersebut disusun untuk

saling overlapping. Jarak atau space antara sub-carrier diatur sedemikian

rupa, sehingga antara sub-carrier mempunyai sifat yang orthogonal.

Keorthogonalitasan diantara sub-carrier inilah yang menyebabkan

munculnya istilah Orthogonal Frequency Division Multiplexing. Dengan

menggunakan teknik overlapping ini dapat menghemat bandwidth kanal

sampai dengan 50 %. Untuk pembentukan dan penguraian symbol OFDM

dapat digunakan Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) dan Fast Fourier

Transform (FFT)[1]

.

Prinsip utama dari OFDM adalah pembagian kecepatan tinggi aliran

data ke dalam sejumlah aliran data kecepatan rendah kemudian dikirimkan

secara simultan melalui suatu subcarrier. Sistem OFDM sederhana

ditunjukkan seperti pada gambar 2.2 di bawah ini:

Gambar 2.2 Blok Diagram OFDM[1]

Prinsip kerja dari OFDM dapat dijelaskan sebagai berikut, deretan data

informasi yang akan dikirim dikonversikan kedalam bentuk parallel,



sehingga jika bit rate semula adalah R, maka bit rate pada tiap-tiap jalur

parallel adalah R/N dengan penjelasan bahwa N 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

IFFT untuk pembuatan simbol OFDM. Penggunaan IFFT ini

memungkinkan pengalokasian frekuensi yang saling tegak lurus

(orthogonal).

Setelah itu symbol OFDM ditambahkan cyclic prefix kemudian simbol-

simbol OFDM dikonversikan lagi kedalam bentuk serial, dan kemudian

sinyal dikirim. Sinyal keluaran dari transmitter berupa sinyal yang saling

overlapping, hal seperti ini dapat menghemat bandwidth kanal sampai 50 %.

Kondisi overlapping ini tidak akan menimbulkan interferensi dikarenakan

telah memenuhi kondisi orthogonal. Pada receiver, dilakukan operasi yang

berkebalikan dengan apa yang dilakukan di stasiun pengirim. Mulai dari

konversi dari serial ke paralel, pelepasan cyclic prefix kemudian konversi

sinyal paralel dengan FFT setelah itu demodulasi, dan akhirnya konversi

paralel ke serial dan akhirnya kembali menjadi bentuk data informasi[1]

.

OFDM pada standar 802.16-2004, dibagi menjadi 256 carrier,

sedangkan untuk standar 802.11 adalah 64 carrier. Pada OFDM, sinyal-

sinyal dipisahkan kedalam beberapa kanal, lalu dimodulasi dan di-multiplex

untuk membentuk OFDM carrier. Subkanal dapat di-multiplex



menggunakan FDM (Frequency Division Multiplex) disebut transmisi

multicarrier atau menggunakan CDM (Code Division Multiplex) disebut

transmisi multicode. Beberapa subcarrier pada OFDM harus orthogonal.

Gambar 2.3 Perbandingan FDM dengan OFDM[1]

OFDM merupakan teknik transmisi yang diterapkan pada sistem

komunikasi digital. Data yang ditransmisikan berupa data serial biner

berkecepatan tinggi yang telah dipetakan dalam bentuk symbol. Symbol

tersebut yang mulanya serial kemudian dipecah atau dipisahkan menjadi

bentuk parallel sehingga dihasilkan kecepatan data yang lebih rendah

dibanding dengan data sebelumnya. Kemudian symbol tersebut dimodulasi

oleh sejumlah sinyal carrier dalam beberapa subkanal. Dengan kata lain

prinsip dasar dari OFDM menggunakan teknik transmisi multicarrier.

Ortogonalitas memberikan transmisi secara simultan pada subcarrier yang

banyak dalam ruang frekuensi yang sempit tanpa saling berinteferensi.

Dengan demikian, hal tersebut memungkinkan dapat menumpangkan lalu

lintas data dengan kepadatan yang tinggi dalam berbagai kanal tersebut[1]

.



C. Konfigurasi Jaringan WiMAX

Secara umum, sistem WiMAX tidak berbeda jauh dengan WLAN,

sistem WiMAX terdiri dari[11]

:

a. Base Station, merupakan perangkat transceiver yang dipasang secara

collocated dengan jaringan IP dan tersambung dengan CPE dengan

media RF. Komponen didalam BS terdiri dari Network Processing Unit

Card, Accesss Unit Card, Power Interface Unit (PIU), Air Ventilation

Unit (AVU), dan Power Supply Unit (PSU).

b. Antena, merupakan media transmisi yang berbentuk panel antenna

dengan arah 60o, 90

o, dan 120

o.

c. Remote Station, merupakan perangkat yang ada disisi user yang dibagi

2 jenis yaitu Outdoor Unit dan Indoor Unit.

d. Security WiMAX

Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan WiMAX[11]

