Mengenal CDMA (2)

Sistem Telepon Selular - CDMA
Satu konsep yang paling penting dari sistem telepon selular adalah konsep “multiple access”, dimana sistem tersebut dapat mendukung user dengan jumlah banyak dan simultan. Dengan kata lain, user dengan jumlah yang besar saling berbagi ruang pada kanal radio dan sembarang user dapat memperoleh akses ke sembarang kanal (tiap user tidak selalu mendapat kanal yang sama). Kanal yang dimaksud adalah berupa bagian dari resource radio yang terbatas yang sementara dialokasikan untuk tujuan tertentu. Metoda multiple access menjelaskan bagaimana spektrum radio dibagi ke dalam kanal-kanal dan bagaimana kanal-kanal tersebut dialokasikan ke banyak user.

Standar Selular CDMA

CDMA menggunakan kode digital yang unik untuk membedakan pelanggan. Kode tersebut di-share untuk mobile station dan base station, dan dinamakan "pseudo-Random Code Sequences." Semua user berbagi spektrum radio dengan range yang sama. Satu aspek yang unik dari CDMA adalah ketika terdapat batas yang pasti atas jumlah panggilan telepon yang dapat ditangani oleh suatu carrier, nilai ini bukanlah suatu jumlah yang tetap. Kapasitas sistem bergantung pada sejumlah faktor yang berbeda.
DS CDMA – Direct Sequence Code Division Multiple Access
IS-95 menggunakan teknik penyebaran spektrum multiple access yang dinamakan Direct Sequence (DS) CDMA. Tiap user mendapatkan kode direct sequence biner sepanjang proses panggilan. Kode ini adalah sinyal yang dibangkitkan oleh modulasi linier dengan sequence Pseudorandom Noise (PN) wideband. Hasilnya adalah DS CDMA menggunakan sinyal yang lebih lebar dibanding aplikasi menggunakan teknologi lain. Sinyal wideband akan dapat mengurangi interferensi.
Tidak ada pembagian berdasar pada waktu, dan semua user menggunakan keseluruhan carrier sepanjang waktu

Untuk lebih mengilustrasikan konsep teknologi CDMA, maka dianalogikan dengan sebuah pesta koktail. Digambarkan sebuah ruangan yang besar dan sejumlah orang yang berpasangan, yang akan melakukan pembicaraan. Setiap orang hanya ingin berbicara dan mendengarkan pasangannya, dan tidak ingin tahu tentang apa yang dibicarakan oleh pasangan lain.
Ilustrasi untuk konsep teknologi CDMA adalah sebagai berikut. Jika setiap pasangan menggunakan bahasa yang berbeda, mereka semuanya dapat menggunakan udara dalam ruangan sebagai carrier untuk suara mereka dan memperoleh interferensi yang kecil dari pasangan lainnya. Analoginya : udara dalam ruangan tersebut adalah carrier wideband dan bahasa yang digunakan adalah representasi dari kode yang ditetapkan oleh sistem CDMA. Sebagai tambahan, terdapat filter bahasa yang saling mendukung, artinya orang yang berbicara menggunakan bahasa Jerman secara virtual tidak mendengar apa-apa dari mereka yang berbicara menggunakan bahasa Spanyol, dsb.
Kita teruskan dengan menambahkan jumlah pasangan. Tiap pasangan berbicara menggunakan bahasa yang unik (didefinisikan sebagai kode yang unik) hingga keseluruhan noise background (interferensi dari user lainnya) membuat beberapa orang menjadi sulit untuk mengerti apa yang dibicarakn oleh lawan pasangannya (frame erasure rate menjadi terlampau tinggi). Dengan mengontrol volume suara (kekuatan sinyal) dari semua user, kita dapat memaksimalkan jumlah pembicaraan yang terjadi di ruangan tersebut (memaksimalkan jumlah user per carrier).
Karena itu, jumlah maksimum user, atau kanal trafik yang efektif, per carrier bergantung kepada jumlah aktivitas yang terjadi pada tiap kanal, dan karenanya nilainya tidak jelas dan akurat.

Teknologi CDMA
Walaupun aplikasi CDMA dalam telepon selular relatif baru, tetapi hal ini bukanlah teknologi yang baru. CDMA telah digunakan dalam banyak aplikasi militer, seperti anti-jamming (karena sinyalnya disebar, maka sulit untuk men-jam atau meng-interferensi), ranging (mengukur jarak transmisi untuk mengetahui kapan sinyal yang dikirim akan sampai di receiver) dan komunikasi yang aman (sinyal spread spectrum sangat sulit dideteksi).

Sinkronisasi
Pada tingkat terakhir dari proses pengkodean pada link radio dari base station ke mobile station, CDMA menambahkan kode pseudorandom khusus ke suatu sinyal periodik. Base stastion dalam sistem tersebut membedakan dirinya dari base station yang lain dengan mengirimkan bagian yang berbeda dari kode tersebut pada selang waktu yang diberikan. Dengan kata lain, base station mengirim versi time offset dari kode pseudorandom yang sama. Dalam rangka menjamin time offset yang digunakan unik dari yang lain, station CDMA harus disinkronisasikan ke referensi waktu yang umum.
Sumber utama dari sinyal sinkronisasi yang sangat akurat yang dibutuhkan oleh sistem CDMA adalah Global Positioning System (GPS). GPS adalah sistem navigasi radio yang berbasis pada konstelasi dari satelit yang mengorbit di ruang angkasa. Karena sistem GPS mengcover keseluruhan permukaan bumi, maka sistem ini menyediakan metode yang siap pakai untuk menentukan posisi dan waktu yang dibutuhkan dari banyaknya receiver yang ada.
Coverage cell CDMA bergantung kepada cara mendesain sistem tersebut. Ketiga karakteristik sistem yang utama – coverage, kualitas dan kapasitas – harus diseimbangkan satu terhadap yang lain untuk sampai pada level performansi sistem yang diinginkan.


Kanal Forward CDMA
Kanal forward CDMA digunakan untuk komunikasi dari cell ke mobile. Kanal ini membawa trafik, sinyal pilot dan informasi overhead. Kanal pilot dan overhead membangun timing sistem dan identitas station. Kanal pilot juga digunakan dalam proses mobile-assisted handoff (MAHO) sebagai referensi kekuatan sinyal.
Kanal overhead :
•Kanal Pilot (Pilot Channel)
Kanal pilot digunakan oleh unit mobile untuk menentukan sinkronisasi sistem dan untuk menyediakan tracking waktu, frekuensi dan phasa sinyal dari cell site.
•Kanal Sinkronisasi (Sync Channel)
Kanal ini menyediakan identifikasi cell site, daya transmisi pilot, dan informasi phase offset dari pseudorandom (PN) pilot cell site.
•Kanal Paging (Paging Channel)
Unit mobile akan mulai memonitor kanal paging setelah menset timing-nya ke System Time yang disediakan oleh kanal sinkronisasi.
Kanal Trafik :
•Kanal Trafik Forward (Forward Traffic Channel)
Kanal ini membawa panggilan telepon serta membawa suara dan informasi kontrol daya mobile dari base station ke unit mobile.
Kanal Reverse CDMA
Kanal reverse CDMA digunakan untuk komunikasi dari mobile ke cell. Kanal ini membawa trafik dan signaling. Sembarang kanal reverse akan aktif hanya selama panggilan ke mobile station yang terhubung atau ketika terjadi signaling kanal akses ke base station yang terhubung.
•Kanal Access (Access Channel)
Ketika unit mobile tidak aktif pada kanal trafik, maka akan terbentuk komunikasi ke base station melalui kanal akses. Kanal ini dipasangkan dengan kanal paging yang saling berhubungan.
•Kanal Trafik Reverse (Reverse Traffic Channel)
Kanal ini membawa setengah bagian yang lain dari panggilan telepon serta membawa suara dan informasi kontrol daya mobile dari unit mobile ke base station.

Modulasi CDMA
Baik kanal trafik forward maupun reverse menggunakan struktur kontrol yang sama, yang terdiri dari frame 20 ms. Untuk sistem tersebut, frame dapat dikirim pada 14400, 9600, 7200, 4800, 3600, 2400, 1800 atau 1200 bps.
CDMA mulai dengan data rate dasar 9600 bps. Kemudian disebar ke bit rate yang ditransmisikan, atau chip rate (bit yang ditransmisikan dinamakan chip) sebesar 1,2288 MHz. Proses spreading mengaplikasikan kode digital untuk bit data, yang meningkatkan data rate ketika menambah redundansi ke dalam sistem.
Chip ditransmisikan menggunakan bentuk modulasi QPSK (quadrature phase shift keying) yang telah difilter ke batas bandwidth sinyal. Ketika sinyal diterima, kodingnya dipindahkan, dan dikembalikan ke rate 9600 bps. Ketika proses pendekodean dilaksanakan ke kode user yang lain, tidak ada proses despreading; sinyal menjaga bandwidth 1,2288 MHz. Perbandingan bit yang ditransmisikan atau chip terhadap bit data disebut dengan coding gain. Coding gain untuk sistem CDMA IS-95 adalah 128 atau 21 dB.

Keuntungan CDMA
Ketika diimplementasikan dalam sistem telepon selular, teknologi CDMA menyediakan keuntungan yang besar kepada operator selular dan para pelanggan. Berikut ini adalah bebrapa keuntungan dari CDMA, yaitu :
1.Kapasitas meningkat 8 hingga 10 kali dari sistem analog AMPS dan 4 hingga 5 kali dari sistem GSM. Peningkatan kapasitas dalam sistem selular dapat diperoleh melalui satu dari dua cara berikut :
•Mengambil lebih banyak kanal per MHz dari spektrum. Contohnya adalah pada sistem NAMPS.
•Mengambil lebih banyak kanal reuse per unit wilayah geografis. Contohnya adalah pada sistem GSM.
Perlu dicatat bahwa perhitungan kapasitas CDMA berdasar pada rata-rata lebar dari sistem. Kapasitas sebenarnya akan bervariasi dari cell ke cell dan dari sektor ke sektor, bergantung kepada dataran, level interferensi, karakteristik propagasi dan sejumlah faktor lainnya. Pengaruh lain pada peningkatan kapasitas adalah deteksi aktivitas suara dan kontrol daya CDMA.
2.Memperbaiki kualitas panggilan dengan suara yang lebih baik dan lebih konsisten dibandingkan dengan sistem AMPS. Kontrol daya CDMA tidak hanya meningkatkan kapasitas, tetapi juga meningkatkan kualitas suara dengan meminimisasi dan mengatasi interferensi.
3.Mempermudah perencanaan sistem melalui penggunaan frekuensi yang sama dalam setiap sektor di setiap cell. Semua user pada carrier CDMA berbagi spektrum RF yang sama. Frekuensi reuse N=1/S (dimana S adalah jumlah sektor per cell) adalah satu faktor yang dapat meningkatkan kapasitas CDMA dan membuat perencanaan sistem menjadi lebih mudah untuk dipahami.
4.Meningkatkan privasi. Terdapat perencanaan masa depan untuk menyediakan proses enkripsi digital yang dapat memberikan level keamanan dan privasi yang lebih tinggi.
5.Memperbaiki karakteristik coverage dengan mengizinkan kemungkinan jumlah cell site yang lebih sedikit. Cell site CDMA memiliki range yang lebih besar daripada cell site analog atau digital yang biasa. Karena itu, lebih sedikit cell site CDMA yang dibutuhkan untuk mengcover wilayah yang sama. Range CDMA yang lebih besar ini adalah akibat dari penggunaan receiver yang lebih sensitif pada sistem CDMA.
6.Meningkatkan waktu bicara untuk sistem portable. Karena kontrol daya yang akurat dan karakteristik sistem lainnya, maka unit pelanggan CDMA normalnya hanya mengirimkan fraksi daya analog dan telepon TDMA. Hal ini akan meng-enable sistem portable untuk memiliki waktu bicara dan standby yang lebih lama (Perbandingan langsung ini dengan anggapan bahwa antara CDMA dan sistem analog atau TDMA memiliki ukuran cell yang sama).
7.Bandwidth sesuai permintaan. Kanal CDMA wideband menyediakan resource yang umum dimana semua unit mobile dalam sistem menggunakan utility yang berbasis pada kebutuhan spesifik mereka sendiri, apakah mengirim suara, data, faksimili atau aplikasi lainnya.