HSDPA
View more presentations from tryfatur.
Senin, September 14
HSDPA – High Speed Downlink Packet Access Senin, September 14, 2009
Solusi mobiltas adalah menggunakan teknologi wireless, yang memungkinkan pengguna untuk menjelajah dengan murah tanpa diributkan dengan kabel, walaupun masih memerlukan penanganan infrastruktur back-end. Dalam pembicaraan sehari-hari wireless adalah sebuah bungkus lama untuk radio transmiter (perpaduan antara peralatan receiver dan transmitter) seperti diterapkan pada jaman radio telegram. Sekarang teknologi tersebut berkembang pesat dengan memunculkan fitur baru.
Fenomena ketika GPRS keluar pertama kali, fitur ini menjadi pertimbangan utama saat membeli ponsel. Ketika teknologi 3G atau dieropa dikenal dengan nama UMTS (universal mobile telecomunication system) juga sama. Kemunculan 3G dibarengi dengan kemunculan HSDPA (high speed downlink packet access). HSDPA adalah keturunan dari 3G. HSDPA ini dikenal dan digolongkan ke dalam teknologi 3.5G, karena kecepatan transfer datanya lebih bagus dibanding 3G. 3G pada permulaannya maksimal sampai 384 kbit/s, sedangkan dengan HSDPA dapat dinaikkan menjadi 14 Mbit/s.
Salah satu alasan HSDPA muncul hampir berberengan dengan 3G, karena HSDPA berjalan difrekuensi yang sama yang digunakan 3G. Sehingga investasi yang ditanamkan tidak terlalu besar terutama untuk software dan hardware.
Perkembangan HSDPA tidak terlepas dari perkembangan teknologi GSM pada tiap generasinya. Tiap generasi memiliki kemampuan transfer data yang lebih cepat. Berikut evolusi perkembangan generasi ke generasi GSM sampai ke arah HSDPA.
Modem
Modem berasal dari singkatan MOdulator DEModulator. Modulator merupakan bagian yang mengubah sinyal informasi kedalam sinyal pembawa (Carrier) dan siap untuk dikirimkan, sedangkan Demodulator adalah bagian yang memisahkan sinyal informasi (yang berisi data atau pesan) dari sinyal pembawa (carrier) yang diterima sehingga informasi tersebut dapat diterima dengan baik. Modem merupakan penggabungan kedua-duanya, artinya modem adalah alat komunikasi dua arah. Setiap perangkat komunikasi jarak jauh dua-arah umumnya menggunakan bagian yang disebut "modem", seperti VSAT, Microwave Radio, dan lain sebagainya, namun umumnya istilah modem lebih dikenal sebagai Perangkat keras yang sering digunakan untuk komunikasi pada komputer. Data dari komputer yang berbentuk sinyal digital diberikan kepada modem untuk diubah menjadi sinyal analog. Sinyal analog tersebut dapat dikirimkan melalui beberapa media telekomunikasi seperti telepon dan radio. Setibanya di modem tujuan, sinyal analog tersebut diubah menjadi sinyal digital kembali dan dikirimkan kepada komputer. Terdapat dua jenis modem secara fisiknya, yaitu modem eksternal dan modem internal. (id.wikipedia.org)
W-CDMA
W-CDMA - Wideband Code-Division Multiple Access atau biasa ditulis Wideband-CDMA atau W-CDMA, merupakan teknologi generasi ketiga (3G) untuk GSM, biasa disebut juga UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Teknologi ini tidak kompatibel dengan CDMA2000 atau sering disebut juga dengan CDMA saja. Kecepatan WCDMA bisa mencapai 384 kbps dan dimasa akan datang akan meningkat sampai mungkin sekitar 10Mbps. Teknologi ini menggunakan Wideband-AMR (Adaptive Multi-rate) untuk kodifikasi suara (voice codec) sehingga kualitas suara yang didapat menjadi lebih baik dari generasi sebelumnya.
Generasi Perkembangan GSM
2.1. Generasi Pertama (1G)
1G berupa telepon analog yang diperkenalkan pada tahun 1980an dan dilanjutkan sampai digantikan dengan generasi kedua (2G) yang berbentuk digital. Beberapa generasi pertama mengikuti standar NMT (Nordisk MobilTelefoni atau Nordiska MobilTelefoni-gruppen), CDPD (Celluler Digital Packet Data, Mobitex and DataTAC).
2.2. Generasi Kedua (2G - 2.75G)
Perbedaan utama antara dua sistem telepon mobile yang sukses ini yaitu 1G dan 2G adalah sinyal radio yang digunakan. Jaringan 1G mengunakan analog sedangkan 2G adalah digital. Percakapan dalam 2G diencode menjadi sinyal digital, tapi dalam 1G hanya dimodulasi ke frekuensi yang lebih tinggi (150 MHz ke atas). Terdapat dua standar besar dan kuduanya komersial, yaitu: dari Eropa dan dari America. Sekitar 60% sekarang dikuasai oleh pasar dari standar Eropa. Yang termasuk dalam generasi ini adalah:
- GSM (Global System for Mobile Communications) adalah standar paling populer untuk telepon mobile di dunia.
- GPRS (General Packet Radio Service) adalah layanan data mobile yang tersedia pada telepon GSM. GPRS sering disebut sebagai generasi 2.5 G, yaitu teknolgi antara generasi pertama dan generasi kedua dalam teknologi telepon mobile. Dibandingkan dengan pendahulunya GPRS memiliki transfer data yang cepat. GPRS memanfaatkan kanal TDMA yang tidak terpakai pada jaringan GSM. Dalam teori terbatas untuk paket data 171.2 kbit/s (menggunakan 8 slot dan CS-4 coding). Realisasinya bit rate nya adalah 30-80, karena memungkinkan menggunakan maksimal 4 slot untuk downlink.
- EDGE (EGPRS) (Enhanced Data rates for GSM Evolution) adalah teknologi telepon mobile yang memperbaiki jaringan 2G dan 2.5G khususnya dalam jalur komunikasi data. Teknologi ini bekerja pada jaringan GSM. EDGE dapat bekerja pada jaringan GPRS ada.
- HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data), iDEN (Integrated Digital Enhanced Network, D-AMPS (Digital AMPS), IS-95, PDC (Personal Digital Cellular), CSD (Circuit Switched Data), PHS (Personal Handy-phone System), WiDEN (Wideband Integrated Dispatch Enhanced Network) and CDMA2000 (1xRTT/IS-2000).
Generasi ketiga (3G 3.75G)
3G memberikan kemampuan untuk mentransfer secara simultan baik data voice dan non-voice data (seperti saat download informasi, pertukaran email dan instant messaging). Standar 3G di dalamnya adalah:
- UMTS (3GSM) (Universal Mobile Telecommunications System) menggunakan W-CDMA di bawah standar 3GPP. UMTS mempunyai layanan data secara teori sampai 11 Mbit/s, meskipun dalam perkembangannya yang disebarkan ke user dalam jaringan performanya hanya mencapai 384 kbit/s untuk handset R99 dan 1-2 Mbit/s untuk handset HSDPA untuk koneksi downlink.
- 3.5G HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) adalah protokol dalam telepon mobile berbasis jaringan UMTS 3G yang menyediakan transfer data yang lebih cepat. Sekarang HSDPA yang dipasang mendukung 1.8 Mbit/s sampai 3.6 Mbit/s saat downlink. Untuk kedepannya direncanakan mencapai 7.2 Mbit/s.
- W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), FOMA (Freedom of Mobile Multimedia Access), 1xEV-DO/IS-856 (1x Evolution-Data Optimized), TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access), GAN/UMA (Generic Access Network), 3.75G HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access).Untuk dapat membandingkan perbedaan tiap generasi dapat dilihat pada tabel berikut:
Gen | Type | Typical Frequency | Typical Data Speeds |
1G | Voice | Digital | 600 -1200 bps |
2G | Voice & Data | Digital | 9.6, 56 or 180 kbps |
3G | Voice & Data | Digital | 384 kbps, 1.8 or 3.6 Mbps |
Cara Kerja
Pada dasarnya layana HSDPA tidak beda jauh dengan layanan yang diberikan oleh generasi sebleumnya yaitu: GPRS, CDMA, EDGE dan 3G. Teknologi tersebut memiliki kesamaan bahwa sama-sama menggunakan layanan lewat jalur IP (internet protokol). HSDPA diperkenalkan oleh Third Generation Partnership Project (3GPP) release 5standar. Tujuan utamanya adalah meningkatkan standar througput melalui konsep multiple input multple output (MIMO) atau dengan teknik antena array. Proses kerja cell menggunakan alokasi asymetrics spectrum frekuensi dalam multi carries cell. Efisiensi dari sistem menjadi dua kalilipat, yang artinya juga meningkatkan persepsi pelanggan terhadap kualitas layanan.
HSDPA menggunakan kanal baru yang dlimiki oleh 3G yaitu high speed downlink shared channel (HS-DSCH). Kanal tersebut beroperasi berbeda dengan jalur 3G yang ada. Penambahan kanal berupa implementasi adaptive modulation and coding (AMC), hybrid automatic repestreQuest (HARQ), fast packet schedulling, retransmission protokol and fast cell selection (FCS), yang dikendalikan medium access control (AMC) di node yang berkemampuan 3G.HS-DSCH difungsikan untuk proses downlink data ponsel. Sedangkan untuk proses uplink, kemampuan HSDPA tak bisa sebesar downlinknya, yang secara teori hanya mampu sampai 2 Mbit/s.
Jaringan HSDPA secara fisik memiliki 3 kanal, yakni high speed data physich downlink shared channel (HS-PDSC), high speed shared control channel (HS-SCCH) dan high speed dedicated physical control channel (HS-DPCCH). HS-PDSCH mengadopsi adaptive modulation QPSK (quadrature phase shift keying) atau algoritma fase modulasi yang sudah ada, dan 16 QAM (quadrative amplitude modulation) yakni empat aplitude dan empat fase yang memungkinkan pengunaan data rate tinggi dobawah kondisi jaringan radio yang bermacam-macam.
Arsitektur HSDPA
Arsitektur UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) dibangun oleh satu atau beberapa Radio Network System (RNS) yang terhubung pada Core Network (CN). RNS dapat dibagi menjadi dua entity, yaitu Radio Network Controller (RNC) dan Node B atau base station Node B pada HSDPA tidak hanya terdiri atas layer fisik, terdapat juga MAC (Medium Access Control) layer seperti terlihat pada gambar diatas . MAC-hs merupakan entity MAC yang menangani transport channel HS-DSCH. MAC-hs memiliki peran dalam fungsi retransmisi ARQ (Automatic Repeat Request) dan Scheduling dalam menangani prioritas paket . Dengan adanya MAC layer pada node B, maka proses retransmisi dapat terjadi lebih cepat dan delay untuk men-decode paket dapat berkurang karena round-trip retransmisi yang lebih pendek.
Walaupun fungsi MAC layer ditambahkan di node B, RNC pada HSDPA masih melakukan fungsi RLC (Radio Link Control) seperti pada protokol WCDMA. Pada kasus tertentu, yaitu dimana batas maksimum retransmisi oleh physical layer telah dicapai, proses retransmisi akan ditangani oleh layer RLC di RNC.
Channel-Channel pada HSDPA
Channel-channel yang digunakan pada WCDMA juga digunakan pada HSDPA, namun pada HSDPA diperkenalkan sebuah transport channel baru yang mendukung tercapainya evolusi HSDPA yaitu HS-DSCH. Untuk implementasi HSDPA selain digunakan HS-DSCH, penambahan kanal kontrol juga dilakukan pada platform WCDMA, yaitu High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH), dan High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH).
HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel)
HS-DSCH merupakan transport channel arah downlink pada HSDPA yang dapat digunakan untuk mengirim paket data oleh beberapa user dalam satu cell. HS-DSCH memiliki Spreading Factor (SF) tetap sebesar 16, berbeda dengan DSCH pada WCDMA yang memiliki SF variable antara 4 hingga 256. Transmission Time Interval (TTI) pada HS-DSCH sebesar 2 ms adalah lebih pendek jika dibandingkan dengan TTI sebesar 10, 20, 40, atau 80 ms yang digunakan pada channel-channel sejenis sebelumnya. HS-DSCH dapat dipetakan ke satu atau beberapa HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink Shared Channel). Oleh karena itu HSDPA dapat melakukan multicode operation menggunakan hingga 15 channelization codes berdasarkan kategori UE (User Equipment). Satu TTI pada HS-PDSCH terdiri atas tiga time slot seperti tampak pada gambar di bawah ini.
HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel)
HS-SCCH merupakan downlink physical channel dengan SF tetap sebesar 128 yang membawa informasi kunci yang diperlukan untuk HS-PDSCH. Satu TTI pada HS-SCCH terdiri atas tiga time slot. Informasi yang kritis terhadap waktu (time critical) diletakkan pada slot pertama HS-SCCH, seperti channelization codes set (7 bit) dan skema modulasi (1 bit). Dua slot selanjutnya mengandung informasi non-time critical seperti Cyclic Redundancy Check (16 bit), transport block size (6 bit), redundancy and constellation version (3 bit), informasi HARQ, dan new data indicator (1 bit).
HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel)
Selain berasosiasi dengan HS-SCCH, HS-DSCH juga berasosiasi dengan satu dedicated uplink physical control channel pada arah uplink, yakni HS-DPCCH. SF pada HS-DPCCH adalah tetap sebesar 256. HS-DPCCH membawa informasi control yang diperlukan dalam pengiriman paket data, seperti ARQ acknowledgement (ACK/NACK) serta CQI (Channel Quality Indicator). Nilai bit pada slot HS-DPCCH digunakan untuk memilih skema modulasi dan koding untuk pengiriman selanjutnya, dari QPSK dengan turbo code R=1/4 hingga 16-QAM dengan turbo code R=3/4. Termasuk memilih untuk tidak melakukan pengiriman jika kondisi kanal buruk .
Fitur-Fitur pada HSDPA
Untuk meningkatkan performansi sistem pada jaringan WCDMA, pada HSDPA dilakukan perubahan-perubahan pada radio interfaces yang berpengaruh pada physical layer dan transport layer. Fitur-fitur tersebut antara lain adalah penggunaan AMC, HARQ, serta fast scheduling.
AMC (Adaptive Modulation and Coding)
AMC merupakan teknologi utama pada HSDPA dimana feedback dari UE digunakan untuk menentukan skema coding dan modulasi yang akan digunakan berdasarkan CQI (Channel Quality Indicator) . Proses ini dilakukan untuk setiap TTI dengan tujuan untuk memaksimalkan data rate dari UE dengan kondisi kanal yang baik. Modulasi pada HS-DSCH dilakukan secara adaptif dengan pemilihan modulasi QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) atau 16 QAM (Quadrature Amplitude Modulation). QPSK merupakan modulasi M-ary PSK (Phase Shift Keying) dengan beda fasa untuk masing-masing simbol sebesar 90 derajat. QPSK merepresentasikan 2 bit dalam setiap simbol. QAM merupakan kombinasi jenis modulasi M-ary ASK (Amplitude Shift Keying) dan M-ary PSK. Pada sistem HSDPA jenis QAM yang digunakan adalah 16-QAM dimana tiap simbolnya merepresentasikan 4 bit . Untuk mendapatkan throughput maksimal digunakan 16-QAM dengan turbo code R=3/4. Jika kondisi kanal buruk digunakan QPSK dengan turbo code R=1/4 serta kombinasi skema modulasi dan koding di antara kondisi tersebut.
HARQ (Hybrid Automatic Repeat and Request)
HARQ meningkatkan performansi dan menambah ketahanan terhadap error pada link adaptation. Penerima akan mengirim NACK melalui HS-DPCCH ketika mendeteksi error pada paket data yang diterima setelah 7.5 time slot dari akhir TTI HS-DSCH. Teknologi HARQ mengkombinasikan FEC (Feed Error Correction) dan ARQ untuk menyelamatkan informasi dari kegagalan transmisi sebelumnya untuk keperluan decoding pada UE .
Untuk retransmisi, HARQ menggunakan TBS (Transport Block Size) yang sama dengan transmisi sebelumnya dimana jumlah bit informasi yang dikirimkan sama. Namun jenis modulasi, channelization code atau daya transmisi yang digunakan dapat berbeda. HARQ pada HSDPA dapat terdiri atas teknik berikut: - Chase Combining (CC) Pada CC, bit-bit yang sama akan dikirimkan pada retransmisi ketika terjadi error pada proses decoding. Paket transmisi digabungkan dengan paket sebelumnya (soft combining) untuk dapat di-decode selanjutnya. - Incremental Redundancy (IR) Pada IR, bit parity tambahan dikirimkan saat terjadi error pada proses decoding. Bit parity tambahan ini digunakan bersama dengan bit parity yang asli sehingga dapat mengurangi code rate.
Fast Scheduling
Fast Scheduling merupakan mekanisme untuk menentukan user mana yang akan ditransmisikan paket data terlebih dahulu selama satu TTI. Dengan adanya MAC-hs pada node B maka delay transmisi paket yang terjadi dapat dikurangi. Tiga cara penjadwalan dipakai dalam sistem HSDPA yaitu Round Robin (RR), Maximum C/I, dan Proportional Fair (PF). Penjadwalan RR bekerja berdasarkan posisi antrian, first in first out. Meksipun paling sederhana dan fair, kondisi kanal yang dipakai UE tidak dijadikan pertimbangan. Sebagai konsekuensinya pengguna tetap dijadwal meskipun kondisi kanal buruk. Algoritma Maximum C/I menjadwal UE berdasarkan rasio C/I sesaat. User dengan nilai C/I paling tinggi akan mendapatkan prioritas lebih tinggi . Asumsinya seluruh UE memiliki level MCS (Modulation and Coding Scheme) tertinggi untuk melakukan transmisi. Hal tersebut kurang fair karena menyebabkan hampir setengah pengguna sel tidak memperoleh pelayanan yang cukup. PF merupakan bentuk kompromi antara RR dan Maximum C/I. PF bekerja berdasarkan keseimbangan antara rata-rata Throughput yang diperoleh dengan data rate sesaat. Hasilnya setiap pengguna dilayani saat kondisi kanal mendukung. Lebih fair karena kondisi kanal waktu tertentu pasti lebih baik daripada rata-ratanya.
Keuntungan HSDPA
Penambahan data rates menghasilkan keuntungan bagi operator untuk membuka area baru yang luas, nilai tambah dan kaya akan service untuk media. Keuntungan user dengan kecepatan mencapai megabyte per detik memungkinkan untuk:
- mengakses internet dengan cepat,
- mudah mendownload email dan menambahkan attachment,
- straming audio dan video,
- mengambil gambar resolusi tonggi,
- multiplayer game,
- TV broadcasting,
- dapat menangani kebutuhan secara korporat.
HSDPA sampai saat ini sudah digunakan di 39 negara dan 64 operator. Ke depan HSDPA masih dapat dikembangkan ke arah HSUPA (high speed uplink packet access). Jika teknologi HSDPA tergolong ke dalam teknologi 3.75G maka HSUPA masuk dalam generasi 3.75 (3.75G).