Untuk Subscriber Station (SS) terletak di lingkungan pelanggan,

sedangkan Base Station (BS), NMS dan transport site biasanya satu lokasi

dengan jaringan operator. Bagian transport site dapat berupa koneksi



dengan jaringan IP berbasis ATM atau Ethernet. Interface dari SS ke BS

menggunakan OFDM atau Air Interface, dari BS- Gateway dan Gateway –

internet menggunakan 10/100 Base T atau E1 dan dari Gateway – PSTN

menggunakan E1. Base Station (BS) merupakan perangkat transceiver

(transmitter dan receiver) yang biasanya dipasang satu lokasi (collocated)

dengan jaringan internet protocol. Dari BS ini akan disambungkan ke

beberapa CPE dengan media interface gelombang radio (RF) yang

mengikuti standar WiMAX. Antenna yang dipakai di BS dapat berupa

sektor 60, 90, atau 120 tergantung dari area yang akan dilayani. Remote

Stations atau CPE terdiri dari Outdoor Unit (ODU) dan Indoor Unit (IDU),

perangkat radionya ada yang terpisah dan ada yang terintegrasi dengan

antena. Tipe dari beberapa interface dapat ditunjukkan pada tabel 2.3

berikut[11]

:

Tabel 2.3 Interface WiMAX[11]

Interface Type

1/F-1 Air Interface/OFDM

1/F-2 10/100 Base T, E1

1/F-3 10/100 Base T, E1

1/F-4 E1

D. STANDARISASI WIMAX

Perbedaan karakteristik dan pemanfaatan yang berbeda dari kedua

standar WiMAX, IEEE 802.16-2004 dan IEEE 802.16 bukan merupakan

penghalang untuk menggabungkan kedua standar ini satu dengan yang

lainnya, bahkan dengan adanya penggabungan tersebut diharapkan akan

memberikan nilai ekonomis yang lebih karena kedua teknologi ini akan



saling melengkapi satu sama lainnya untuk membangun suatu jaringan

WAN yang tercakup secara menyeluruh, sehinnga pemanfaatannya hampir

dipastikan menyerupai penggunaan telepon seluler yang tersedia kapanpun

dan di manapun.

WiMAX memang dirancang untuk mampu melayani berbagai servis

yang tersedia. Ini sangat diperlukan karena semua orang akan membutuhkan

hubungan koneksi ke jaringan internet kapanpun dan di manapun pengguna

berada. Beberapa perusahaan saat ini membutuhkan jaringan agar dapat

berkomunikasi dengan para kliennya dan itu membutuhkan waktu yang

lama dan biaya yang cukup mahal jika dilakukan secara manual. Tetapi jika

di setiap tempat telah terdapat jaringan wireless, dan setiap orang bisa

terhubung ke jaringan, maka resiko dan biaya yang akan dihadapi jika

dilakukan secara manual dapat dihindari dengan adanya jaringan wireless

tersebut. Salah satu solusinya adalah dengan media wireless ini. Dengan

adanya standarisasi Wireless MAN yang ditetapkan oleh IEEE ini, maka

kebutuhan untuk dapat terkoneksi ke jaringan tersebut dapat terpenuhi.

Berikut ini adalah jenis standarisasi yang ditetapkan oleh WiMAX

forum terhadap perkembangan teknologi WiMAX[13]

.

1. WiMAX 802.16

Standar ini mengatur pemanfaatan di band frekuensi 10-66 GHz.

Aplikasi yang mampu didukung baru sebatas dalam kondisi LOS.



2. WiMAX 802.16a

Frekuensi 2-11 GHz dapat digunakan untuk lingkungan Non-Line of

Sight. Standar ini difinalisasi pada januari 2003. Terdapat tiga

spesifikasi pada physical layer di dalam 802.16a yaitu:

Wireless MAN-SC menggunakan format modulasi single carrier.

Wireless MAN-OFDM menggunakan Orthogonal Frequency

Division Multiplexing (OFDM) dengan 256 point Fast Fourier

Transform (FFT).

Wireless MAN-OFDMA menggunakan Orthogonal Frequency

Division Multiple Access (OFDMA) dengan 2048 point FFT.

3. WiMAX 802.16d

WiMAX tipe ini merupakan standar yang berbasis 802.16 dan

802.16a dengan berbagai perbaikan. WiMAX 802.16d diperuntukkan

bagi layanan yang bersifat fixed maupun nomadic. Terdapat dua opsi

dalam transmisi pada 802.16d, yaitu TDD (Time Division Duplex)

maupun FDD (Full Division Duplex). Sistem ini menggunakan

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) dengan jumlah

carrier 256 dan mendukung untuk kondisi lingkungan Line of Sight

(LOS) dan Non Line of Sight (NLOS).

4. WiMAX 802.16e

Standar Wimax 802.16e mendukung untuk aplikasi portable dan

mobile sehingga dikondisikan mampu hand-off dan roaming. Sistem ini

menggunakan teknik Scalable Orthogonal Frequency Division



Multiplexing Access (SOFDMA), teknik modulasi multicarrier yang

menggunakan subchannelisasi. Standar 802.16e juga bisa dimanfaatkan

untuk melayani pelanggan yang bersifat fixed (tetap).

