TE 4103 SISTEM KOMUNIKASI BERGERAK

Modul 8 Protokol dan Manajemen Komunikasi

Jurusan Teknik Elektro – Program Studi S1

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TELKOM2006

Universal Telecommunication Platform

Copper Cable

Fiber Optic

Coaxial Cable

W L L

Satellite

MSC

PSTN

SDH

ISDN

ATM

I P

SSF

SSF

SSF

SSF

SSF

SSF

HLR

SCP

SMP

SCE

T M N

ACCESS NETWORK

CORE NETWORK SERVICE PLATFORM

USERENVIRONMENT

Cellular

SatellitePhone

MSC

HLR

SMS-SC

A Ref (A1, A2, A5)

STM over T1/T3

A Ref (A1, A2, A5)

STM over T1/T3

PSTNSTM over T1/T3 or

AAL1 over SONET

BSC

BSC

Proprietary Interface

BTS

BTS

Proprietary Interface

BTS

IS-95

MS

IS-95

MS

BTS - Base Transceiver StationBSC - Base Station ControllerMS - Mobile StationMSC - Mobile Switching CenterHLR - Home Location RegistrySMS-SC - Short MessageService - Serving Center

STM – Synchronous Transfer Mode

Ater Ref (A3, A7)

A1 – Signaling interface for call control and mobility

Management between MSC and BSC

A2 – 64 kbps bearer interface for PCM voice

A5 – Full duplex bearer interface byte stream (SMS ?)

A3 – Signaling interface for inter-BSC mobile handoff

A7 – Bearer interface for inter-BSC mobile handoff

2G cdmaOne (IS-95 + IS-41)

CDMA2000-1X Network

BTS - Base Transceiver StationBSC - Base Station ControllerMS - Mobile StationMSC - Mobile Switching CenterHLR - Home Location RegistrySMS-SC - Short MessageService - Serving Center

STM – Synchronous Transfer ModePDSN – Packet Data Serving Node

AAA – Authentication, Authorization, and AccountingHome Agent – Mobile IP Home Agent

A10 – Bearer interface between BSC (PCF) and PDSN for packet dataA11 – Signaling interface between BSC (PCF) and PDSN for packet data

MSC

PSTN

A Ref (A1, A2, A5) STM over T1/T3

STM over T1/T3 or

AAL1 over SONET

HLR

SMS-SC

BSCProprietary Interface

BTS

BTS

IS-2000

MS

PDSN

HomeAgent

IPFirewall

IPRouter

Internet

PrivataData

Network

IPRouter

AQuarter Ref (A10, A11)

IP over Ethernet/AAL5

AAA

RADIUS over UDP/IP

CDMA2000 Layering Protocol

Physical Channel in CDMA 2000-1X

Reverse Link

BaseStation

BaseStation

MobilleStation Mobille

Station

Pilot (F-PICH)

Sync (F-SYNC)

Paging

Fundamental (F-FCH)

Supplemental (F-SCH)

Quick Paging (F-QPCH)

Pilot (R-PICH)

Access (R-ACH)

Fundamental (R-FCH)

Supplemental (R-SCH)

Forward Link

1xEVDO -- IP Data OnlyIS-2000

IPBTS

IS-2000

IPBTS

IP BSC IPRouter

PDSN HomeAgent

IPFirewall

IPRouter

Internet

PrivataData

Network

IP BTS - IP Base Transceiver StationIP BSC - IP Base Station ControllerAAA - Authentication, Authorization, and AccountingPDSN - Packet Data Serving NodeHome Agent - Mobile IP Home Agent

AAA

RADIUS over UDP/IP

Nextgen MSC ?

