Voice Over Internet Protocol (VoIP) Menggunakan Internet Telephony Gateway (ITG) Planet VIP-400

Voice over Internet Protocol (VoIP)

Voice over Internet Protocol dikenal juga dengan sebutan IP Telephony. Secara umum, VoIP didefinisikan sebagai suatu sistem yang menggunakan jaringan internet untuk mengirimkan data paket suara dari suatu tempat ke tempat yang lain menggunakan perantara protokol IP.
Dengan teknologi VoIP, diharapkan tiga jenis layanan komunikasi publik berikut ini mempunyai kualitas yang hampir sama dengan teknologi yang sebelumnya :
•Layanan komukasi voice dengan normal
•Layanan voice mail yang dapat ditinggalkan pada nomor yang dihubungi
•Layanan pengiriman transmisi fax dengan biaya yang terjangkau.

Protokol –protokol dalam VoIP
Dalam dunia komunikasi data komputer, protokol mengatur bagaimana sebuah komputer berkomunikasi dengan komputer lain. Dalam jaringan komputer kita dapat menggunakan banyak macam protokol tetapi agar dua buah komputer dapat saling berkomunikasi, keduanya perlu menggunakan protokol yang sama. Protokol berfungsi mirip dengan bahasa. Agar dapat berkomunikasi, orang-orang perlu berbicara dan mengerti bahasa yang sama.

Berikut ini dijelaskan tentang protokol-protokol yang terlibat pada VoIP diurut berdasarkan urutan proses koneksi yang terjadi. Protokol-protokol yang terlibat dalam VoIP adalah sebagai berikut :
1.Internet Protocol (IP)
IP adalah sebagian dari sederetan protokol TCP/IP, dan merupakan protokol yang paling banyak digunakan dalam internetworking. Sifat-sifat IP dalam pengiriman data :
•Unreliable (tidak andal)
Berarti protokol internet tidak menjamin datagram yang dikirimkan pasti sampai di tujuan, hanya berjanji melakukan usaha yang terbaik agar paket yang dikirimkan dapat sampai ke tujuan.
•Connectionless protocol
Berarti tidak adanya koneksi terlebih dahulu antara dua titik ujung yang sedang melakukan komunikasi tersebut.
•Datagram delivery service
Berarti setiap paket yang dikirimkan diperlakukan sebagai sebuah unit data yang berdiri sendiri tanpa ada hubungan apapun dengan unit data lainnya. Sehingga jalur yang ditempuh oleh setiap paket data IP dapat berbeda-beda dengan tujuan yang sama.
2.Transmission Control Protocol (TCP)
TCP merupakan connection-oriented protocol, dimana terdapat koneksi disetiap titik ujung sistem dan koneksi ini tetap terjaga pada saat pertukaran data sampai data tersebut selesai dipertukarkan. TCP bertugas membagi sebuah informasi ke dalam paket-paket yang diatur oleh IP dan kemudian pada titik ujung lainnya menyusun kembali paket-paket tersebut kedalam informasi semula.
3.User Datagram Protocol (UDP)
UDP merupakan connectionless protocol yang menggunakan IP untuk mengirimkan sebuah unit data yang disebut datagram dari sebuah komputer ke komputer lainnya. Perbedaan dengan TCP, dimana UDP tidak melakukan pembagian informasi kedalam paket-paket data dan penyusunannya kembali, UDP tidak menyediakan sequencing paket-paket data yang datang sehingga program-program aplikasi yang menggunakan UDP harus dapat memastikan keseluruhan data informasi tersebut tiba dalam urutan yang benar.
4.H.323
H.323 adalah suatu standar yang menentukan komponen, protokol, dan prosedur yang menyediakan layanan komunikasi multimedia, yaitu komunikasi audio, video dan data real-time (waktu nyata), melalui jaringan berbasis paket (packet-based network). Jaringan berbasis paket tersebut anatara lain Internet Protokol (IP), Internet Packet eXchange (IPX), Local Area Network (LAN), Enterprise Network (EN), Metropolitan Area Network (MAN), dan Wide Area Network (WAN). H.323 dapat diterapkan pada berbagai aplikasi komunikasi, yaitu suara saja (IP Telephony), suara dan gambar (Video Telephony), suara dan data, dan juga suara, gambar dan data. H.323 terdiri dari beberapa protokol yang digunakan untuk tujuan yang berbeda dan digabungkan untuk saling bekerjasama. Protokol-protokol tersebut diantaranya adalah H.225 RAS, H.225 call signaling dan H.245 control signaling.
5.Registration Admission Status (RAS)
RAS merupakan protokol yang digunakan untuk komunikasi antara endpoint dengan gatekeeper. RAS berfungsi untuk melakukan prosedur registration, admission, perubahan bandwidth, status dan pembubaran sambungan antara gateway dan gatekeeper.
6.H.225
H.225 merupakan standar ITU yang digunakan untuk membentuk koneksi antara dua H.323 endpoint dengan cara mempertukarkan H.225 protokol message pada kanal call signaling. H.225 message dipertukarkan antara dua endpoint atau antara endpoint dengan gatekeeper.
7.H.245
H.245 merupakan standar ITU yang dipergunakan oleh terminal untuk mempertukarkan end-to-end H.245 control message. H.245 control message menyediakan informasi mengenai kapabilitas terminal-terminal yang sedang berkomunikasi. Pertukaran kapabilitas termasuk pemberitahuan coder-decoder (CODEC) yang digunakan (G.711, G.722, G.723, G.723.1, G.728 atau G.729).
8.T.120 (Data Interface)
Protokol T.120 menyediakan komunikasi dalam bentuk informasi data antara dua atau lebih terminal. Protokol ini dapat digunakan untuk berbagai bentuk jaringan, seperti PSTN, ISDN dan LAN. Protokol ini mempunyai kemampuan untuk memberikan layanan aplikasi bersama antar terminal yang terhubung dengan jaringan-jaringan yang berbeda.
9.Real-time Protocol (RTP) dan Real-time Control Protocol (RTCP)
RTP dan RTCP merupakan protokol yang digunakan untuk mengatasi masalah aliran paket data audio dan video. Protokol RTP menyediakan mekanisme transport end-to-end layanan audio dan video secara real-time. RTP biasanya digunakan untuk mengirimkan data melalui UDP. Protokol RTCP digunakan untuk mengontrol RTP dengan cara menyediakan feedback untuk menganalisa kesalahan pengiriman.