Berdasarkan panduan penataan frekuensi radio yang dikeluarkan

oleh Ditjen Pos dan Telekomunikasi Depkominfo selaku regulator,

WiMAX Indonesia akan dialokasikan pada frekuensi 2,3 GHz yaitu di

antara frekuensi 2300-2390 MHz. Adapun arah kebijakan yang diambil

dalam frekuensi pita ini dapat dijelaskan pada gambar 2.5 berikut:

Gambar 2.5 Pembagian Blok Pita Frekuensi 2,3 GHz[14]

Keterangan :

1. Pita frekuensi 2.3 GHz dengan range frekuensi 2300-2390 MHz

2. Ditetapkan untuk alokasi frekuensi penyelenggara layanan BWA.

3. Pembagian tiap blok adalah 15 MHz.

4. Mode duplex TDD (unpaired band).

5. Distribusi perizinan melalui metoda seleksi lelang.

6. 10 MHz pada pita frekuensi 2390-2400 MHz digunakan sebagai buffer

(penyangga) terhadap out of band emision dari WLAN/Wi-Fi 2.4 GHz.

Untuk dapat membedakan standarisasi WiMAX 802.16, 802.16a,

802.16d dan 802.16e dapat dijelaskan di tabel 2.4 berikut:

1

2300-2315

2

2315-2330

3

2330-2345

4

2345-2360

5

2360-2375

6

2375-2390

Guardband

10 MHz



Tabel 2. 4 Perbandingan Standar 802.16[10]

Keterangan 802.16 802.16a/802.16d 802.16e

Completed Desember

2001

802.16a: Januari 2003

802.16d: Oktober 2004

Februari 2005

Spektrum 10-66 GHz 2-11 GHz < 66 GHz

Channel

Conditions

Line of Sight

Only

Non- Line of Sight Non- Line of Sight

Bit Rate 32-134 Mbps

in 28 MHz

Up to 75 Mbps in 20

MHz

Up to 15 Mbps in 5

MHz

Modulation QPSK

16QAM,

64QAM

802.16a: QPSK,

16QAM,64QAM

802.16d: OFDM

256Subcarriers,

QPSK,16QAM,

64QAM

OFDM 256

Subcarriers,QPSK,

16QAM, 64QAM

Mobilitas Fixed Fixed,Portable Nomadic/

Portability/

Mobile

Channel

Bandwidth

20,25,28 MHz Scalable 1,5 to 20 MHz Same as 802.16a

with uplink

Subchannels

Typical Cell

Radius

2-5 km 7-10 km

Max range 50 km

2-5 km

E. PERANGKAT WiMAX

Perangkat atau elemen WiMAX secara umum terdiri dari Base Station

(BS) di sisi pusat dan CPE di sisi pelanggan. Namun demikian, masih ada

perangkat tambahan seperti : antena, kabel dan aksesoris lainnya. Adapun

penjelasan dari masing-masing perangkat WiMAX adalah sebagai

berikut[13]

:

1. Base station (BS)

Merupakan perangkat transceiver (transmitter dan receiver) yang

dipasang satu lokasi (collocated) dengan jaringan Internet Protoco (IP).



Dari BS ini akan disambungkan ke beberapa CPE dengan media

interface gelombang radio (RF) yang mengikutu standar WiMAX.

Komponen BS terdiri dari:

a. NPU (Networking Pocessing Unit Card).

b. AU (Access Unit card) up to 6+1.

c. PIU (Power Interface unit) 1+1.

d. AVU (Air Ventilation unit).

e. PSU (Power Supply unit) 3+1.

2. Customer Premisses Equipment (CPE) atau Subscriber Station (SS)

Secara umum, Customer Premisses Equipment (CPE) atau

Subscriber Station (SS) terdiri dari Outdoor Unit (ODU) dan Indoor

Unit (IDU), perangkat radionya ada yang terpisah dan ada yang

terintegrasi. Perangkat SS ini bekerja pada range frekuensi 3300-3800

Mhz. Dengan sumber catuan diperoleh dari power of ethernet yang

berupa kabel UTP dengan sumber dayanya. Konsumsi daya yang

dibutuhkan untuk sebuah SS maksimum sebesar 12,5 Watt. Fitur lain

yang ada pada SS ini adalah adaptive duplexing antara TDD dan HFFD.

Adapun jenis bandwidth yang dapat disetting mulai dari range 1,75

MHz, 3,5 MHz, 5 MHz hingga 7 MHz.

3. Antena WiMAX

Antena WiMAX, seperti halnya antena yang digunakan pada radio

mobil, telepon seluler, radio FM, atau TV, didesain untuk

mengoptimalkan kinerja terhadap penerima sinyal. Ada tiga tipe utama



antena yang biasa digunakan untuk pengembangan WIMAX, yang

dapat dilihat pada gambar 2.6 berikut ini:

Gambar 2.6 Tipe Antenna yang didesain untuk kebutuhan aplikasi yang

berbeda[11]

a. Antena Omni Directional

Halangan utama pada pengguna antena omni directional adalah

penggunaan dan penghamburan energi yang besar dalam proses

melakukan broadcasting 360 derajat. Hal ini menjadi batasan

terhadap jarak dan kekuatan akhir sinyal. Omni directional sangat

ideal digunakan pada situasi ketika subscriber atau pelanggan yang

banyak berada sangat dekat dengan Base Station. Sebagai contoh,

dari aplikasi omni directional ada hotspot Wi-Fi dengan cakupan

area 100 meter dan pelanggan yang terkoneksi dikonsentrasikan

pada area yang tidak terlalu besar[6]

.



Gambar 2.7 Antena Omni Directional digunakan untuk Konfigurasi

Point-to-Multipoint[6]

b. Antena Sektoral

Perangkat antena sektoral, dengan memfokuskan penyebaran

sinyal pada sebuah area difokuskan, memberikan cakupan area yang

lebih luas dan energi atau power yang digunakan lebih sedikit.

Banyak operator lebih memilih untuk menggunakan antena sektoral

untuk mencakup 360 derajat servis area daripada menggunakan

antena omni directional, hal ini berkaitan dengan kinerja yang lebih

baik untuk antena sektoral[6]

.

Gambar 2.8 Antena Sector atau Sectoral Terfokus pada Area

Tertentu[6]

c. Antena Panel

Antena Panel biasanya berbentuk panel datar dengan ukuran

kurang lebih 30 cm2. Antena Panel dapat dikonfigurasikan dengan



baik untuk penggunaan casing atau box yang berbentuk persegi

empat. Konfigurasi daya dilakukan dengan memberikan aliran

listrik melalui kabel ethernet yang dikoneksikan ke radio atau

antenna. Sumber daya listrik semacam ini dikenal dengan Power

over Ethernet (PoE)[6]

.

Gambar 2.9 Antena Panel Sering Digunakan untuk Kebutuhan

Aplikasi Point-to-Point[6]

F. CARA KERJA WiMAX

Tidak seperti 802.11 (Wi-Fi), WiMAX dirancang khusus untuk

lingkungan outdoor. Hal ini memanifestasikan WiMAX dalam berbagai

cara. Salah satunya, WiMAX mempunyai berbagai persyaratan pada

phsycal layer untuk optimizing symbol rate. Hal ini membuat WiMAX

lambat munculnya. WiMAX tidak memperdebatkan masalah MAC

protocol, seperti CSMA. Yang terpenting, WiMAX dapat mengirimkan

QOS yang handal dan penempatan bandwidth per client, yang menjadi

sangat penting bagi komunikasi jarak jauh. Penjelasan diatas memberikan

fakta bahwa Wi-Fi adalah langkah yang tepat untuk digunakan pada end-

user, sehingga WiMAX dan Wi-Fi akan saling mengisi satu sama lain.



WiMAX mengisi kebutuhan jaringan akses outdoor tanpa kabel, sedangkan

Wi-Fi lebih cenderung kepada jaringan indoor tanpa kabel.

Gambar 2.10 Skema Kerja WiMAX[5]

Secara umum, WiMAX dibagi menjadi dua bagian yaitu WiMAX base

station dan WiMAX receiver atau disebut juga Custemer Premise

Equipment (CPE). Base station WiMAX terdiri dari electronic indoor dan

tower WiMAX. Umumnya satu base station menjangkau radius 6 mil

(secara teori dapat menjangkau hingga radius 50 km atau 30 mil), tapi hanya

mampu menjangkau sekitar 10 km atau 6 mil. Dalam area tersebut

dimanapun dapat mengakses internet secara wireless. Base station WiMAX

menggunakan MAC layer, sebuah interface umum yang membuat jaringan

interoperable dan dapat mengalokasikan bandwidth uplink dan downlink ke

pelanggan berdasarkan kebutuhan pada satuan waktu tertentu. Setiap Base

station menjangkau daerah yang dinamakan cell. Maksimal radius dari cell

secara teori adalah 50 km (tergantung lebar frekuensi yang dipilih) namun

pengembangan yang umum adalah radius 2 sampai 10 km. Seperti jaringan

mobile seluler, antenna pada base station dapat omnidirectional (cell yang

circular) atau directional atau sektoral[5]

.



G. PRINSIP KERJA WiMAX

Teknologi WiMAX dapat mencakup area sekitar 50 kilometer dengan

ratusan pengguna akan berbagi sinyal dan kanal untuk mentransmisikan data

dengan kecepatan sampai 155 Mbps. Aspek keamanan merupakan aspek

yang penting. Sistem pengamanan data dilakukan pada layer phsysical

(PHY) dan data link layer (MAC) dalam suatu arsitektur jaringan, tepatnya

di sisi BS (base station) untuk didistribusikan ke wilayah sekeliling dan SS

untuk komunikasi P2P. BS dihubungkan secara langsung dengan jaringan

umum (Public Network). Aliran Trafik pada WiMAX terdiri atas tiga bagian

yaitu[14]

:

1. Pelanggan mengirimkan data dengan kecepatan 2-155 Mbps dari SS ke

BS.

2. BS akan menerima sinyal dari berbagai pelanggan dan mengirimkan

pesan melalui wireless atau kabel ke switching center melalui protokol

IEEE 802.16.

3. Switching center akan mengirimkan pesan ke Internet Service Provider

(ISP) atau Public Switched Telephone Network (PSTN).

Gambar 2.11 Aliran Trafik pada WiMAX[41]



WiMAX dapat mendukung teknik duplex, baik Frequency Division

Duplexing (FDD) maupun Time Division Duplexing (TDD) selama masih

berada dalam rentang kanal bandwidth. FDD menggunakan dua buah

frekuensi, satu frekuensi untuk downlink dan satu lagi frekuensi untuk

uplink. TDD menggunakan frekuensi yang sama untuk uplink dan downlink.

H. APLIKASI BACKHAUL

Untuk aplikasi backhaul, WiMAX dapat dimanfaatkan untuk backhaul

WiMAX itu sendiri, backhaul Hotspot dan backhaul teknologi lain. Dalam

aplikasi ini agar dapat dipakai secara maksimal maka biasanya dilakukan

konfigurasi P2P[15]

.

Backhaul WiMAX

Dalam konteks WiMAX sebagai backhaul dari WiMAX aplikasinya

mirip dengan fungsi BTS sebagai repeater dalam sistem selular.

Tujuannya untuk memperluas jangkauan dari WiMAX.

Gambar 2.12 WiMAX sebagai backhaul WiMAX[15]

Gambar 2.12 memberikan ilustrasi apabila BTS1 WiMAX dipakai

untuk koneksi langsung ke jaringan IP atau biasanya dapat berupa

jaringan internet, dan BTS1 juga dapat disambung ke jaringan yang



berdifat TDM seperti sentral telepon biasa (circuit switching). BTS2

digunakan sebagai titik (point) yang menghubungkan pelanggan

WiMAX ke BTS1 WiMAX.

Dengan konfigurasi ini perlu rencanakan pengaturan frekuensinya

agar tidak terjadi interferensi antara BTS1 dan BTS2.

Backhaul Hotspot

Saat ini sebagian besar jaringan hotspot banyak menggunakan

saluran ADSL sebagai Backhaul. Dengan keterbatasan jaringan kabel,

maka WiMAX juga bisa dimanfaatkan sebagai Backhaul hotspot.

Konfigurasi WiMAX sebagai Backhaul Hotspot dapat dilihat seperti

pada gambar 2.13 berikut:

Gambar 2.13 WiMAX sebagai Backhaul Hotspot[15]

Sesuai konfigurasi tersebut maka di lokasi hotspot di samping

terdapat AP (Accsess Point) Wireless LAN juga terdapat CPE WiMAX.

Seperti ilustrasi di atas maka CPE WiMAX langsung dihubungkan ke

AP baru terminal atau pelanggan hotspot hotspot tersambung melalui

AP ke jaringan internet.



Backhaul Teknologi Lain

WiMAX dapat digunakan sebagai backhaul teknologi lain, seperti

backhaul seluler. Pada gambar 2.14 mengilustrasikan WiMAX untuk

menghubungkan MSC atau BSC ke BTS seluler.

Gambar 2.14 WiMAX sebagai Backhaul Seluler[15]

Dengan kemampuan data rate di atas 2 Mbps maka sangat layak bila

WiMAX digunakan sebagai backhaul dari sistem seluler.

Akses Broadband

WiMAX dapat digunakan sebagai “last mile” untuk melayani

kebutuhan broadband bagi pelanggan. Dari pelanggan perumahan

maupun bisnis dapat dipenuhi oleh teknologi WiMAX ini. Gambar 2.15

menunjukkan aplikasi WiMAX untuk akses broadband.

Gambar 2.15 Aplikasi WiMAX untuk Akses Broadband [15]



I. BAND WiMAX

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) adalah

teknologi nirkabel yang memiliki berbagai aplikasi dalam cakupan MAN

(Metropolitan Area Network). WiMAX merupakan suatu label dunia yang

dapat beroperasi melalui produk-produk berbasiskan standar IEEE 802.16.

Pada WiMAX forum menetapkan WiMAX menjadi dua band yaitu fixed

WiMAX dan mobile WiMAX. Sehingga WiMAX dapat melayani para

pengguna dengan antenna tetap (fixed wireless) maupun pengguna yang

berpindah-pindah tempat[15]

.

Ukuran kanal spektrum WiMAX yang bervariasi membuat sebuah BTS

dapat lebih fleksibel dalam melayani banyak pengguna. Jangkauan spektrum

teknologi WiMAX termasuk lebar dan dengan dukungan dari pengaturan

kanal yang fleksibel, maka para pengguna tetap dapat terkoneksi dengan

BTS selama berada dalam jangkauan operasi dari BTS. WiMAX juga

memberikan fasilitas Quality of Service (QOS).

Media Access Control mempunyai sistem kerja yang bekerja pada data

link layer yang berorientasi pada sistem koneksi yang memungkinkan

adanya penggunaan komunikasi video dan suara. Produk-produk yang

dibuat oleh pemilik Internet Service Provider (ISP) dapat dijual dengan

memanfaatkan fasilitas ini, seperti membedakan kualitas servis antara

pengguna rumahan dengan pengguna tingkat perusahaan, membuat

bandwidth yang bervariasi, fasilitas tambahan dan masih banyak lagi[10]

.