1X- EVDV -- IP Data and Voice

Packet switched voice

P ST N

SIPProxy

SIP

SIP

SGW

SS7

MGCF(Softswitch)

SCTP/IP

H.248 (Maybe MGCP)

MGW

Circuit switched voice

PDSN +Router

AAA HomeAgent

Internet

IPFirewall

IPRouter

PrivataData

Network

IS-2000

IPBTS

SIP Proxy – Session Initiation Protocol Proxy Server

MGCF – Media Gateway Control Function

SGW – Signaling Gateway (SS7)

MGW – Media Gateway (Voice)

IS-2000

IPBTS

IP BSC

CDMA 2000-1X and EV-DO Overlay

Protokol 1xEV

Struktur kanal 1xEV

Channel Function 1xEV• Reverse link

– Access channel is used by the access terminal to initiate communication with the access network or respond to an access terminal directed message.

– Reverse link traffic is used by the access terminal to transmit user specific traffic or signaling information to the access network.

– ACK channel is used by the access terminal to inform the access network whether the data packet transmitted on the forward traffic channel has been successfully or not.

– Reverse rate indicator which aids the access point in determining the rate at reverse link is sending data, included as indicating the rate which the data was sent.

Channel Function 1x-EV• Forward link

– Pilot channel is used to aid coherent reception, long range prediction and rate selection.

– Control channel is used for system parameter broadcast and service negotiation during call setup.

– Traffic channel is used to transmit data to the multiple user.– Reverse activity channel is used for reverse link overload

and rate control to indicate the reverse link interference loading of the sector.

– Reverse power control channel is used for the fast power control of the existing reverse link connection.

Struktur kanal Forward 1xEV

Forward Link Active & Idle Time Slots Structure

Struktur kanal reverse 1xEV

CDMA2000 Layering Protocol

W-CDMA Network

W-CDMA Control Plane Protocol

RF

MAC

RLC

RRC

GMM/SM/SMS

RF

MAC

RLC

RRC

ATM

Sign Bearer

SCCP

RANAP

GMM/SM/SMS

Layer 1

IP

UDP

GTP-C

Relay

AAL5

ATM

Sign Bearer

SCCP

RANAP

AAL5

Layer 2

Layer 1

IP

UDP

GTP-C

Layer 2

UuUE RNC SGSN GGSNIu Gn

W-CDMA User Plane Protocol

RF

MAC

RLC

PDCP

Appl

RF

MAC

RLC

PDCP

ATM

UDP/IP

GTP-U

Relay

AAL5

Layer 1

Layer 2

UuUE RNC SGSN GGSNIu Gn

IP,PPP

UDP/IP

GTP-U

Relay

ATM

UDP/IP

GTP-U

AAL5

Layer 1

Layer 2

UDP/IP

GTP-U

IP,PPP

Spesifikasi W-CDMA (UMTS)

Model Radio Access W-CDMA

Kanal Fisik - UMTS

Type Kanal pada UMTS

Mapping antara kanal transport dan kanal fisik

Logical Channel - UMTS

Transport Channel - UMTS

Physical Channel - UMTS

SPESIFIKASI AIR INTERFACE GSMSPESIFIKASI AIR INTERFACE GSM

Band frekuensi : Uplink 890 MHz – 915 MHz Downlink 935 MHz – 960 MHz

Duplex spacing : 45 MHzCarrier spacing : 200 KHzModulasi : GMSK Transmision Rate ; 270 KbpsMetode Akses : FDMA – TDMABasic Duplexing : FDDSpeech Coder : RPE LPC 13 Kbps

- Channel Coding - Interleaving - Frequency Hopping - Adaptive equalization

Frequency Used GSM

ALOKASI KANAL GSM UNTUK ALOKASI KANAL GSM UNTUK OPERATOR DI INDONESIAOPERATOR DI INDONESIA

SATELINDO : 890 – 900 MHz (10 MHz)

TELKOMSEL : 900 – 907 MHz (7.5 MHz)

EXCELCOMINDO : 907.5 – 915 MHz (7.5 MHz)

BaseStation

MobileStation

Network

Air interface

air interface distandarkan ! , pada GSM

adalah sebagai berikut :

-TDMA structure 8 timeslot per RF carrier

-0.577 ms per-timeslot

-interval frame = 8 timeslot = 4.615 ms

-modulation scheme GMSK BT=0.3

-slow frequency hopping (217 hops/s)

-dll

vendor bebas mengembangkan handset dgn keunggulan masing-masing, sepanjang bisa berkomunikasi melalui interface yang sudah distandarkan

vendor bebas mengembangkan subsystem, misalkan meningkatkan sensitivitas dan sebagainya

Standarisasi GSM

Interface GSM

MSC Transcoder BSC

BTS

A Interface Ater Interface

Abis Interface

Iu Interface pada GSM

Signalling MS-BSC-MSC

CM

MM

RR

LAPm

Layer1

BTSM

LAPD

Layer1

RR’

LAPDm

Layer1

BSSAPRR

BTSM

LAPD

Layer1

SSCP

MTP

BSSAP

MM

CM

SCCP

MTP

MS MSC

Signal Processing in GSM

Link Operations GSM

ALOKASI KANAL GSM

200 kHz

CH 1 CH 2

CH 124

200 kHz

CH 1 CH 2

CH 124

890 915 MHzUplink

MS Transmit Band

935 960 MHzDownlink

BTS Transmit Band

GSM & GPRS Radio Interface

Struktur Air Interface pada GSM

Struktruk Frame GSM

5049210

1 multiframe for signalling51 TDMA frame = 235.38 ms

2524210

1 multiframe for speech/data26 TDMA frame = 120 ms

0 1 2 3 4 5 6 7

8 TS = 1 TDMA frame = 4.615 ms

BURST = Contents of Time Slot

1 TS

156.25 bit = 576.88 s( 1 bit = 3.692 s )

Struktur Frame GSM

Hierarchy Frame in GSM

51 & 26 Multiframe

Channel Configuration

GSM Burst Structure

BURSTMerupakan format informasi yang

ditransmisikan selama satu time slot TDMA.

Macam-macam BURTS :

1. Normal Burst

2. Frequency Correction Burst

3. Synchronization Burst

4. Access Burst

5. Dummy Burst

Normal Burst

Membawa seluruh Logical Channel yang

meliputi :

TCH, SDCCH, BCCH, PCH, AGCH,

SACCH, dan FACCH

Frequency Correction Burst

• Memancarkan FCCH

• Berisi unmodulated carrier berupa gelombang sinus murni

• Berisi bit-bit yang seluruhnya berpolarisasi ‘0’

Synchronisation Burst

• Memancarkan SCH

• Berisi nomor frame TDMA

• Membawa Base Station Identification Code (BSIC)

Dummy Burst

• Merupakan bit-bit tambahan

• Tidak berisi informasi apapun

• Formatnya sama dengan format pada Normal Burst

Access Burst

• Memancarkan RACH arah uplink

• Timing Advance (TA) untuk mengukur jarak antara MS yang dipakai untuk menentukan Time Delay

Konsep kanal pada GSMKanal terdiri dari dua jenis :

1. Kanal Fisik :• Satu TimeSlot(TS) frameTDMA

merupakan satu kanal fisik• Setiap carrier RF terdiri dari 8

TS(CH 0 – 7)

2. Kanal Logic : Kanal Trafik (TCH) dapat membawa

suara atau data untuk layanan komunikasi. TCH dibagi dua jenis, full rate channel dengan Bit rate 13 Kbps dan half rate channel dengan kecepatan bit 6,5 Kbps.

Kanal Kontrol digunakan untuk keperluan signalling.

Kanal logik ditumpangkan pada kanal fisik.

Istilah kanal (channel) dalam sistem komunikasi bergerak seluler, memiliki 2 (dua) pengertian :

Kanal Fisik Kanal Logic

lebar pita tertentu, dengan rate tertentu yang disediakan untuk mengirim informasi (suara atau data) maupun informasi kontrol

Adalah tipe data yang dilewatkan pada kanal fisik. Boleh berupa data trafik, maupun data kontrol dan signalling

Kasus di GSM, kanal fisik itu adalah 8 time slot yang disediakan tiap ARFCN selebar 200 kHz

Kanal Logik :

- Membawa kanal trafik dan kontrol

- Kanal logik yang berbeda digunakan untuk tugas khusus yang berbeda

- Informasi yang ditransmisikan kanal logik tergantung dari tugas khusus yang dimilikinya