Komponen-komponen H.323
Standar H.323 menetapkan empat komponen yang digunakan pada jaringan VoIP, yakni :
1.Terminal
Terminal H.323 digunakan untuk komunikasi multimedia bidirectional real-time. Terminal H.323 ini dapat berupa PC atau juga stand-alone device. Pada sistem VoIP yang berfungsi sebagai teminal dapat berupa telepon dan PC, karena yang disini yang dilayani adalah suara maka pada sistem ini terminalnya berupa telepon.
2.Gateway
Gateway menghubungkan dua jaringan yang berbeda, jaringan H.323 dan jaringan non-H.323. Gateway juga melakukan komunikasi dengan gatekeeper untuk menjalankan fungsi Registration, Admission, Status (RAS) untuk routing paket ketujuannya didalam jaringan. Selain itu juga gateway berfungsi untuk meroutekan panggilan (call) melalui IP network.
3.Gatekeeper
Gatekeeper dapat dianggap sebagai otaknya jaringan H.323. Satu gatekeeper dapat berhubungan dengan banyak gateway. Gatekeeper memiliki beberapa karakteristik yang melayani beberapa service berikut :
•Address translation
Skema pengalamatan yang disebut juga alias address digunakan untuk membangun komunikasi IP dimana skema pengalamatan ini dibuat oleh gatekeeper.
•Admission control
Gatekeeper dapat mengontrol setup call VoIP antara terminal atau gateway.
•Bandwidth control
Gatekeeper mengatur lebar bandwidth yang digunakan.
•Call signalling
Gatekeeper dapat bertindak sebagai call signalling “proxy” untuk terminal.

4.Multipoint Control Unit (MCU)
MCU mendukung pertemuan tiga atau lebih terminal H.323 dan terminal-terminal tersebut membuat suatu hubungan dengan MCU. MCU mengatur sumber pertemuan, negosiasi antara terminal untuk tujuan determinasi audio atau video coder decoder (CODEC) yang digunakan untuk dapat menangani media-media tersebut.
Dalam sistem VoIP disini tidak menggunakan MCU karena pada sistem ini hanya menggunakan voice saja. Perangkat yang digunakan adalah Terminal, Gatekeeper dan Gateway. Perangkat Gateway dan Gatekeeper dapat berupa satu device fisik tunggal.

Format Paket VoIp
Setiap paket VoIP terdiri dari dua bagian yakni header dan payload (beban). Header terdiri atas IP header, Realtime Transport Protocol (RTP) header, User Datagram Protocol (UDP) header dan link header.
IP header bertugas menyimpan informasi routing untuk mengirimkan paket-paket ke tujuan. Pada tiap header IP disertakan tipe layanan atau Type of Services (ToS) yang memungkinkan paket tertentu seperti suara diperlakukan berbeda dengan paket yang non real time.
UDP header memiliki ciri tertentu yaitu tidak menjamin paket akan mencapai tujuan sehingga UDP tidak sesuai digunakan pada aplikasi real time yang sangat peka terhadap delay dan latency.
RTP header merupakan header yang dapt dimanfaatkan untuk melakukan framing dan segmentasi data real time. Seperti UDP, RTP juga tidak mendukung realibilitas paket untuk sampai tujuan. RTP menggunakan protokol kendali yang disebut RTCP (Real time Transport Control Protocol) yang mengendalikan Quality of Services (QoS) dan sinkronisasi media stream yang berbeda.

Besarnya link header bergantung pada media yang digunakan.

Standar Layanan VoIP
Industri telekomunikasi mengambil langkah ke depan terhadap keterbatasan bandwidth dengan meningkatkan kapasitas internet backbone. International Telecommunications Union (ITU) mengesahkan spesifikasi H.323, Mei 1996, yang mendefinisikan bagaimana voice, data, dan video trafik akan ditransmisikan melalui IP-based on local area network juga mendefinisikan jaringan multimedia secara lengkap (mulai dari peralatan sampai protokol yang digunakan), termasuk juga T.120 standar data-conferencing. Rekomendasi ini berdasar pada real-time protocol/real-time control protocol (RTP/RTCP) untuk mengatur sinyal audio dan video.Stack protokol H.323 yang digunakan untuk VoIP adalah bagian audio dan control saja. Stack audio menangani semua fungsi dari VoIP. Untuk membawa trafik voice melalui IP, H.323 menggunakan dua protokol transport layer yaitu UDP dan TCP.

Voice Coding
Suara manusia dan semua suara yang bisa didengar, secara umum merupakan sinyal analog. PSTN mentransmisikan suara dalam bentuk sinyal digital. PSTN merubah sinyal suara dari telepon diubah ke format digital yang disebut Pulse Code Modulation (PCM).
ITU-T (International Telecommunication Union-Telecommunication Sector) membuat beberapa standar untuk voice coding yang direkomendasikan untuk implementasi VoIP. Beberapa standar yang sering dikenal antara lain:
a)G.711 voice coding PCM dengan bandwidth 64 Kbps
b)G.726 voice coding ADPCM dengan bandwidth 40, 32, 24, dan 16 Kbps
c)G.728 voice coding dengan kompresi Code-Excited Linear-Predictive (CELP) dengan bandwidth 16 Kbps.
d)G.729 voice coding dengan kompresi CELP dengan bandwidth 8 Kbps. Kualitas suara yang dihasilkan menyamai voice coding ADPCM dengan bandwidth 32 Kbps.
e)G.723.1 yang dapat digunakan untuk kompresi percakapan maupun komponen audio pada aplikasi multimedia dengan bandwidth 5,3 dan 6,3 KBps. Standar ini merupakan komponen dari keluarga H.324.

Jenis Konfigurasi Jaringan VoIP•

Telepon melalui Internet
Konfigurasi ini menggunakan fasilitas PSTN atau PABX pada kedua sisi subsistem terminalnya. Konfigurasi seperti ini akan membutuhkan antar muka berupa gateway yang menghubungkan jaringan VoIP dengan jaringan internet.
Untuk konfigurasi seperti ini dibutuhkan suatu sistem tambahan lainnya yang dapat memetakan pemanggilan nomor telepon menjadi kode-kode IP, lebih di kenal dengan sebutan Call Manager.

•Gabungan perangkat telepon dan perangkat berbasis IP (Hybrid)
Konfigurasi ini menggunakan sistem hybrid, yaitu campuran antara subsistem terminal menggunakan PC disatu sisi dan subsistem terminal menggunakan PSTN + telepon analog disisi yang lain.

•Komunikasi antar perangkat berbasis IP
Pada dasarnya, konfigurasi jenis ini lebih banyak pada pengembangan bidang perangkat lunak (software) multimedianya saja.

QoS VoIP
Quality of Services pada IP telephony adalah parameter-parameter yang menunjukkan kualitas paket data jaringan. Beberapa parameter yang menyatakan QoS untuk IP telephony antara lain latency, delay, jitter, packet loss dan sequence error pada jaringan internet.

Latency
Latency adalah waktu yang dibutuhkan oleh suatu perangkat dari meminta hak akses ke jaringan sampai mendapatkan hak akses itu.
Delay
Delay dapat didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan data dari sumber (pengirim) ke tujuan (penerima).
Jitter (Variasi Delay)
Jitter disebabkan oleh bervariasinya waktu penerimaan pengiriman paket-paket data dari pengirim ke penerima.
Echo
Echo (gema) disebabkan oleh sinyal refleksi dari speaker voice lawan dan berbalik sampai dengan speaker ear.
Packett Loss
Pada jaringan berbasis IP, semua frame suara diperlakukan sama seperti frame data. Pada saat peak load dan congestion, frame suara akan dibuang sama dengan frame data. Frame suara sensitif terhadap waktu sehingga bila dilakukan retransmisi akan mengubah arti pembicaraan.
Sequence error
Kongesti di dalam jaringan paket switch dapat mengakibatkan paket mengambil route yang berbeda untuk mencapai tujuan yang sama. Akibatnya, paket sampai dengan urutan yang berbeda.
Internet Telephony Gateway (ITG) Planet VIP-400
Internet Telephony Gateway (ITG) Planet VIP-400 adalah peralatan yang dapat menghubungkan VoIP di Internet dengan jaringan telepon yang menggunakan RJ-11. Biasanya peralatan gateway VoIP ini disambungkan ke PBX/PABX di kantor atau di wartel agar telepon biasa yang ada dapat terkait ke jaringan VoIP juga. ITG Planet VIP-400 memiliki dua jenis port, yaitu :
1)FXS (Foreign Exchange Subscriber) : digunakan untuk di hubungkan langsung ke pesawat telepon biasa melalui konektor RJ-11.
2)FXO (Foreign Exchange Office) : tidak dapat dihubungkan ke pesawat telepon biasa, hanya dapat di hubungkan ke PABX/PBX maupun langsung ke saluran telkom melalui konektor RJ-11.

Pengkodean Suara
Pengkodean suara yang didukung oleh ITG termasuk G.711, G.723.1 5.3 kbps, G.723.1 6.3 kbps dan G.729 AB.

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.

Mengenal Code Division Multiple Access (CDMA)

Sistem CDMA
Sistem CDMA tidak meangalokasikan frekuensi ataupun waktu dalam slot user, tetapi memberikan hak kepada semua user untuk menggunakan keduanya secara simultan. Untuk melakukan hal ini, sistem CDMA menggunakan suatu sistem komunikasi yang dikenal dengan nama Spread Spectrum. Setiap user diberikan kode yang menyebar bandwidth sinyalnya dalam suatu cara sehingga hanya kode yang sama saja yang dapat me-recover sinyal pada receiver. Metode ini memiliki properti dimana sinyal yang tidak diinginkan dengan kode yang berbeda yang ikut disebar, akan terlihat seperti noise di receiver.
Keuntungan CDMA untuk Personal Communication Service (PCS) adalah kemampuannya untuk mengakomodasi banyak user pada waktu dan frekuensi yang sama. Ada dua cara dalam memisahkan user dalam sistem CDMA, yaitu Orthogonal Multiple Access dan Non-Orthogonal Multiple Access atau Asynchronous CDMA.

Orthogonal Multiple Access
Tiap user memiliki satu atau lebih bentuk gelombang orthogonal yang diturunkan dari sebuah kode orthogonal. Karena bentuk gelombangnya orthogonal, user dengan kode yang berbeda tidak terinterferensi dengan yang lain. Orthogonal-CDMA atau O-CDMA membutuhkan sinkronisasi diantara user karena bentuk gelombang orthogonal dicapai hanya jika bentuk gelombangnya telah disesuaikan terhadap waktu. Set yang penting dari kode orthogonal adalah set Walsh, dimana fungsi Walsh dibangkitkan dengan menggunakan proses iteratif dari matriks Hadamard.

Non-Orthogonal Multiple Access
Konsep dibalik ini adalah untuk melepaskan orthogonalitas diantara user dan mengurangi interferensi dengan menggunakan sistem komunikasi spread spectrum. Sequence PN digunakan untuk meyebar spektrumnya. Keluarga dari sequence PN, yang dinamakan sequence Gold, adalah yang terkenal untuk non-orthogonal CDMA. Sequence Gold hanya memiliki tiga puncak cross-correlation, yang cenderung menjadi kurang penting ketika panjang kode bertambah. Sequence Gold juga mempunyai satu puncak auto-correlation pada titik nol, seperti sequence PN yang biasa.
Sequence (kode) Gold dibangun menggunakan penambahan dengan modulo-2 atas dua sequence PN dengan panjang maksimum. Dengan menggeser satu dari dua sequence PN, akan diperoleh sequence Gold yang berbeda. Properti ini dapat digunakan untuk membangkitkan kode yang mengizinkan multiple access pada kanal. Penggunaan sequence Gold dapat mengakibatkan sistem transmisinya menjadi asinkron. Receiver dapat mensinkronisasikannya dengan menggunakan properti auto-correlation dari sequence Gold.
Tujuan dari sistem komunikasi multiple access adalah :
1.Meningkatkan kualitas pelayanan suara sehingga dapat mendekati kualitas sistem wireline
2.Meningkatkan coverage wilayah geografis dari sistem
3.Mengusahakan biaya peralatan yang rendah
4.Mengurangi jumlah penggunaan radio site yang tidak bergerak
CDMA mengubah penampilan dari komunikasi selular dan PCS dengan cara :
1.Meningkatkan kapasitas trafik telepon (Erlang)
2.Memperbaiki kualitas suara dan mengeliminasi pengaruh dari multipath fading
3.Mengurangi terjadinya panggilan yang drop akibat kesalahan handoff
4.Menyediakan mekanisme transport yang reliable untuk komunikasi data, seperti faksimili dan trafik internet.
5.Mengurangi jumlah site yang dibutuhkan untuk mendukung jumlah trafik yang diberikan.
6.Mempermudah pemilihan site.
7.Mengurangi biaya operasi karena cell site yang dibutuhkan lebih sedikit.
8.Mengurangi daya rata-rata sinyal yang dikirimkan.
9.Mengurangi interferensi terhadap divais elektronika lainnya.
10,Mengurangi resiko bagi kesehatan.

Sistem Komunikasi Spread Spectrum
CDMA adalah bentuk dari sistem komunikasi Direct Sequence Spread Spectrum. Umumnya sistem komunikasi spread spectrum dibedakan oleh tiga elemen :
1.Bandwidth sinyal yang lebih lebar dari yang dibutuhkan untuk mengirim informasi. Hal ini menghasilkan banyak keuntungan, seperti kekebalan terhadap interferensi dan jamming dan kemampuan akses multi-user.
2.Bandwidth disebar dengan bantuan kode yang independent terhadap datanya.
3.Receiver mensinkronisasikan kode untuk me-recovery datanya. Penggunaan kode yang independent dan penerimaan yang sinkron membuat multiple user dapat mengakses pita frekuensi yang sama pada waktu yang sama.
Untuk melindungi sinyal, kode yang digunakan adalah pseudorandom. Terlihat seperti acak, tetapi sebenarnya deterministik, sehingga receiver dapat merekonstruksi kode untuk deteksi sinkron. Kode pseudorandom ini juga disebut dengan pseudonoise (PN).

Tipe Sistem Komunikasi Spread Spectrum
Ada tiga cara untuk menyebar bandwidth sinyal, yaitu :
1.Frequency hopping
Sinyal secara cepat diswitch antara frekuensi yang berbeda didalam bandwidth hopping pseudorandom.
2.Time hopping
Sinyal ditransmisikan dalam burst pendek pseudorandom.
3.Direct sequence
Data digital secara langsung dikodekan pada frekuensi yang lebih tinggi. Kodenya dibangkitkan secara pseudorandom, receiver mengetahui bagaimana membangkitkan kode yang sama, dan menghubungkan sinyal yang diterima dengan kode tersebut untuk mengekstrak data.