1. Fixed WIMAX

Standar IEEE 802.16-2004 (yang meninjau kembali dan

menggantikan versi IEEE 802.16a dan 802.16 REVd) di desain

untuk digunakan pada model akses tetap. Wireless tetap (fixed

wireless) merujuk pada standar ini dikarenakan penggunaan

pemasangan antenna pada site pelanggan. Antenna ini dipasang

diatap atau tiang, mirip dengan bagian dari televisi satelit. IEEE

802.16-2004 juga mengatur instalasi dalam ruangan. Instalasi dalam

ruangan berbeda dengan instalasi luar ruangan. Instalasi dalam

ruangan tidak sekuat instalasi luar ruangan[15]

.

Gambar 2.17 Solusi Fixed WiMAX[15]

Yang membuat WIMAX begitu luar biasa adalah jangkauan luas dari

teknologi tersebut tetapi tidak membatasi akses internet broadband,

pengganti TI/E1 untuk bisnis Voice over Internet Prorocol (VoIP)

sebagai pengganti perusahaan telepon, Internet Protocol Television

(IPTV) sebagai pengganti TV kabel, backhaul untuk Wi-Fi hotspot dan

tower telephone seluler, pelayanan mobile telephone, mobile data TV,



mobile emergency response services, wireless backhaul sebagai

pengganti fiber optic. WiMAX menyediakan pelayanan akses fixed,

portable atau mobile non-line of sight dari sebuah base station ke

station pelanggan, atau yang lebih dikenal sebagai Customer Premise

Equipment (CPE). Beberapa tujuan WiMAX termasuk radius untuk

jangkauan layanan adalah sekitar 6 mile atau sekitar 10 km dari Base

Station WiMAX untuk point to multipoint dan non Line of Sight (non

LOS). Layanan ini diharapkan dapat memberikan sekitar 40 Mbps

untuk akses aplikasi fixed dan mobile. Untuk WiMAX cell site tersebut

diharapkan dapat menawarkan bandwidth yang cukup untuk

mendukung ratusan bisnis dengan kecepatan T1 dan ribuan pelanggan

rumahan dengan kecepatan yang sama dengan layanan DSL dari satu

base station. Untuk point-to-point dan line of sight, WiMAX

memberikan jangkauan hingga 30 mile/48 km dengan kecepatan hingga

70 Mbps[15]

.

2. Mobile WiMAX

Mobile WiMAX membawa aplikasi fixed wireless untuk

melangkah lebih jauh dan memberikan kemampuan kepada aplikasi-

aplikasi berbasis telepon ke skala yang lebih besar. Sebagai contoh,

mobile WiMAX memberikan kemampuan streaming video untuk

melakukan broadcast terhadap perangakat kamera polisi yang berada

di dalam mobil ataupun berbagai macam alat yang bergerak di atas



100 kilometer/jam. Potensi yang dimiliki ini dapat menggantikan

kemampuan telepon seluler dan mobile yang didapat dari operator

telepon, seperti EvDo, EvDv, dan HSDPA. Mobile WiMAX

memiliki nilai penting untuk penggabungan service, seperti mobile

TV dan game online[15]

.

Gambar 2.19 Solusi Mobile WiMAX[15]

Mobile WiMAX merupakan solusi broadband wireless yang

memungkinkan konvergensi jaringan mobile dan fixed broadband

melalui satu teknologi akses radio broadband luas dan arsitektur

jaringan yang fleksibel. Air-interface pada mobile WiMAX menerapkan

Orthogonal Frequency Multiple Access (OFDMA) untuk memperoleh

performa multi-path yang lebih baik pada lingkungan yang Non-Line-

of-Sight (NLOS). Untuk mendukung bandwidth kanal yang

berkembang (scalable) dari 1,25 MHz ke 20 MHz, IEEE 802.16e

mengenalkan Scalable-OFDM (SOFDMA). Mobile Technical Group

(MTG) pada WiMAX forum sedang mengembangkan profil sistem

mobile WiMAX yang memungkinkan sistem mobile dikonfigurasikan



berdasarkan set fitur yang sedemikian rupa dalam memastikan fungsi

dasar untuk terminal dan base station yang fully interoperable. Profil

Mobile WiMAX Release-1 akan menjangkau bandwidth kanal

sebesar 5MHz, 7MHz, 8,75MHZ, dan 10MHz untuk alokasi spektrum

yang terdaftar pada frekuensi 2,3GHz; 2,5GHz; 3,3GHz; dan

3,5GHz[15]

.

Gambar 2.20 Profil Sistem WiMAX[16]

Ada tiga komponen utama dalam arsitektur mobile WiMAX menurut

WiMAX forum, yaitu user terminal, ASN, CSN.

a. User terminal, digunakan oleh end-user untuk mengakses jaringan.

b. Access Service Network (ASN), terdiri dari satu atau lebih BS dan

satu atau lebih ASN gateway yang membentuk jaringan akses radio.

c. Connectivity Service Network (CSN), menyediakan konektivitas IP

dan semua fungsi core Network Internet Protocol.

Pada Gambar 2.21 dapat dijelaskan lebih rinci tentang arsitektur

mobile WiMAX.



Gambar 2.21 Arsitektur Mobile WiMAX[15]

Network Working Group (NWG) WiMAX forum merupakan

organisasi yang mempunyai kewenangan untuk merancang arsitektur

jaringan dan protocol mobile WiMAX dengan air interface yang telah

distandarkan oleh IEEE 802.16e. WiMAX NGW mendefinisikann

beberapa entity dalam jaringan mobile WiMAX[15]

:

a. Base Station (BS)

Base Station memiliki fungsi utama, yaitu membangun hubungan

dengan mobile station. BS juga memiliki fungsi lain yaitu mengatur

micro mobility management, seperti proses handover, radio resource

management.

b. Acceess Service Network-Gateway (ASN-GW)

ASN-GW berfungsi untuk mengatur location management dan

paging intra-ASN, mengatur AAA pelanggan, serta menjalankan

funsi mobile IP.



c. Connectivity Service Network (CSN)

Berfungsi menyediakan konektivitas ke internet, ASP, dan fungsi

jaringan umum lainnya.

Sistem Mobile WiMAX menawarkan scalability pada teknologi akses

radio dan arsitektur jaringan, sehingga dapat menyediakan fleksibelitas

yang baik pada pilihan penerapan jaringan dan penawaran layanan.

Beberapa hal yang di dukung oleh mobile WiMAX antara lain[15]

:

1. Kecepatan Data Tinggi

Adanya teknik antena Multiple Input Multiple Output (MIMO)

bersama dengan skema sub-channelization, pengkodean dan

modulasi yang advance memungkinkan teknologi mobile WiMAX

untuk mendukung kecepatan data downlink puncak sampai mencapai

63 Mbps per sektor dan kecepatan data uplink puncak sampai

mencapai 28 Mbps per sektor di kanal 10 MHz.

2. Scalability

Walaupun ekonomi global meningkat, spektrum frekuensi untuk

wireless broadband di seluruh dunia tetap berbeda-beda pada setiap

lokasi. Oleh karena itu, teknologi WiMAX di rancang untuk dapat

bekerja pada kanal yang berbeda dari 1,25 MHz sampai 20 MHz

untuk memenuhi kebutuhan yang bervariasi sebagai usaha untuk

mencapai harmonisasi spektrum di masa yang akan datang.



3. Mobilitas

Mobile WiMAX mendukung skema handover yang optimal

dengan waktu kurang dari 50 ms untuk memastikan aplikasi real-

time seperti VoIP tanpa penurunan perfoma layanan.

J. PERHITUNGAN LINK BUDGET

Perhitungan link budget merupakan perhitungan level daya yang

dilakukan untuk memastikan bahwa level daya penerimaan lebih besar atau

sama dengan level daya threshold (RSL ≥ Rth) dengan tujuan untuk

menjaga keseimbangan gain dan loss dalam mencapai SNR yang diinginkan

receiver. Parameter-parameter yang mempengaruhi kondisi propagasi suatu

kanal wireless adalah sebagai berikut[6]

:

Lingkungan Propagasi

Kondisi lingkungan sangat mempengaruhi gelombang radio.

Gelombang radio dapat diredam, dipantulkan atau dipengaruhi oleh

noise dan interferensi. Tingkat peredaman tergantung frekuensi,

semakin tinggi frekuensi redaman juga semakin besar. Parameter-

parameter yang mempengaruhi kondisi propagasi suatu kanal wireless

adalah rugi-rugi propagasi, fading, delay spread, noise, dan interferensi.

Rugi – rugi propagasi

Dalam lingkungan radio, konfigurasi alam yang tidak beraturan,

bangunan, dan perubahan cuaca membuat perhitungan rugi-rugi



propagasi sulit. Kombinasi statik dan teori elektromagnetik membantu

meramalkan rugi-rugi propagasi dengan lebih teliti.

Fading

Fading adalah fluktuasi amplitudo sinyal. Fading margin adalah

level daya yang harus dicadangkan yang besarnya merupakan selisih

antara daya rata-rata yang sampai di penerima dan level sensitivitas

penerima. Nilai fading margin biasanya sama dengan peluang level

fading yang terjadi, yang nilainya tergantung pada kondisi lingkungan

dan sistem yang digunakan. Nilai fading margin minimum agar sistem

bekerja dengan baik adalah sebesar 15 dBm.

Noise

Noise dihasilkan dari proses alami, seperti: petir, noise thermal

pada sistem penerima, dan lainnya. Di sisi lain, sinyal transmisi yang

mengganggu dan tidak diinginkan dikelompokkan sebagai interferensi.

Noise Figure merupakan perbandingan desibel (dB) sinyal input

dengan noise terhadap perbandingan sinyal output dengan noise. Maka

nilai NF adalah:

NF = 10 log {(input/noise)/(output/noise)}

Hubungan antara Noise Figure (NF) dengan Noise Temperature (NT)

adalah:

NT = T0 (NR-1)

T0 = 290 K

NF = 10 log NR



1. Laju Bit Sistem

Bit rate sistem diperhitungkan agar ketersediaan bit rate untuk seluruh

sistem dapat diketahui. Laju bit sistem diperhitungkan berdasarkan

beberapa standar telekomunikasi di dunia. Setiap standar mempunyai

beberapa karakteristik frekuensi dan bit rate. Besarnya Laju Bit dapat

dihitung dengan persamaan berikut[11]

:

Laju bit =

.......................................... (2.1)

Keterangan :

Nused = 192 data (berdasarkan spesifikasi system dengan 256 FFT)

bm = jumlah bit per modulasi

Ct = coding rate

Ts = periode symbol

Untuk nilai Ts dapat digunakan dengan persamaan:

Ts = Tg + Tb ............................................................................. (2.2)

= (1/(Fs).BW kanal/NFFT)+ FS/4

2. Model Propagasi Erceg

Model propagasi digunakan untuk memprediksikan kuat sinyal rata-

rata pada suatu tempat dengan jarak tertentu dari transmitter. Oleh karena

itu, model propagasi berperan penting dalam perencanaan jaringan

wireless terutama untuk menentukan coverage suatu base station.

Model Erceg diperoleh dari hasil eksperimen terhadap 95 buah

makrosel di Amerika Serikat pada frekuensi kerja 1,9 GHz. Model ini



diadopsi oleh IEEE 802.16 sebagai model yang direkomendasikan untuk

aplikasi broadband. Model Erceg berlaku pada keadaan berikut[7]

:

1900 MHz ≤ f ≤ 3500 MHz

10 m ≤ hb ≤ 80 m

0,1 km ≤ d ≤ 8 km

Berdasarkan terrain, model Erceg dibagi menjadi 3 jenis yaitu:

Tipe Urban : daerah perbukitan dengan densitas pepohonan sedang

sampai tinggi.

Tipe Suburban : daerah perbukitan dengan pepohonan jarang atau

daerah rata dengan densitas pepohonan sedang.

Tipe Rural : daerah rata dengan densitas pepohonan yang rendah.

nilai a, b, c dapat dilihat pada Tabel 2.7 berikut ini:

Tabel 2.7 Nilai Konstanta berdasar Permukaan (Terrain)

Model

Parameter

Permukaan Tipe

Urban

Permukaan Tipe

Suburban

Permukaan Tipe

Rural

a 4,6 4 3,6

b 0,0075 0,0065 0,0050

c 12,6 17,1 20

(Sumber : Wireless Physical Layer Concepts, Prof.Raj Jain, 2008)

3. Perhitungan Path loss

Path loss merupakan perbandingan antara daya pancar dengan daya

terima. Suatu sinyal dapat diterima dengan baik jika disisi penerima, sinyal

tersebut memunuhi nilai Signal to Noise Ratio (SNR) tertentu. Berikut ini

nilai persamaan SNR[7]

:

PRX = SNR+ N ............................................................................ (2.3)

N = thermal noise figure + Receiver noise figure ....................... (2.4)



Keterangan : PRX = sensitivitas receiver (dBm)

N = daya noise pada receiver (dBm)

Total Margin = Log normal fade margin+Fast fading margin+

Interference margin +Penetration loss........................................ (2.5)

Path loss = PTX + GTX - LTX - PRX – margin ............................... (2.6)

Keterangan :

PTX = daya output transmitter (dBm)

GTX = Gain antena (dBi)

LTX = Loss transmitter (dB)

4. Perhitungan Jumlah Sel

Untuk dapat mengetahui berapa jumlah sel yang dibutuhkan, maka

harus diketahui terlebih dahulu berapa radius dan luas sel yang akan

dirancang. Pada persamaan 2.10 merupakan persamaan perhitungan

Radius Sel :

∆PLf adalah faktor koreksi untuk pengguna frekuensi kerja empiris

yang digunakan, bentuk persamaannya adalah:

∆PLf = (6 log

) ....................................................................... (2.7)

∆PLh merupakan faktor koreksi terhadap tinggi antena remote (2

meter), tergantung pada kategori permukaan (terrain)[9]

. Bentuk

persamaan nya adalah sebagai berikut[7]

:

Untuk terrain tipe Urban dan Suburban

∆PLh = -10,8 log10

....................................................... (2.8)



Untuk terrain tipe Rural

∆PLh = -20 log10

........................................................... (2.9)

Keterangan :

f = frekuensi WiMAX (Hz)

hm = tinggi antena mobile station

γ merupakan path loss exponent yang memiliki rumusan :

γ=(a-b.hb+

) ....................................................................... (2.10)

Keterangan :

a,b,c = konstatanta yang menunjukkan kategori terrain (yang

ditunjukkan pada Tabel 2.7)

hb = menyatakan tinggi antena BS (antara 10 dan 80 meter)

Jadi bentuk persamaan radis sel adalah sebagai berikut[7]

:

0 ....................... (2.11)

Keterangan:

d = Radius Sel (meter)

PL= Path Loss (dB)

d0 = 100 meter merupakan jarak acuan pengukuran

c = konstanta tetap (3x108

m/s)

∆PLf = faktor koreksi frekuensi

∆PLh = faktor koreksi antena penerima

γ = path loss exponent



Untuk menghitung luas sel maka harus mengasumsikan

bentuk sel bentuk Hexagonal yaitu dengan persamaan[10]

:

L = 2,598 (d)2 .................................................................... (2.12)

Dari hasil perhitungan Luas Sel diatas, maka dapat dicari

persamaan jumlah sel yaitu sebagau berikut[10]

:

∑Sel =

......................................... (2.13)

Documents

Laporan Tugas Akhir Bab II - Repository IT Telkom Purwokerto