Istilah Kanal pada sistem Cellular

Timing Advance Control

Hierarchy Logical Channel GSM

TCH CCH CBCH

TCH/F TCH/H

BCH CCCH DCCH

FCCH PCH AGCH ACCH SDCCHSCH BCCH

Mobile transmits

Base station transmits

Both transmit

Data orSpeech

Keluarga Kanal Logic pada GSM control channel

traffic channel cell broadcast channel

RACH

Pengkanalan Pada GSM

TCH

TCH/F TCH/HData orSpeech

Traffic Channel

Traffic Channel

TCH/FTraffic Channel Full Rate

TCH/H Traffic Channel Half Rate

- Suara : 13 kbps (gross rate = 22.8 kbps)- Data : 9.6 kbps, 4.8 kbps, dan 2.4 kbps

- Suara : gross rate = 11.4 kbps- Data : 4.8 kbps, dan 2.4 kbps

U/D

U/D U/D

Pengkanalan Pada GSM

CCH

BCH CCCH DCCH

FCCH PCH AGCH RACH ACCH SDCCHSCH BCCH

control channel

broadcast

Control Channel

Kanal logik yang digunakan untuk manajemen komunikasi, manajemen mobilitas, dan manajemen resource (koreksi frekuensi dan sinkronisasi)

common control dedicated control

FCCH frequency correction channelSCH sincronization channelBCCH broadcast control channel PCH paging channel AGCH access grant channel RACH random access channel

SACCH FACCH

ACCH associated control channel SACCH slow associated control channelFACCH fast associated control channel SDCCH stand alone control channel

Pengkanalan Pada GSM

Kanal Kontrol BCHBroadcast Control Channel (BCH) terdiri dari : Terdiri dari Broadcast ControlChannel (BCCH), FCCH ( Frequency Correction Channel), SCH

(Syncronisation Channel) Pembacaan FCCH, BCCH, dan SCH harus dilakukan tiap kali MS pindah sel

FCCH ( Frequency Correction Channel) Arah downlink Point to Multipoint Sinkronisasi frekuensi MS Gelombang sinus

SCH (Syncronisation Channel) Arah downlink Point to Multipoint TDMA frame structure ( untuk sinkronisasi frame) Info BSIC (Base Station Identity Code)

BCCH ( Broadcast Control Channel ) Arah downlink Point to Multipoint Informasi LAI (Location Area Identity) Informasi power output maksimum MS Informasi BCCH carrier sel yang berdekatan

BCH

FCCH SCH BCCH

broadcast channel

Control Channel … cont’d

sifat : point to multipoint (dari cell site ke user)

- membawa informasi frekuensi untuk koreksi frekuensi pada MS

- diperlukan untuk operasi yang benar dari subsystem radio agar MS secara akurat ‘tune’ pada BS

- sebagai referensi dgn “unmodulated carrier”

- ditransmisikan dengan format burst khusus : frequency correction channel burst

frequency correction

- informasi sinkronisasi frame

- identifikasi BTS

- informasi BSIC dan RFN

- ditransmisikan dengan burst khusus syncronization burst

syncronization

D

D D D

Pengkanalan Pada GSM

CCCH

PCH AGCH RACH

Control Channel … cont’d

common control channel

D

- membawa informasi signalling yang diperlukan untuk fungsi manajemen akses

- untuk membangun koneksi antara MS dan BS sebelum penempatan MS ke DCCH (dedicated control channel)

- paging channel

- untuk memanggil MS

- access grant channel

- untuk penempatan MS pada DCCH tertentu

D U

- random access channel

- permintaan dari MS untuk mendapatkan DCCH tertentu

- ditransmisikan dengan random access burst

U/D

Pengkanalan Pada GSM

Kanal Logic CCCH

Common Control Channel (CCCH) terdiri dari :

PCH ( Paging Channel ) Arah downlink Point to Multipoint Paging message ( IMSI/TMSI )

RACH ( Random Access Channel ) Uplink Point to Point MS call set up

AGCH ( Access Grant Channel ) Downlink Point to Point

Menyediakan kanal signalling (SDCCH)

Control Channel … cont’d

DCCH

ACCH SDCCH

- DCCH digunakan untuk signalling dan kontrol setelah pembangunan hubungan

dedicated control channel

associated control channel

stand alone dedicated control channel

SACCH FACCH

- slow access grant channel

- selalu dikaitkan dengan TCH atau SDCCH

- digunakan untuk membawa informasi yang bersifat umum

- fast access grant channel

- digunakan untuk handover

- untuk authentikasi

- location update

- digunakan sebelum alokasi pada TCH tertentu

- untuk informasi penempatan pada TCH

- independen, tidak dihubungkan pada TCH

U/D

U/D

U/D U/D

U/D

Pengkanalan Pada GSM

Kanal Logic DCCHDedicated Control Channel ( DCCH ) terdiri dari :

SDCCH ( Stand Alone Dedicated Control Channel ) Arah downlink dan uplink Point to Point Call set up Authentication Location Updating Short message dan cell broadcast Menyediakan TCH

SACCH ( Slow Associated Control Channel ) Downlink dan uplink Point to Point Uplink : MS measurement data Downlink :

MS power output Timing advanced

FACCH ( Fast Associated Control Channel ) Downlink dan uplink Point to Point Handover Stealing mode ( pengganti sementara TCH)

Studi Kasus : Pengkanalan Pada GSM

Mapping GSM Logical Channel onto Physical Channel

Kanal logik GSM harus dipetakan ke kanal fisik, artinya : informasi pada kanal logik harus ditempatkan pada kanal fisik dengan format burst tertentu untuk ditransmisikan

Logical Channel Mapping Analogy...

Tipe burst pada kanal fisik dapat dianalogikan sebagai ‘tipe gerbong’ pada rangkaian kereta api. Orang makan malam berada pada gerbong restorasi. Demikian pula pada kanal logik, penempatan kanal logika pada ‘gerbong’ burst tergantung dari fungsi kanal logik tersebut beserta sifat-sifat fisisnya.

FCCH BurstSCH Burst

SynchronizationChannel

FrequencyCorrectionChannelDedicated

ControlChannels

TrafficChannel

Normal Burst

Studi Kasus : Pengkanalan Pada GSM

Analogi

FCCH BurstSCH Burst

SynchronizationChannel

FrequencyCorrectionChannelDedicated

ControlChannels

TrafficChannel

Normal Burst

Kanal RF selebar 200 kHz Rel kereta

Kanal Logic Isi gerbong kereta

Kanal Fisik ( TimeSlot) Gerbong kereta

Burst Tipe/jenis gerbong

Kasus analogi di GSM

Studi Kasus : Pengkanalan Pada GSM

“Physical Channel” - The time slot on a certain frequency.

Burst - The Transmission Quantum:

Random Access Burst

Frequency Correction Burst

Synchronization Burst

Normal Burst

Dummy Burst

8 341 68.2536 T Synchronization S. Coded Data T GP

3 157 1 35726 8.25

T Coded Data S T.Seq. S Coded Data T GP

3 3142 8.25

T Fixed Bit Sequence T GP

3 39 33964 8.25

T Coded Data Synchronization Seq. Coded Data T GP

3 58 35826 8.25

T Mixed Bits T. Seq. Mixed Bits T GP

Physical Channel Burst Types...

Studi Kasus : Pengkanalan Pada GSM

512 513 514 808 809 810

299 200kHz Radio Channels

FDMA

FDD

0 1 2 5 6 7

8 0.57ms Time Slots

3 4TDMA{

Burst - Transmission Quantum in GSM

1 Frame

Burst Burst Burst Burst Burst Burst Burst Burst

Frame Train on Frequency Track…an analogy

For GSM 1900... U D

60 MHz 60 MHz

GSM Duplexing and Multiplexing Techniques...

ARFCNNumbers

Studi Kasus : Pengkanalan Pada GSM