CDMA bekerja pada data informasi dari beberapa sumber yang mungkin, seperti suara digital atau kanal ISDN. Kecepatan data dapat bervariasi, seperti terlihat pada tabel dibawah ini :

Voice Pulse Code Modulation (PCM) 64 kBits/sec
Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) 32 kBits/sec
Low Delay Code Excited Linear Prediction (LD-CELP) 16 kBits/sec
ISDN Bearer Channel (B-Channel) 64 kBits/sec
Data Channel (D-Channel) 16 kBits/sec

Sistem bekerja dengan kecepatan data 64 kbps, tetapi dapat juga menerima kecepatan masukan 8, 16,32 atau 64 kbps. Masukan yang kurang dari 64 kbps ditambahkan dengan bit ekstra untuk menjadikannya 64 kbps. Untuk masukan 8, 16, 32 atau 64 kbps, sistem mengaplikasikan pengkodean Forward Error Correction (FEC), yang melipatgandakan bit rate hingga 128 kbps. Skema modulasi kompleks mentransmisikan dua bit pada satu waktu, dalam dua simbol bit. Untuk masukan yang kurang dari 64 kbps, tiap simbol diulangi untuk memperoleh kecepatan transmisi hingga 64 kbps. Tiap komponen dari sinyal kompleks membawa satu bit dari dua simbol bit pada 64 kbps

Direct Sequence
CDMA menggunakan bentuk direct sequence spread spectrum. Pada bagian transmitter dari sistem Direct sequence terjadi proses perkalian antara gelombang komunikasi dengan sequence biner pseudonoise (PN) ±1.

Proses spreading dilakukan setelah proses modulasi, keseluruhannya dalam bentuk biner, dan sinyal yang ditransmisikan dalam keadaan dibatasi bandwidthnya (bandlimited). Perkalian oleh replika dari sequence ±1 yang sama di receiver akan mengembalikan sinyal ke bentuk asalnya.

Noise dan interferensi yang tidak mempunyai hubungan dengan sequence PN menjadi sinyal yang mirip noise (noise-like) dan bandwidthnya meningkat ketika mencapai detektor. SNR dapat ditingkatkan oleh filter narrowband yang menolak sebagian besar daya interferensi.
Pembangkitan Kode Pseudorandom
Untuk tiap kanal, base station membangkitkan kode yang unik yang berubah untuk tiap hubungan. Base station menjumlahkan secara bersama-sama semua kode transmisi untuk setiap pelanggan. Unit pelanggan membangkitkan kode penyesuaiannya sendiri dan menggunakannya untuk mengekstrak sinyal tertentu. Tiap pelanggan menggunakan beberapa kanal yang bebas.
Kode pseudorandom memiliki properti sebagai berikut :
1.Deterministik. Station pelanggan harus mampu secara bebas membangkitkan kode yang sesuai dengan kode base station.
2.Tampak acak bagi pendengar yang tidak memiliki pengetahuan sebelumnya tentang kode tersebut (yaitu mempunyai properti statistik dari white noise yang disampling).
3.Cross-correlation antara dua kode yang sembarang harus kecil.
4.Kode harus memiliki waktu periode yang lama.
Kode Korelasi
Fungsi correlation memiliki properti sebagai berikut :
•Sama dengan 1 jika kedua kode adalah identik
•Sama dengan 0 jika kedua kode tidak mempunyai hubungan
Nilai intermediate mengindikasikan berapa banyak kode yang dipunyai. Semakin banyak kode yang dipunyai, semakin sulit bagi receiver untuk mengekstrak sinyal tertentu. Ada dua fungsi correlation, yaitu :
• Cross-correlation : Hubungan antara dua kode yang berbeda. Nilainya sebaiknya sekecil mungkin.
• Auto-correlation : Hubungan kode dengan versi delay terhadap waktu dari kodenya sendiri. Dalam rangka menolak interferensi multipath, fungsi ini sebaiknya bernilai sama dengan 0 untuk sembarang delay waktu selain 0.
Receiver menggunakan cross-correlation untuk memisahkan sinyal tertentu dari sinyal yang penting bagi receiver lainnya, dan menggunakan auto-correlation untuk menolak interferensi multipath.

Penyebaran Pseudonoise
Beberapa terminologi yang berhubungan dengan kode pseudorandom :
• Frekuensi chipping (fc) : bit rate kode PN
• Rate informasi (fi) : bit rate data digital
• Chip : satu unit kode PN
• Epoch : periode kode. