TUGAS AKHIR
ANALISA PERHITUNGAN BATAS DELAY SISTEM OFDMA DAN
OFDM – TDMA BERDASARKAN STANDAR 802.16
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pedidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh Yensen 040402015
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
ANALISA PERHITUNGAN BATAS DELAY SISTEM OFDMA DAN
OFDM – TDMA BERDASARKAN STANDAR 802.16
Oleh:
Yensen
040402015
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro
Disetujui oleh: Dosen Pembimbing,
NIP: 131 945 349 Ir. Arman Sani, MT
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
NIP: 131 459 555 IR. NASRUL ABDI, MT
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Teknologi WiMAX adalah teknologi akses nirkabel terbaru yang telah
diadopsi oleh IEEE dikenal dengan sebutan 802.16x. Teknologi nirkabel ini
menawarkan kemampuan untuk mengakses dengan jarak jangkau yang cukup jauh,
yaitu lebih kurang 50 km dengan bit rate yang cukup tinggi, dengan harapan agar
dapat menggantikan sistem komunikasi nirkabel yang ada pada saat ini.
Tundaan adalah salah satu parameter yang sangat penting untuk diperhatikan
dalam unjuk kerja dari sebuah sistem komunikasi. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-TDMA (Time Division Multiple Access) dan OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access) adalah metode akses yang
diterapkan pada WiMAX, maka analisa perhitungan yang disajikan adalah berupa
nilai tundaan sistem OFDM-TDMA dan OFDMA dalam melayani aplikasi sistem
paket yang bersifat tetap, yang mana waktu layanan rata – rata dari kedua sistem
ditentukan terlebih dahulu. Secara umum, hasil perhitungan performansi dari tundaan
OFDMA jauh lebih baik dari OFDM-TDMA karena OFDMA menawarkan
fleksibilitas dalam pemilihan subcarriers sehingga nilai layanan rata – rata dapat ditingkatkan.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih
dan karunia sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul
“Analisa Perhitungan Batas Delay Sistem OFDMA dan OFDM-TDMA berdasarkan
Standar 802.16”.
Penulisan Tugas Akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada orangtua penulis Handoko Ng
dan Janli Hasni serta saudara-saudara penulis Vinson Ng,Bba dan Wilson yang selalu
memberikan dukungan kepada penulis.
Penulis juga ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada :
1. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Rahmad Fauzi, ST. MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir penulis
yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan motivasi dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, khususnya Konsentrasi
Teknik Telekomunikasi yang telah membekali penulis di bidang Teknik
5. Teman-teman di Departemen Teknik Elektro USU angkatan 2004; Dedi, Alex
K.S, Bayu, Wisan, Halim, Budiman, Willy, Irsan, dan rekan-rekan lainnya
yang selama ini telah menjadi teman seperjuangan dalam hari-hari kuliah.
6. Serta semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk
Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini bermanfaat
bagi kita semua.
Medan,7Agustus2008
DAFTAR ISI
ABSTRAK...i
KATA PENGANTAR...ii
DAFTAR ISI...iv
DAFTAR GAMBAR...vii
DAFTAR TABEL...ix
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Rumusan Masalah...2
1.3 Tujuan Penulisan...3
1.4 Batasan Masalah...3
1.5 Metode Penulisan...4
1.6 Sistematika Penulisan...4
II. WiMAX………...6
2.1 Umum………...6
2.2 Perkembangan WiMAX………...8
2.3 Teknologi WiMAX...…………...……...10
2.3.1 OFDM……….………....11
2.3.2 Kanalisasi (Subchannelization)…… ………...11
2.3.3 Sistem Antena ………...12
2.3.4 Modulasi Adaptif ……….………...12
2.3.5 Teknik Koreksi Kesalahan ……….……….13
2.3.6 Diversitas Pngirim dan Penerima………..……...13
2.3.7 Penghematan Daya………...14
2.4.1 Fixed WiMAX……….17
2.4.2 Mobile WiMAX………..……….18
2.5 Lapis MAC………19
2.5.1 Mekanisme Kanal-Akses………..22
2.5.2 Kualitas Pelayanan………....23
2.5.3 Dukungan Mobilitas………..25
2.5.4 Fungsi Sekuritas……….26
2.6 Struktur Slot dan Frame ………..28
2.7 Topologi WiMAX………....30
2.8 Hybrid ARQ……….32
2.9 Aplikasi WiMAX……….33
2.9.1 WMANs……….33
2.9.2 Pengga nti Teknologi Wi-Fi………33
2.9.3 BackHaul Wireless……….34
III. OFDM & OFDMA...35
3.1 Umum……….………....35
3.2 Modulasi Multicarrier...36
3.3 Orthogonalitas……….38
3.4 Prinsip Kerja………....39
3.4.1 Transmitter………...40
3.4.2 Kanal………..43
3.4.3 Receiver……….44
3.5 Modulasi/Demodulasi QPSK………..46
3.5.1 Modulator QPSK………...46
3.5.2 Demodulator QPSK………47
3.6 Cyclic Prefix……….………48
3.7 Orthogonal Frequency Division Multiple Access………49
3.7.1 Multi Akses untuk OFDM……….50
3.7.3.1 Algoritma Maximum Sum Rate………..54
3.7.3.2 Algoritma Maximum Fairness……….54
3.7.3.3 Algoritma Proportional Rate Constrain………...55
3.7.3.4 Proporitional Fairness Scheduling………...56
3.8 Protokol OFDMA ……….………..57
3.8.1 Sub-kanalisasi………....57
3.8.2 Mapping Message………..………57
3.8.3 Ranging………...…58
3.9 Time Division Multiple Access-“Round Robin”………58
IV. ANALISIS PERHITUNGAN BATAS DELAY OFDM-TDMA DAN OFDMA………...60
4.1 Pendahuluan………...60
4.2 Pengalokasian bit pada OFDM-TDMA dan OFDM.………....60
4.3 Batas delay pada OFDM-TDMA dan OFDMA...62
4.4 Perhitungan Batas delay pada OFDM-TDMA …....……….65
4.5 Perhitungan Batas delay pada OFDMA ………...………67
V. KESIMPULAN DAN SARAN...72
5.1 Kesimpulan...72
5. 2 Saran...72
Daftar Pustaka... 73
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Implementasi Teknologi WiMAX………..…7
Gambar 2.2 Contoh Beberapa Frame WiMAX………...………..21
Gambar 2.3 Struktur Slot dan Frame…...………..……….29
Gambar 2.4 Topologi Jaringan Point To Point………...…….…………..31
Gambar 2.5 Topologi Jaringan Point To MultiPoint ………...31
Gambar 2.6 BackHaul Jaringan Seluler………....…...…………...34
Gambar 3.1 Blok Rangkain Dasar Transmiter Multicarrier………...……...36
Gambar 3.2 Blok Rangkain Dasar Receiver Multicarrier…...37
Gambar 3.3 Prinsip Dasar OFDM………...………...……...39
Gambar 3.4 Diagram Blok Dasar OFDM………...………..40
Gambar 3.5 Diagram Blok Transmitter OFDM………...……….40
Gambar 3.6 Konversi Bit Serial ke Paralel………...……....41
Gambar 3.7 Proses Modulasi………...……….41
Gambar 3.8 Proses IFFT………...………....42
Gambar 3.9 Bentuk Umum Kanal……….43
Gambar 3.10 Kanal dan Respon Kanal dari Dekomposisi Multicarrier…………...44
Gambar 3.11 Diagram Blok Receiver OFDM………....44
Gambar 3.12 Diagram Blok Modulator QPSK………...46
Gambar 3.13 Sinyal Keluaran Modulator QPSK………...47
Gambar 3.15 Cyclic Prefix pada OFDM…...………....………...49
Gambar 3.16 Kombinasi antara TDMA dan FDMA…...…..…...51
Gambar 3.17 Perbandingan Daya OFDM dengan OFDMA………...52
Gambar 3.18 Ilustrasi TDMA round robin...59
Gambar 4.1 Frame OFDM-TDMA………...61
Gambar 4.2 Model Sistem OFDM-TDMA dan OFDMA...63
Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Batas Delay 64-QAM dan 256-QAM……....….66
Gambar 4.4 Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA; 256 subcarriers …...…….68
Gambar 4.5 Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA; 512 subcarriers ……....…..69
Gambar 4.6 Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA; 1024 subcarriers………....70
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Dasar Standar 802.16………...………9
Tabel 2.2 Komparasi Teknologi WiMAX...………...16
Tabel 2.3 Perbandingan Parameter Fixed dan Mobile WiMAX ………19
Tabel 3.1 Keluaran Modulator QPSK………..47
Tabel 3.2 Komparasi Skema Laju Data dan Subcarrier OFDMA………….…..56
Tabel 4.1 Hasil perhitungan Batas Delay OFDM-TDMA………….…………..62
Tabel 4.2 Hasil perhitungan Batas Delay OFDM-TDMA ………..63
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Batas Delay OFDMA; 216 subcarriers……….…65
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Batas Delay OFDMA; 512subcarriers………...…68
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Batas Delay OFDMA; 1024 subcarriers…………69
ABSTRAK
Teknologi WiMAX adalah teknologi akses nirkabel terbaru yang telah
diadopsi oleh IEEE dikenal dengan sebutan 802.16x. Teknologi nirkabel ini
menawarkan kemampuan untuk mengakses dengan jarak jangkau yang cukup jauh,
yaitu lebih kurang 50 km dengan bit rate yang cukup tinggi, dengan harapan agar
dapat menggantikan sistem komunikasi nirkabel yang ada pada saat ini.
Tundaan adalah salah satu parameter yang sangat penting untuk diperhatikan
dalam unjuk kerja dari sebuah sistem komunikasi. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-TDMA (Time Division Multiple Access) dan OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access) adalah metode akses yang
diterapkan pada WiMAX, maka analisa perhitungan yang disajikan adalah berupa
nilai tundaan sistem OFDM-TDMA dan OFDMA dalam melayani aplikasi sistem
paket yang bersifat tetap, yang mana waktu layanan rata – rata dari kedua sistem
ditentukan terlebih dahulu. Secara umum, hasil perhitungan performansi dari tundaan
OFDMA jauh lebih baik dari OFDM-TDMA karena OFDMA menawarkan
fleksibilitas dalam pemilihan subcarriers sehingga nilai layanan rata – rata dapat ditingkatkan.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini perkembangan di bidang telekomunikasi sangat pesat, khususnya
dalam komunikasi digital. Kebutuhan akan teknologi komunikasi yang handal baik dalam
penyajian kecepatan laju data maupun kualitas pelayanan metode akses semakin
meningkat dalam upaya untuk memenuhi kebutuhan aplikasi multimedia. Untuk
memenuhi kebutuhan tersebut maka teknologi WiMAX dikembangkan.
Teknologi WiMAX merupakan teknologi yang dikembangkan dengan tujuan
untuk pelayanan koneksi pita lebar secara nirkabel. Teknologi ini secara umum
dikembangkan untuk komunikasi LOS dan NLOS berbasis point to multi-point dengan
sistem operasi pada frekuensi 10 – 66 GHz dengan daerah jangkauan yang mencapai 50
km dan kecepatan laju data yang mencapai 75 Mbps.
Secara umum aplikasi point to multi-point digunakan untuk beberapa macam
aplikasi, yaitu:
1. Layanan broadband untuk pemukiman, industri rumah tangga (Small Office/
Home Office).
2. Menyediakan kecepatan layanan laju data setingkat aplikasi layanan T1
3. Jaringan utama penghubung Wi-Fi Hotspot.
Dua metode metode akses yang terkenal adalah TDMA (Time Division Multiple
Access) dan FDMA (Frequency Division Multiple Access). Ketika kedua metode akses
menghasilkan OFDM – TDMA dan OFDMA (OFDM - Access). Baik teknologi OFDM –
TDMA dan OFDMA diadopsi untuk digunakan dalam sistem komunikasi 802.16
Sistem komunikasi 802.16 telah mengintegrasikan kualitas pelayanan (QoS) pada
lapis metode akses (MAC) dengan berbagai sistem transmisi metode akses. Pada kualitas
pelayanan yang dimaksudkan ialah dengan berbagai metode penjadwalan transmisi yang
dikenal. Adapun teknik penjadwalan yang dikenal dalam sistem komunikasi 802.16 yang
memenuhi kualitas pelayanan adalah teknik penjadwalan kelas premium hingga teknik
penjadwalan kelas best –effort.
Oleh karena itu pada Tugas Akhir ini akan dibahas salah satu dari metode teknik
penjadwalan yakni kelas premium. Dalam hal ini, pembahasan meliputi studi metode
akses yakni OFDM – TDMA dengan OFDMA terhadap batas delay (tundaan) yang
diizinkan dalam upaya memenuhi kualitas pelayanan (QoS) dalam teknik penjadwalan
kelas premium.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara
lain :
1. Bagaimana prinsip kerja OFDM ?
2. Bagaimana batas delay OFDM - TDMA ?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari Tugas Akhir ini adalah:
1. Menyajikan teori mengenai dasar –dasar teknologi WiMAX.
2. Menyajikan hasil studi batas delay OFDM –TDMA dan OFDMA berdasarkan
standar 802.16 untuk keperluan perancangan sistem.
3. Menyajikan data yang diharapkan dapat membantu penelitian yang berkenaan
dengan 802.16.
1.4 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan menjadi terlalu luas, maka diperlukan suatu
pembatasan masalah. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah:
1. Hanya membahas tentang WiMAX-802.16
2. Studi dibatasi hanya untuk menyajikan hasil batas delay dari 802.16
menggunakan OFDM-TDMA dan OFDMA pada sistem penjadwalan kelas
premium.
3. Metode modulasi yang digunakan adalah QAM.
4. Panjang paket data yang masuk ke dalam sistem adalah tetap dengan terlebih
dahulu melewati flow control.
5. Metode antrian dalam teknik penjadwalan mengikuti sistem FIFO (First In First
Out), namun tidak membahas proses kedatangan dan pelayanan.
6. Alokasi bit dan penugasan pada subcarriers baik OFDM –TDMA maupun
OFDMA dianggap statis.
1.5 Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Studi Literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku teks
pendukung.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I Pendahuluan
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang
masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan
sistematika penulisan.
BAB II Pengenalan WiMAX
Bab ini merupakan pengenalan kepada teknologi WiMAX,
teknologi-teknologi yang diterapkan, dan alasan-alasan mengapa teknologi-teknologi ini sangat
diminati untuk dikembangkan.
BAB III OFDM dan OFDMA
Bab ini membahas tentang multiplexing dan metode akses yang digunakan
BAB IV Analisa Perhitungan Batas Delay OFDM-TDMA dan OFDMA
Bab ini menganalisa batas delay yang diberikan oleh OFDM-TDMA
dengan OFDMA dalam upaya memenuhi kualitas pelayanan dalam sistem
penjadwalan kelas premium dalam kerangka 802.16.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir yang disajikan dan saran dari
BAB II
WIMAX
2.1 Umum
Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) merupakan
teknologi berdasarkan pada standar wireless metropolitan area networking (WMAN)
yang diadopsi baik oleh Institute Of Electrical and Electronic Engineering (IEEE)
maupun oleh ETSI HiperMAN (European Telecomunications Standard Institute-High
Performance Metropolitan Area Network). Pada saat sekarang ini teknologi WiMAX
lebih dikenal dengan teknologi IEEE 802.16x [1].
Tahun 1998, IEEE membentuk grup yang dikenal dengan nama grup IEEE
802.16 yang bertujuan untuk mengembangkan standar antar muka untuk teknologi
nirkabel pita lebar. Pada tahun 2001, WiMAX forum berhasil mendefinisikan WiMAX
sebagai standar teknologi yang memungkinkan akses broadband wireless last mile
sebagai alternatif pengganti pita lebar kabel dan DSL (Digital Subscriber Line).
Teknologi WiMAX secara umum dapat digunakan untuk mendukung akses
internet pita lebar bagi pelanggan bersifat tetap (fixed), maupun untuk pelanggan bersifat
nomaden (nomadic) dan memiliki pergerakan tinggi (mobile). Implementasi teknologi
Gambar 2.1 Implementasi Teknologi WiMAX
Selain itu, teknologi WiMAX juga menyediakan berbagai keuntungan bila
dibandingkan dengan teknologi DSL yakni pada kemampuan untuk menjangkau daerah
pelanggan yang mencapai radius 30 Mil, bekerja pada kondisi NLOS (Non-Line of Sight)
dengan kecepatan laju data hingga mencapai 75 Mbps (tergantung spesifikasi yang
dipakai). Kemampuan yang dimiliki WiMAX membuat WiMAX menjadi teknologi yang
sangat berkembang di seluruh dunia [1].
Implementasi WiMAX yang mudah dengan kemampuan teknologi yang memadai
memungkinkan bagi WiMAX untuk dikembangkan dan dipakai di Indonesia yang
berbentuk kepulauan dan memiliki wilayah yang luas. Secara umum, dari Gambar 2.1
dapat dilihat WiMAX dipakai sebagai jaringan backhaul yang bersifat tetap. Selain itu
WiMAX juga dapat digunakan untuk mendukung koneksi LOS terhadap pengguna di
rumah yang memiliki perangkat komputer yang bersifat bergerak (portable) maupun
melayani jaringan NLOS terhadap pelanggan di dalam gedung perkantoran, jaringan
2.2 Perkembangan WiMAX
Perkembangan teknologi WiMAX telah melalui berbagai tahapan pengembangan
dan standarisasi. Sesuai dengan standarisasi yang dilakukan maka perkembagan teknologi
WiMAX dapat dibagi ke dalam berbagai tahapan yakni :
1. 802.16, diperkenalkan pada tahun 2001, standar lapis MAC mengadaptasi standar
teknologi yang digunakan pada modem DOCSIS (data over cable service
interface spesification). Teknologi ini umumnya digunakan untuk pelanggan yang
sifatnya tetap (fixed) dan bekerja pada frekuensi 10 – 66 GHz [1].
2. 802.16a, diperkenalkan pada tahun 2003, merupakan amandemen lanjutan dari
standar sebelumnya. 802.16a dan ditujukan untuk pelanggan yang bersifat tetap
(fixed). 802.16a telah mengadopsi kemampuan untuk bekerja secara NLOS pada 2
– 11GHz dan telah mengadopsi teknologi orthogonal frequency division
multiplexing (OFDM) [1].
3. 802.16d, diperkenalkan tahun 2004, 802.16 memiliki semua standar yang terdapat
pada 802.16 dan 802.16a dengan berbagai tambahan pada lapis MAC. Salah
satunya ialah kemampuan untuk mendukung penggunaan orthogonal frequency
multiple access (OFDMA). 802.16d juga dikenal sebagai spesifikasi dasar untuk
jaringan nirkabel pita lebar tetap (fixed broadband wireless). 802.16d juga dikenal
dengan sebutan IEEE 802.16-2004 atau fixed WiMAX [2].
4. 802.16e, diperkenalkan pada Desember 2005, 802.16e merupakan amandemen
lanjutan terhadap 802.16d. 802.16e telah mendukung kemampuan untuk melayani
pelanggan yang bersifat bergerak (mobile) maupun nomaden (nomadic). 802.16
(mobile broadband wireless). 802.16e juga dikenal dengan sebutan WiBRO
(diperkenal di Korea Selatan), IEEE 802.16-2005 atau mobile WiMAX. Adapun
karakteristik dasar dari standar IEEE 802.16 dapat dilihat pada Tabel 2.1 [2].
Tabel 2.1 Karakteristik dasar standar IEEE 802.16
Standar
Spesifikasi
802.16 802.16-2004 802.16-2005
Status Desember 2001 Juni 2004 Desember 2005 Frekuensi kerja 10GHz-66GHz 2GHz-11GHz 2GHz-11GHz untuk fixed
2GHz-6GHz untuk mobile
Aplikasi Fixed LOS Fixed NLOS Fixed dan mobile NLOS Arsitektur MAC
Point-to-mulipoint,mesh
Point-to-mulipoint,mesh Point-to-mulipoint,mesh
Skema transmisi Single carrier Single carrier, 256 OFDM atau 2048 OFDM
Single carrier, 258 OFDM atau
scalable OFDM dengan 126, 512, 1024 atau 2048
subcarriers.
Modulasi QPSK, 16QAM, 64QAM
QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM
Laju data kotor 32Mbps-134.4 Mbps
1Mbps-75Mbps 1Mbps-75Mbps
Multiplexing Burst
TDM/TDMA
Burst
TDM/TDMA/OFDMA
Burst TDM/TDMA/OFDMA
Duplexing TDD dan FDD TDD dan FDD TDD dan FDD Lebar pita kanal 20MHz, 25MHz,
28MHz
1.75MHz,3.5MHz, 7 MHz, 14MHz,
1.25MHz,5MHz,10MHz,15 MHz,8.75MHz
1.75MHz,3.5MHz, 7 MHz, 14MHz,
Scalable OFDMA sebagai
mobile WiMAX
Adapun beberapa kualitas fitur yang ditawarkan oleh WiMAX secara umum
adalah :
1. Lapis fisik pada WiMAX yang berdasarkan pada orthogonal frequency division
multiplexing (OFDM) yang memungkinkan WiMAX mempunyai ketahanan yang
lebih terhadap multipath dan dapat beroperasi pada kondisi NLOS.
2. WiMAX menawarkan laju data yang sangat tinggi mencapai 74Mbps dengan
lebar spekturm 20MHz.
3. Kemudahan dalam pengaturan lebar pita dan dukungan terhadap laju data.
4. Modulasi adaptif dan pengkodean yang memungkinkan untuk pemaksimalan
throughput pada kanal yang berubah menurut waktu.
5. Mendukung automatic retransmission request (ARQ) pada lapis link.
6. Telah mendukung time division duplexing (TDD) dan frequency division
duplexing (FDD).
7. Pengaplikasian orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) yang
meningkatkan kapasitas kanal secara signifikan.
8. Memungkinkan pengalokasian kapasitas kanal secara dinamis.
9. Memungkinkan dukungan terhadap mobilitas pelanggan.
10.WiMAX telah mengadopsi arsitektur yang berbasis internet protocol (IP).
2.3 Teknologi WiMAX
Implementasi teknologi nirkabel pada umumnya memerlukan adanya jalur line of
sight (LOS) antara pengirim dan penerima, jika terdapat kondisi NLOS maka akan
yang telah dibahas sebelumnya, teknologi WiMAX menawarkan kemampuan untuk
bekerja secara baik pada kondisi NLOS dengan beberapa fitur tambahan yang berkualitas
karena didukung oleh penerapan teknologi OFDM dan OFDMA.
2.3.1 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) merupakan teknik
pentransmisian yang sangat mumpuni. Skema transmisi OFDM lebih dikenal dengan
sebutan multicarrier modulation. Ide dasar dari modulasi multicarrier adalah membagi
laju data yang tinggi ke dalam beberapa aliran paralel laju data rendah dan memodulasi
setiap aliran paralel tersebut dengan carriers yang berbeda (subcarriers). Frekuensi pada
subcarrierss tersebut tegak lurus (orthogonal) antara satu dengan lainnya sehingga secara
teoritis telah mengeliminasi inteferensi antar kanal. Dengan teknik modulasi multicarrier
ini diharapkan dapat mengatasi masalah multipath dan delay spread yang sering menjadi
kendala dalam komunikasi nirkabel [2].
2.3.2 Sub-Kanalisasi (Sub-channelization)
Sub-kanalisasi (Subchannelization) didefinisikan sebagai sub-kanal yang dapat
dialokasikan kepada pelanggan yang berbeda tergantung kepada kondisi kanal dan
kebutuhan data pelanggan. Kanalisasi mengkonsentrasikan daya ke dalam sejumlah
carrier OFDM dan meningkatkan penguatan sistem sehingga dapat digunakan untuk
memperluas jangkauan sistem, mengurangi konsumsi daya dan mengatasi rugi – rugi
akibat adanya bangunan. Kanalisasi juga memberikan kemudahan dalam manajemen
2.3.3 Sistem Antena
Standar WiMAX menyediakan dukungan yang luas untuk pengimplementasian
multi-antenna untuk meningkatkan performansi sistem. Dengan menggunakan Advanced
Antenna Systems (AAS), maka efisiensi spektrum dan peningkatan kapasitas sistem dapat
dicapai. AAS memberikan solusi multi-antena berupa keragaman transmisi (transmit
diversity), beamforming dan spatial multiplexing [1].
Untuk mendapatkan keragaman transmisi (transmit diversity), maka sejumlah
skema space-time block coding dapat digunakan pada sisi downlink. Keragaman transmit
(transmit diversity) memungkinkan adanya satu atau lebih antenna pada sisi pengirim
maupun penerima. Beamforming dapat memberikan peningkatkan yang signifikan pada
area jangkauan, kapasitas dan ketahanan (reliability). Spatial multiplexing yang
memungkinkan beberapa aliran yang independen ditransmisikan melalui beberapa antena
[1].
2.3.4 Modulasi Adaptif (Adaptive Modulation)
WiMAX mendukung berbagai skema modulasi dan pengkodean yang
mengizinkan skema untuk berubah pada setiap transmisi per link tergantung kondisi
kanal. Ketika kondisi kanal pada keadaan terbaik maka digunakan pola modulasi terbaik
sehingga dapat memberikan kapasitas yang besar kepada sistem. Jika kondisi kanal pada
keadaan terburuk maka sistem akan bergeser kepada modulasi yang lebih rendah
sehingga konektivitas dapat dipertahankan secara baik. Kualitas kanal downlink dapat
dideteksi dengan menggunakan indikator umpan – balik kualitas kanal yang ada pada
kualitas kanal berdasarkan kualitas sinyal yang diterima. Modulasi adaptif dan
pengkodean secara umum dapat meningkatkan kapasitas kanal karena mengizinkan
pertukaran antara throughput dan robustness pada setiap link secara real-time [1] [2].
2.3.5 Teknik Koreksi Kesalahan
Teknik koreksi kesalahan pada WiMAX ditujukan untuk mengurangi kebutuhan
SNR. Forward error correction (FEC) dengan Reed Solomon, convolutional encoding,
dan algoritma interleaving digunakan untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan
sehingga thoughput dapat ditingkatkan. Teknik ini dapat memperbaiki frame yang rusak
yang mungkin disebabkan oleh frequency selective fading atau burst errors. Automatic
repeat request (ARQ) digunakan untuk memperbaiki kesalahan yang tidak dapat
dilakukan oleh metode FEC. ARQ meningkatkan kinerja bit error rate (BER) secara
signifikan pada tingkat threshold yang sama [1] [2] [3].
2.3.6 Diversivitas Pengirim dan Penerima
Pola diversitas digunakan untuk mendapatkan sinyal yang lebih baik pada kondisi
lingkungan yang NLOS. Algoritma diversitas dilakukan pada stasiun pemancar maupun
penerima untuk meningkatkan kemampuan sistem. Pilihan diversitas pada pemancar
menggunakan space time coding (STC) untuk menyediakan transmisi daya yang
independen, yang dapat mengurangi kebutuhan fade margin dan mengatasi interferensi.
Pada diversitas penerima, teknik kombinasi digunakan untuk meningkatkan kemampuan
penerima untuk mengatasi fading dan mengurangi path loss. Diversitas merupakan cara
yang efektif untuk mengatasi propagasi NLOS [1].
2.3.7 Penghematan Daya
Mobile WiMAX menyediakan salah satu fitur handal yang mendukung
pemakaian baterai yang lebih lama yakni penghematan daya. Penghematan daya
dilakukan ketika mobile stastion (MS) tidak aktif dalam melakukan transmisi dan
penerimaan data. Hal ini dilakukan dengan metode pensinyalan yang membuat MS
berada dalam kondisi tidur (sleep mode) dan kondisi tidak aktif (idle mode). Ketika MS
berada dalam kondisi tidur (sleep mode), maka MS secara efektif mati dan berada dalam
kondisi tidak dapat mengirimkan data untuk periode tertentu. Sementara kondisi tidak
aktif (idle mode) ialah kondisi yang mana MS mati secara keseluruhan, tidak terdaftar
dalam base station mana pun namun tetap menerima aliran trafik downlink. Fitur idle
mode memberikan penghematan daya yang lebih [1].
2.4 Perbandingan Teknologi WiMAX dengan Teknologi Nirkabel Pita Lebar Lain
Selain WiMAX sebagai salah satu teknologi nirkabel pita lebar, masih terdapat
teknologi lain yang menyediakan layanan yang sama yakni Wi-Fi dan jaringan seluler
3G. Wi –Fi (wireless fidelity) merupakan sistem layanan nirkabel pita lebar yang berbasis
standar IEEE 802.11x dengan tujuan utama untuk menyediakan jaringan lokal (LAN)
pada suatu bangunan. Pada saat ini, Wi–Fi dapat menyajikan kecepatan laju data
memiliki keunggulan dalam pengimplementasian karena dapat menggunakan spektrum
frekuensi yang tidak memerlukan pengaturan/lisensi (unlisenced) [1].
Selain Wi-Fi, sistem seluler 3G juga memberikan layanan nirkabel pita lebar.
Sistem seluler yang beroperasi menggunakan GSM menawarkan layanan UMTS
(universal mobile telephone system) dan HSDPA (high speed downlink packet access)
sebagai layanan 3G sedangkan sistem telepon seluler berbasis CDMA menggunakan
layanan 1x EV-DO (1x evolution data optimized) sebagai solusi layanan 3G. HSDPA
merupakan layanan penghantar muka downlink berdasarkan standar 3GPP UMTS release
5 dengan kemampuan menyajikan laju data hingga 14.4 Mbps dengan lebar pita 5 MHz.
Sedangkan 1x EV-DO merupakan standar data cepat yang berdasar pada sistem IS – 95
CDMA dengan kecepatan penyajian data sekitar 2.4 Mbps dengan lebar pita 1.25MHz.
Perbandingan teknologi WiMAX dengan teknologi nirkabel pita lebar lainnya disajikan
Tabel 2.2 Komparasi Teknologi WiMAX dengan Teknologi Nirkabel Pita Lebar Lain
Parameter Fixed WiMAX
Mobile WiMAX HSPA 1x EV-DO Rev A
Wi-FI
Standar IEEE 802.16-2004
46Mbpsa 14.4Mbps dengan 15 kode; 7.2 Mbps dengan 10 kode
pada 10MHz dengan rasio TDD DL-UL 3:1; 32Mbps dengan rasio 1:1
3.1Mbps 54Mbpsb dipakai
Multiplexing TDM TDM/OFDMA TDM/CDMA TDM/CDMA CSMA
Tidak seperti teknologi seluler 3G yang hanya memiliki lebar pita tetap, WiMAX
memiliki lebar pita kanal yang dapat dipilih mulai dari 1.25 MHz hingga 20 MHz
sehingga memudahkan dalam pemilihan teknologi yang bersesuaian dengan kebutuhan.
Lebih lanjut, lapis fisik WiMAX yang menggunakan teknologi OFDM lebih mudah
untuk mendukung implementasi MIMO bila dibandingkan dengan sistem CDMA. OFDM
pada sistem WiMAX juga memungkinkan untuk mengeksploitasi diversitas frekuensi dan
pelanggan dibandingkan dengan sistem seluler 3G. Keuntungan lain dari WiMAX adalah
kemampuannya untuk mendukung link yang bersifat simetris untuk berbagai aplikasi
tetap (fixed) dan fleksibilitas dalam pengaturan rasio data antara downlink dan uplink bila
dibandingkan dengan sistem seluler 3G yang hanya menawarkan rasio laju data downlink
dan uplink asimetris yang bersifat tetap. Selain laju data, WiMAX juga telah menyajikan
komunikasi data yang berbasis teknologi packet switch dibandingkan dengan sistem
seluler 3G yang masih berbasis circuit switch. Dari Tabel 2.2 dapat dilihat bahwa
WiMAX juga mendukung peruntukan dua model penggunaan yakni Fixed dan Mobile
[1].
2.4.1 Fixed WiMAX
Standar IEEE 802.16-2004 didesain untuk model penggunaan tetap (fixed).
Standar ini dikenal sebagai “fixed wireless” karena sifatnya yang memberikan layanan
yang tetap dan tidak mendukung kemampuan mobilitas bagi pelanggannya. IEEE
802.16-2004 juga dapat digunakan untuk instalasi dalam ruangan (indoor), tetapi kemampuannya
tidak sama dengan instalasi luar ruangan (outdoor). Standar 802.16-2004 dikenal sebagai
carrier-pita frekuensi 2.5-GHz, 3,5 GHz, dan 5,8 GHz. Teknologi ini menyediakan jaringan
tanpa kabel sebagai alternatif pengganti dari cable modem, digital subscriber lines
dengan beberapa tipe (xDSL), transmit/exchange (Tx/Ex), dan jaringan optical carrier
level (OC-x) [1].
2.4.2 Mobile WiMAX
Standar IEEE 802.16e merupakan amandemen lanjutan terhadap 802.16 untuk
mendukung kemampuan mobilitas dengan menambahkan portabilitas dan kemampuan
roaming pada perangkat CPE-nya. Standar 802.16e menggunakan orthogonal frequency
division multiple access (OFDMA) yang bekerja dengan mengelompokkan berbagai
subcarriers ke dalam sub-channel. Client tunggal atau subscriber station (SS) dapat
ditransmisikan dengan menggunakan seluruh sub-channels dalam suatu carrier, atau
multiple client dapat ditransmisikan dengan masing-masing menggunakan sebagian dari
total sub-channel secara bersama-sama [1].
Karena kemampuannya dalam mendukung pengguna fixed dan portable, WiMAX
dapat digunakan pula untuk backhaul sistem seluler. Layanan WiMAX dapat
diperuntukan untuk melayani aplikasi berupa broadband on demand, broadband untuk
perumahan, undeserved areas, dan best connected wireless service. Secara umum
Tabel 2.3 Perbandingan Parameter Fixed dan Mobile WiMAX
Parameter Fixed WiMAX Mobile WiMAX
Ukuran FFT 256 128, 512, 1028, 2048
Jumlah subcarriers yang digunakan untuk data
192 72, 360, 720, 1440
Jumlah subcarriers pilot 8 12, 60, 120, 140
Jumlah guard subcarriers 56 44, 92, 184, 368
Lebar pita kanal (MHz) 3.5 1.25, 5, 10, 20
Subcarriers frekuensi spacing (KHz)
15.725 10.94
Useful symbol time (mikro second)
64 91.4
Guard time (mikro second) 8 11.4
Durasi symbol OFDM 72 102.9
2.5 Lapis MAC
Tugas utama lapis MAC adalah menyajikan penghantar muka antara lapis
transport dengan lapis fisik. Lapis MAC bertugas untuk mengambil paket dari lapis di
atasnya yang dikenal dengan sebutan MAC service data units (MSDUs) dan
mengorganisir MDUs tersebut dengan MAC protocol data units (MPDUs) untuk
pentransmisian melalui udara. Untuk bagian penerima, lapis MAC melakukan kebalikan
dari pentransmisian. Desain MAC IEEE 802.16-2004 dan IEEE 802.16E-2005 telah
mencakup sebuah sub-lapis konvergensi (convergence sublayer) yang dapat
menghubungkan dengan berbagai protokol lapis yang lebih tinggi seperti ATM, TDM
(mapping) ke dan dari lapis yang lebih tinggi, sub-lapis konvergensi (convergence
sublayer) juga mendukung penahanan header MSDU untuk mengurangi overhead lapis
yang lebih tinggi pada setiap paket [1] [4].
MAC WiMAX didesain untuk mendukung laju bit yang sangat tinggi dan juga
memberikan kualitas pelayanan yang hampir serupa dengan ATM dan DOCSIS. MAC
WiMAX menggunakan sebuah panjang MPDUs yang bervariasi dan menawarkan
berbagai fleksibilitas yang mengizinkan transmisi yang efisien. Sebagai contoh, beberapa
MPDUs yang panjangnya sama ataupu berbeda dapat digabungkan ke dalam satu
pentransmisian untuk menghemat overhead PHY. Hal yang sama juga berlaku bagi
MSDUs. Berbagai MSDUs yang berasal dari lapis atas yang sama dapat digabung ke
dalam sebuah MPDU untuk menghemat overhead header MAC. Demikian sebaliknya,
MSDUs yang besar dapat dipecah ke dalam beberapa MPDUs yang lebih kecil dan
Gambar 2.2 Contoh Beberapa Frame WiMAX
Gambar 2.2 menunjukan beberapa contoh frame MAC PDU (packet data unit).
Setiap frame MAC diawali dengan header MAC (GMH) yang berisi sebuah connection
identifier (CID), panjang frame dan bit untuk mengizinkan kehadiran dari CRC,
subheader, dan kondisi payload apakah dalam keadaan terenkripsi dan dapat dibuka
dengan kunci apa. Payload MAC bisa berupa pesan transport atau pesan manajemen.
Selain MSDUs, payload transport dapat berupa permintaan yang berisi lebar pita ataupun
retransmisi. Tipe payload transport diidentifikasi melalui subheader yang berada di
depannya. MAC WiMAX juag mendukung ARQ, yang dapat digunakan untuk meminta
retransmisi dari MSDUs yang dipecah maupun MSDUs yang tidak dipecah. Panjang
maksimun dari frame adalah 2047 bytes yang direpresentasikan dengan 11 bits pada
2.5.1 Mekanisme Pengaksesan Kanal
Dalam sistem WiMAX, lapis MAC pada base station bertanggung jawab penuh
dalam pengalokasian lebar pita kepada setiap penguna baik untuk uplink maupun
downlink. MS dapat mengendalikan alokasi lebar pita ketika terjadi beberapa sesi atau
terjadi koneksi dengan base station. Dalam kasus tersebut, BS mengalokasikan lebar pita
secara keseluruhan dan diserahkan sepenuhnya kepada MS untuk membagikannya ke
dalam beberapa sesi koneksi. Penjadwalan pada downlink maupun uplink dilakukan
sepenuhnya oleh BS. Untuk downlink, BS dapat mengalokasikan lebar pita kepada setiap
MS berdasarkan pada trafik yang datang tanpa melibatkan MS. Untuk uplink, alokasi
harus dilakukan berdasarkan permintaan dari MS [1].
Standar WiMAX mendukung beberapa mekanisme yang mana sebuah MS dapat
meminta and mendapatkan lebar pita uplink bergantung pada kualitas pelayanan (QoS)
tertentu dan parameter yang berkenaan dengan pelayanan. Satu atau lebih mekanisme ini
dapat dipakai oleh MS. BS mengalokasikan atau membagi sumber daya yang ada secara
periodik kepada setiap MS yang dapat digunakan untuk meminta lebar pita. Proses ini
dikenal dengan polling. Polling dapat dilakukan secara individu (unicast) ataupun dalam
kelompok (multicast). Polling secara kelompok (multicast) dilakukan ketika tidak
tersedia lebar pita yang cukup untuk men-pool setiap MS secara individu. Ketika polling
dilakukan secara berkelompok, maka slot yang dialokasikan untuk permintaan lebar pita
adalah slot yang dibagi antara setiap MS yang ingin menggunakannya [1] [4].
WiMAX juga menawarkan sebuah resolusi bagi kasus ketika lebih dari satu MS
untuk pengirim trafik, namun MS dalam kondisi tidak ter-pool maka permintaan lebar
pita yang lebih besar dapat dilakukan dengan:
1. Mentransmisikan MPDU yang berisikan permintaan lebar pita secara tersendiri.
2. Mengirimkan permintaan lebar pita melalui kanal yang bebas.
3. Menumpangkan permintaan lebar pita kedalam sebuah generic MAC packet.
2.5.2 Kualitas Pelayanan (Quality of Service)
Dukungan terhadap Quality of Service merupakan bagian penting dalam
perancangan lapis MAC pada WiMAX. WiMAX mengadapatasi ide dasar dari standar
modem kabel DOCSIS. Pengendalian Quality of Service dapat dilakukan dengan
menggunakan arsitektur MAC yang berbasis koneksi (connection – oriented MAC
architecture), yang mana koneksi uplink maupun downlink dikendalikan sepenuhnya oleh
BS. Sebelum transmisi data terjadi, BS dan MS membangun sebuah hubungan logika satu
arah (koneksi) antara dua lapis MAC tersebut. Koneksi tersebut diidentifikasi melalui
connection indentifier (CID) yang berfungsi sebagai alamat sementara untuk transmisi
data melalui link tertentu [1].
Selain itu, WiMAX juga memperkenal sebuah konsep service flow. Service flow
adalah aliran paket satu arah dengan sejumlah parameter Quality of Service dan
diidentifikasi melalui sebuah service flow identifier (SFID). Base station bertanggung
jawab terhadap CID dan SFID. Berdasarkan jenisnya, maka Quality of Service pada
1. Unsolicited Grant Services (UGS)
Didesain untuk mendukung penggunaan pada ukuran paket data yang tetap pada
laju bit yang konstan, contohnya pada aplikasi T1/E1 dan VoIP tanpa halangan.
Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju trafik maksimun,
maximum latency, toleransi jitter dan aturan permintaan/transmisi [1] [3].
2. Real-Time Polling Services (rtPS)
Didesain untuk mendukung layanan secara real time seperti aplikasi video
MPEG, yang menggunakan ukuran paket data yang bervariasi pada waktu
tertentu. Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju trafik
maksimun, maximum latency, laju trafik minimum yang disediakan dan aturan
permintaan/transmisi [1] [3].
3. Non-Real-Time Polling Services (nrtPS)
Didiseain untuk mendukung aliran data yang toleransi terhadap tundaan (delay)
seperti FTP. Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju
trafik maksimun, maximum latency, laju trafik minimum yang disediakan,
pioritas trafik dan aturan permintaan/transmisi [1] [3].
4. Best Effort Services (BE)
Dirancang untuk mendukung aliran data yang tidak memerlukan jaminan
pelayanan minimum seperti web browsing. Parameter service flow pada QoS ini
harus mendefinisikan laju trafik maksimun, pioritas trafik dan aturan permintaan atau
5. Extended-Real-Time Variable Rate Services (ERT-VR)
Didesain untuk mendukung aplikasi real-time yang laju datanya bervariasi dan
memerlukan jaminan laju data minimun dan tundaan. Service ini hanya terdapat
pada IEEE 802.16-2005. [1] [3]
2.5.3 Dukungan Mobilitas
Secara umum, standar WiMAX mendukung mobilitas bagi penggunanya. Namun
pada saat ini, WiMAX hanya dapat dipakai pada aplikasi bersifat tetap dan nomaden.
Kerangka kerja yang ditetapkan dalam IEEE 802.16e-2005 telah mendukung
pengembangan lebih lanjut dalam mobilitas dengan menggunakan jaringan arsitektur
end to end. Arsiktektur ini juga mendukung lapis mobilitas IP yang menggunakan
mobile IP [1] [4].
Ada tiga metode handoff yang ada dalam IEEE 802.16e-2005 yakni hard
handover (HHO) yang sifatnya wajib dan dua yang bersifat opsional yakni fast base
station switching (FBSS) dan marco diversity handover (MDHO). Pada HHO,
keputusan handoff dilakukan oleh BS dengan berdasarkan pada hasil pengukuran
yang dilakukan oleh MS. Pada FBSS, MS secara hanya berkomunikasi dengan satu
BS yang disebut BS jangkar. Ketika pergantian BS diperlukan oleh MS maka
pemindahan dapat dilakukan dengan channel quality indicator channel (CQCIH)
tanpa perlu melakukan pensinyalan secara eksplisit. MDHO hampir sama dengan
FBSS, perbedaannya hanya MS berkomunikasi dalam downlink dan uplink dengan
2.5.4 Fungsi Sekuritas
Sistem WiMAX dirancang dengan memperhatikan faktor sekuritas, standar ini
meliputi metode untuk memastikan privasi penggunaan data dan mencegah akses
yang tidak diotorisasi, dengan dukungan protokol tambahan untuk optimasi mobilitas,
sekuritas ditangani oleh sub-lapis privasi dalam MAC WiMAX. Kunci aspek
sekuritas WiMAX adalah sebagai berikut:
1. Privacy Support
Data pengguna dienkripsi dengan menggunakan skema kriptografi yang
menyediakan privasi. Mendukung baik AES (Advanced Encryption Standard) dan
3DES (Triple Data Encryption Standard). Kebanyakan implementasi sistem
menggunakan AES, karena telah memenuhi standar sesuai dengan Federal
Information Processing Standard dan kemudahan implementasi 128 bit dan 256
bit dihasilkan selama proses autentifikasi dan diperbaharui secara periodik
untuk perlindungan tambahan [1] [2] [4].
2. Device/user authentication
Kemudahan juga disediakan oleh WiMAX untuk autentifikasi pelanggan dan
mencegah dari pengguna yang tidak terotorisasi. Sistem autentifikasi berdasarkan
pada Internet Enginering Task Force (IETF) EAP. Yang mendukung berbagai
fungsi seperti nama pengguna, sandi, sertifikasi digital dan kartu pintar. Perangkat
awal dari WiMAX telah dilengkapi dengan X.509 digital certificates yang di
WiMAX dapat menggunakan sertifikasi khusus untuk proses autentifikasi seperti
dengan menggunakan nama pengguna, sandi ataupun kartu pintar [1] [2] [4].
3. Flexible key-management protocol
Privacy and Key Management Protocol Version 2 (PKMv2) digunakan untuk
memindahkan materi penting dari base station ke mobile station, reotorisasi
secara periodik dan pembaharuan kunci. PKM adalah protokol klien-server yang
mana MS sebagai klien dan BS sebagai server. PKM menggunakan X.509 dan
algoritma RSA (Rivest-Shamer-Adleman) [1] [2] [4].
4. Protection of control messages
Integritas kontrol pesan di udara di proteksi dengan menggunakan skema pesan
digest seperti AES berdasarkan CMAC (chipher-based message authentication
codes) atau MD5 (message-digest 5 algorithm) berdasarkan HMAC (hash-based
message authentication codes) [1] [2] [4].
5. Fast handover support
Untuk mendukung handover secara cepat, WiMAX mengizinkan MS
menggunakan pre-autentifikasi dengan BS tertentu untuk mempercepat re-entry
2.6 Struktur Slot dan Frame
Lapis fisik WiMAX bertanggung jawab untuk pengalokasian slot dan frame di
udara. Waktu dan frekuensi minimun yang dapat dialokasikan oleh sistem WiMAX pada
sebuah link disebut dengan slot. Setiap slot terdiri dari satu sub kanal yang terdiri dari
satu, dua atau tiga simbol OFDM tergantung skema subkanalisasi yang digunakan. [1]
Gambar 2.3 menunjukan bahwa sebua frame OFDMA dan OFDM beroperasi
dalam mode TDD. Frame dibagi kedalam dua sub-frame yakni sebuah frame downlink
kemudian diikuti dengan frame uplink tetapi diselingi dengan sedikit interval. Rasio
downlink terhadap uplink dapat bervariasi mulai dari 3:1 hingga 1:1 untuk mendukung
profil trafi yang berbeda.WiMAX juga mendukung frequency division duplexing. Namun
TDD memberikan keuntungan berupa kemudahan yang lebih dalam pembagian antara
uplink dan downlink, tidak memerlukan pasangan spektrum, dan memiliki pemancar dan
penerima yang lebih sederhana. Di sisi lain, TDD mempunyai kekurangan berupa
diperlukan sinkronisasi terhadap berbagai base station untuk menjamin tidak adanya
Gambar 2.3 Struktur Slot dan Frame
Seperti yang terlihat dalam gambar 2.3, subframe downlink dimulai dengan
sebuah downlink preamble yang digunakan untuk prosedur lapis fisik seperti sinkronisasi
waktu, frekuensi dan estimasi kanal. Downlink preamble diikuti oleh FCH (frame control
header) yang menyediakan informasi konfigurasi frame seperti panjang MAP, modulasi,
skema pengkodean dan subcarriers yang bisa digunakan. Beberapa pengguna dialokasian
dalam daerah data yang terdapat dalam uplink dan downlink MAP (DL-MAP dan
UL-MAP) yang mengikuti FCH. MAP berisikan informasi berupa skema modulasi dan
pengkodean. WiMAX memberikan kemudahan dalam ukuran frame, setiap transmisi
dapat terdiri dari gabungan beberapa paket data yang ukurannya tetap dan dapat juga
Subframe Uplink tersusun dari beberapa transmisi uplink yang terdiri dari
beberapa pengguna berbeda. Beberapa bagian dari subframe disisihkan untuk keperluan
yang berbeda. Subframe ini biasa digunakan sebagai kanal jangkauan untuk peformasi
closed-loop frequency, penyesuaian daya selama entry ke dalam jaringan dan
diperbaharui berkala setelah entry tersebut. Kanal jangkauan juga dapat digunakan oleh
subcriber station dan mobile station untuk meminta lebar pita. Selain itu, subframe uplink
mempunyai sebuah channel quality indicator channel (CQICH) yang berfungsi bagi SS
untuk memberikan umpan balik tentang kondisi kualitas kanal yang dapat digunakan oleh
base station dan kanal acknowledgement bagi subcriber station untuk memberikan
umpan balik berupa acknowledgement downlink [1].
2.7 Topologi Jaringan WiMAX
WiMAX mendefinisikan dua jaringan topologi yakni point to point (PTP) dan
point to multipoint (PTMP). Hubungan PTP merujuk hanya kepada sebuah hubungan
khusus antara BS dan pelanggan. Hubungan ini sangat tidak efektif dalam pemanfaatan
sumber daya dan mengakibatkan biaya yang tinggi. Topologi ini biasanya dikhususkan
untuk pelanggan dengan kebutuhan lebar pita yang sangat tinggi. Untuk mengakomodasi
hal tersebut, lebar pita dikonsentrasikan dalam satu hubungan untuk memberikan
throughput yang lebih tinggi. Antena direksional dengan penguatan yang besar
diperlukan untuk meminimalkan inteferensi dan memaksimalkan sekuritas. Topologi PTP
Gambar 2.4 Topologi Jaringan Point To Point (PTP)
Topologi PMP merupakan topologi yang digunakan untuk para pelanggan yang
tidak membutuhkan lebar pita secara keseluruhan. Pelanggan terkoneksi secara terpisah
terhadap BS dengan menggunakan antenna parabola direksional yang terhubung ke
sebuah sektor sel untuk mendukung penggunaan kembali frekuensi. seperti terlihat dalam
Gambar 2.5 [1].
2.8 Hybrid ARQ
Hybrid ARQ adalah sistem ARQ yang diimplementasikan pada lapis fisik bersama
dengan FEC untuk menyediakan performansi hubungan yang lebih baik bila
dibandingkan dengan ARQ tradisional. Versi sederhana dari kombinasi ARQ dan FEC
adalah H-ARQ yang mana blok data bersama dengan kode CRC dienkodekan dengan
menggunakan koder FEC sebelum transmisi. Retransmisi dilakukan jika decoder tidak
mampu mendekodekan blok kode secara baik. Ketika blok kode retransmisi diterima,
blok kode tersebut dikombinasikan dengan blok kode yang terdeteksi sebelumnya dan
dimasukan ke dalam decoder FEC. Kombinasi kedua versi blok kode tersebut akan
menghasilkan kode yang benar. H-ARQ demikian dikenal dengan tipe I chase combining
[1].
Hal di atas dimungkinkan karena standar WiMAX mengkombinasikan N-kanal
stop and wait ARQ bersama dengan beberapa variasi kode FEC. Dengan melakukan
beberpa kanal paralel H-ARQ pada waktu bersamaan, maka throughput dapat
ditingkatkan karena ketika satu H-ARQ menunggu acknowledgement, proses lain dapat
menggunakan kanal tersebut untuk pengiriman data. WiMAX juga mendukung
mekanisme pensinyalan yang dapat memungkinkan operasi asinkron H-ARQ dan
mendukung sebuah kanal khusus acknowledgement pada sisi uplink untuk keperluan
pensinyalan ACK/NACK. Operasi asinkron ini memberikan delay bervariasi antara
retransmisi yang memberikan kemudahan dalam penjadwalan. Untuk keperluan
tambahan, WiMAX juga menyediakan tipe II yakni incremental redundancy yang mana
2.9 Aplikasi WiMAX
WiMAX merupakan jaringan nirkabel teknologi berbasis WMAN, WiMAX
dikembangkan dengan harapan dapat memberikan pelayanan yang murah, berkualitas,
menjawab kebutuhan atas akses internet pita lebar dan memiliki kompabilitas dengan
berbagai peralatan yang berasal dari vendor berbeda. Kemampuan dalam memberikan
jangkauan yang luas dan laju data yang cepat menjadi salah satu faktor yang menunjang
bagi WiMAX untuk diimplementasikan.
2.9.1 WMANs
Salah satu faktor yang membuat WiMAX yang dikembangkan dewasa ini adalah
kemudahan dalam memberikan layanan akses pita lebar terhadap area perkotaan dengan
hasil yang sama seperti yang diberikan oleh teknologi pendahulunya. WiMAX dapat
mengatasi beberapa kendala yang mungkin dihadapi oleh DSL yang diakibatkan oleh
sulitnya instalasi jaringan kabel yang diperlukan [2].
2.9.2 Pengganti Teknologi Wi-Fi
Teknologi yang ada sekarang sangat menyulitkan dalam penyediaan akses
internet pita lebar khususnya dalam ruangan. WiMAX dapat mengatasi kendala ini
karena kemampuan untuk bekerja dalam kondisi NLOS dan tersedianya topologi
pelayanan dalam kondisi point to mulipoint. Dengan keunggulan hal tersebut maka
WiMAX dapat dipakai sebagai pengganti teknologi Wi-Fi dan kabel lokal dalam
2.9.3 Backhaul Wireless
Kelebihan lain dari WiMAX adalah kemampuan teknologi ini untuk dioperasikan
sebagai backhaul bagi jaringan telepon seluler dan Wi-Fi. Khusus bagi jaringan telepon
seluler, hadirnya teknologi WiMAX dapat menghemat biaya investasi perusahaan dalam
instalasi jaringan kabel sebagai backhaul mereka. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.6
[2].
BAB III
ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING DAN
ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS
3.1 Umum
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) adalah skema transmisi
parallel yang mana sebuah data laju tinggi yang bersifat seri dibagi ke dalam sebuah
kumpulan substream dengan laju data yang lebih rendah; setiap substream tersebut di
modulasi dengan menggunakan subcarrierss yang berbeda. Dengan demikian, lebar pita
dari subcarriers menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan lebar pita kanal yang
berelasi. Subcarriers yang independen tersebut mengalami fading yang rata sehingga
memudahkan pengaplikasian equalisasi yang lebih sederhana. Hal ini akan memberikan
implikasi berupa waktu simbol substream yang lebih panjang bila dibandingkan dengan
delay spread dari waktu pentransmisian kanal radio tersebut. Selain itu, dengan
menggunakan frekuensi carrier yang tegak lurus, maka effisiensi spectra dapat dicapai.
Untuk mempertahankan agar frekuensi carrier tetap tegak lurus (orthogonal) maka
diperkenalkan sebuah cara yang dikenal dengan sebutan cyclic prefix [1] [5].
OFDM juga dikenal sebagai teknik modulasi multicarriers. OFDM mulai banyak
digunakan dalam berbagai sistem komunikasi yang menuntut laju data yang cepat.
Teknik ini mulai diadopsi untuk digunakan dalam berbagai teknologi xDSL (digital
subscriber lines), 802.11x, digital video broadcasting dan WiMAX (802.16x). Secara
umum, OFDM pada WiMAX dimanfaatkan untuk mengatasi persoalan seperti delay
3.2 Modulasi Multicarrier
Ide dasar dari modulasi multicarrier sebenarnya sangat sederhana dan bertujuan
untuk mengakomodasi kebutuhan akan laju data yang cepat dengan kanal yang bebas dari
ISI. Secara umum, komunikasi digital tidak dapat berlangsung dengan baik apabila
adanya ISI. Adanya ISI tersebut akan mengakibatkan munculnya kesalahan bit melewati
ambang batas toleransi. Untuk mengatasi hal tersebut, maka waktu simbol (symbol
time,Ts) biasanya harus diusahakan lebih besar dari delay spread (r) [1].
Gambar 3.1 Blok Rangkaian Dasar Transmitter Multicarrier
Untuk mengatasi hal tersebut, modulasi multicarrier membagi transmisi data laju
tinggi ke dalam sejumlah L substreams dengan laju yang lebih rendah, dengan asumsi
setiap substream memiliki Ts/L >> r. Apabila kondisi tersebut dipenuhi maka kanal akan
dipastikan bebas dari ISI. Setiap substreams tersebut kemudian dikirimkan melalui L
sub-kanal paralel dengan tujuan untuk mempertahankan laju data keseluruhan yang
setiap sub-kanal tersebut biasanya lebih rendah daripada laju data keseluruhan, hal ini
mengakibatkan lebar pita pada sub-kanal tersebut akan jauh lebih kecil dibandingkan
dengan lebar pita kanal secara keseluruhan. Jumlah dari substream harus dipilih secara
seksama agar lebar pita sub-kanal lebih kecil dari lebar pita kanal yang berhubungan.
Dengan demikian diharapkan agar sub-kanal tersebut mengalami fading yang relatif kecil
sehingga ISI pada setiap kanal menjadi relatif kecil. Seperti yang disinggung sebelumnya,
untuk menjamin kanal bebas dari ISI maka digunakan cyclic prefix. Gambaran umum
mengenai teknik modulasi multicarrier dapat dilihat pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2
[1].
Gambar 3.2 Blok Rangkaian Dasar Receiver Multicarrier
3.3 Ortogonalitas
dalam Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) mengandung makna
hubungan matematis di antara frekuensi-frekuensi yang digunakan [6].
Dua buah sinyal dikatakan saling tegak lurus, dapat dinyatakan :
a. Untuk sinyal waktu kontinu
0
b. Untuk sinyal waktu diskrit
I cos 2 cos 2 0
adalah periode simbol dan N adalah jumlah subcarriers.
Jika terdapat sejumlah N- subcarriers pada sistem OFDM tertentu maka, secara
matematis besarnya frekuensi subcarriers yang digunakan dapat dinyatakan sebagai :
; k =0,1,2,...,N−1 (3.3)
Dari Persamaan 3.3 di atas dapat diperoleh jarak setiap frekuensi subcarriers agar
orthogonal minimal harus dipisahkan sejauh 1/Tss
s
T f = 1
∆
dan dapat dinyatakan sebagai:
(3.4)
Dimana : ∆f adalah jarak antara frekuensi subcarriers;
Tss
Prinsip kerja OFDM pada dasarnya adalah untuk membagi sejumlah bit data
serial dengan laju tinggi ke dalam deretan laju data paralel yang lebih rendah. Bit tersebut adalah periode simbol
kemudian dimasukan ke dalam beberapa subcarrierss yang saling tegak lurus
(orthogonal). Secara umum prinsip dasar OFDM ditunjukan melalui Gambar 3.3 [6].
Serial
Gambar 3.3 Prinsip Dasar OFDM
Dari Gambar 3.3 dapat dilihat bahwa deretan informasi (b[0], b[1],..., b[M-1])
diubah menjadi deretan data paralel dan kemudian ditransmisikan dengan menggunakan
Nsubcarriers yang saling tegak lurus (orthogonal)(φ(t), φ1(t), ..., φN-1
Untuk mengetahui prinsip kerja teknik OFDM lebih lanjut dapat dilihat pada blok
diagram dasar OFDM yang diperlihatkan pada Gambar 3.4. Blok diagram dasar OFDM
terbagi atas tiga bagian dasar yakni: transmitter (serial to paralel converter, modulator,
IFFT, paralel to serial converter, kanal (channel) dan receiver (serial to paralel
Gambar 3.4 Diagram Blok Dasar OFDM
3.4.1 Transmitter
Gambar 3.5 menunjukkan blok diagram transmitter OFDM yang terdiri dari
blok-blok serial to paralel, modulasi, IFFT dan paralel to serial.
Serial to paralel converter
Modulasi IFFT Paralel to
Serial
Transmitter
Data In Sinyal OFDM
Gambar 3.5 Diagram Blok Transmitter OFDM
Deretan data yang akan ditransmisikan (data in) yaitu deretan bit-bit serial
dikonversikan ke dalam bentuk paralel oleh serial to paralel converter, sehingga bila bit
rate semula adalah R maka bit rate di tiap jalur paralel adalah R/N yang mana N adalah
jumlah jalur paralel atau jumlah subcarriers. Secara umum prinsip konversi bit serial ke
paralel ditunjukkan pada Gambar 3.6 [6].
Serial To Paralel X[0] X[1] ... X[N-1]
X[0]
X[1]
X[N-1]
Kemudian ke-N bit paralel ini (X[0], X[1], ..., X[N-1]) dimodulasikan pada setiap
subcarriers yang berbeda yang mana setiap subcarriers dipisahkan sejauh ∆f , seperti
yang terlihat pada Gambar 3.7 [6].
Modulator
Gambar 3.7 Proses Modulasi
Sinyal hasil modulasi tersebut secara matematika dapat ditulis sebagai:
∑
=−Atau dapat ditulis sebagai:
∑
=− ∆Sinyal OFDM hasil modulasi kemudian dialirkan ke dalam Inverse Fast Fourier
Transform (IFFT) untuk mengubah sinyal dari domain frekuensi ke dalam sinyal domain
waktu dengan cara mencuplik sinyal x(t) dengan laju Tss/N. Proses IFFT ditunjukkan pada
IFFT
Gambar 3.8 Proses IFFT
Sinyal keluaran IFFT dapat dinyatakan sebagai:
∑
=− ∆Karena setiap subcarriers adalah saling tegak lurus (orthogonal) yang mana
s
T f = 1
∆ , maka persamaan di atas dapat dinyatakan sebagai:
∑
=− =Sinyal OFDM yang telah diaplikasikan ke dalam IFFT ini kemudian
dikonversikan ke dalam bentuk serial dan kemudian sinyal ditransmisikan. Sinyal dikirim
secara umum dapat ditulis dalam bentuk persamaan matematisnya sebagai berikut:
3.4.2 Kanal
Kanal adalah media elektromagnetik di antara pemancar (transmitter) dan
penerima (receiver). Bentuk umum model kanal adalah kanal gaussian yang secara umum
disebut sebagai kanal Additive White Gaussian Noise (AWGN). Gambar 3.9
mengilustrasikan sebuah kanal dengan respon impuls h(t) dan noise additive [6].
h(t)
y(t)x(t)
u(t)
Gambar 3.9 Bentuk Umum Kanal
Pada OFDM, ketika jumlah subarrier (N) besar, fungsi transfer kontinu dari
respon kanal H(f) dapat digambarkan sebagai kurva diskrit persegi empat, seperti yang
diilustrasikan pada Gambar 3.10 [6].
1
Gambar 3.10 Kanal dan Respon Kanal dari Dekomposisi Multicarrier
Masing-masing persegi empat memiliki lebar band frekuensi 1/TsHz. Semakin
besar N; lebar pita frekuensi persegi empat akan semakin kecil, secara persamaan
Yang mana Yi[k] = adalah output kompleks dari N-titik FFT dan Ui
Sinyal OFDM Data Out
[k] adalah noise.
3.4.3 Receiver
Gambar 3.11 menunjukkan blok diagram penerima (receiver) yang terdiri dari
blok-blok serial to paralel, FFT, demodulasi, dan paralel to serial.
Gambar 3.11 Diagram Blok Receiver OFDM
Pada bagian sisi penerima dilakukan proses yang berkebalikan dengan apa yang
dilakukan pada stasiun pengirim. Sinyal yang diterima dikonversikan ke dalam bentuk
paralel oleh serial to paralel converter. Kemudian sinyal paralel ini dialirkan kedalam
FFT (Fast Fourier Transform) untuk mengubah sinyal dari domain waktu ke dalam
domain frekuensi [6].
= X[m]
Disini δ[m−k] adalah fungsi delta yang didefinisikan sebagai:
Sinyal yang telah dialirkan ke dalam FFT ini kemudian didemodulasikan dan
dikonversikan lagi ke dalam bentuk serial oleh paralel to serial converter dan akhirnya
kembali menjadi bentuk data informasi X~[k] [6].
3.5 Modulasi/Demodulasi QPSK
Salah satu teknik modulasi yang sering digunakan didalam teknik OFDM adalah
teknik modulasi QPSK. Pada teknik modulasi ini, informasi digit biner digunakan untuk
memodulasi fasa gelombang pembawa. Dengan M = 4, maka terdapat 4 simbol yang
berbeda, yaitu: 00, 01, 11, dan 10 yang direpresentasikan dengan 4 gelombang pembawa
dengan fasa yang berbeda satu sama lainnya.
3.5.1 Modulator QPSK
Gambar 3.12 mengilustrasikan diagram blok dari modulator QPSK. Modulator
tersebut terdiri dari pengubah seri ke paralel, modulator I/Q, penjumlah sinyal, dan BPF.
Dua bit diumpankan ke serial to parallel. Setelah keduanya masuk secara serial,
kemudian diumpankan serempak secara paralel. Bit yang satu menuju kanal I dan yang
lainnya menuju kanal Q. Pada QPSK logic 1 diwakili +1 Volt sedangkan logic 0 diwakili
I
Gambar 3.12 Diagram Blok Modulator QPSK
Keluaran modulator QPSK ini berupa penjumlahan linear dari kanal I dan kanal Q
seperti yang terlihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Keluaran Modulator QPSK
Input
Terlihat bahwa jarak anguler antara dua phasor yang berdekatan pada QPSK
adalah 900. karena itu suatu sinyal QPSK bisa mengalami pergeseran phase +450 atau
-450 selama transmisi dan tetap akan berupa informasi yang benar saat didemodulasikan
pada penerima. Sedangkan bentuk sinyal keluaran modulator QPSK ditunjukkan oleh
Q I 0 1
Q I 0 0 Q I
1 1 Q I
1 0
Waktu
derajat
+ 135 - 45 + 45 - 135 Debit
Input
QPSK
Output phase
Gambar 3.13 Sinyal Keluaran Modulator QPSK
3.5.2 Demodulator QPSK
Gambar 3.14 mengilustrasikan diagram blok demodulator QPSK yang terdiri dari
detektor, LPF, dan pengubah paralel ke seri.
Gambar 3.14 Diagram Blok Demodulator QPSK
Pada Gambar 3.14 di atas diperlihatkan sinyal masukan demodulator berupa
sinyal OFDM yang telah terdistorsi dengan kanal transmisi yang disebabkan AWGN dan
Fading Rayleigh dimasukkan ke kanal I dan Q. Sinyal pada kanal I dikalikan dengan cos
ωct, sedangkan pada kanal Q dikalikan dengan sinωct. Kemudian kedua keluaran kanal
3.6 Cyclic Prefix
Salah satu kunci keberhasilan teknologi OFDM adalah penggunaan algoritma
FFT yang memiliki kompleksitas yang rendah. Untuk menjamin bahwa IFFT/FFT
menciptakan sebuah kanal yang bebas ISI, maka kanal harus menyediakan konvolusi
sirkular. Dengan menambahkan cyclic prefix ke dalam sinyal yang ditransimikan maka
akan menciptakan sinyal yang berupa x[n]L, dan y[n]= x[n]*h[n]. Hal ini dapat dilihat
pada Gambar 3.15 [1].
Gambar 3.15 Cyclic Prefix pada OFDM
Secara umum, jika sebuah kanal memiliki delay spread maksimum sebesar v+1
samples, dengan menambahkan sebuah guard band dengan panjang v samples di antara
simbol OFDM maka akan membuat simbol OFDM tersebut bebas antara satu dengan
yang lainnya. Meskipun cyclic prefix menawarkan sesuatu yang sangat sederhana, namun
terdapat kompensasi terhadap lebar pita dan daya. Karena terdapat sejumlah v simbol
yang berulang yang harus ditransmisikan, (L+v/L)B. Hal yang sama juga berlaku untuk
daya transmitter, dengan penambahan sejumlah simbol v maka cyclic prefix akan
memberikan penalti daya sebesar 10log10
v L
L +
(L+v/L) dB sebagai tambahan terhadap penalti
lebar pita sebelumnya. Secara keseluruhan, penggunaan cyclic prefix menghasilkan
kerugian daya dan laju data sebesar :
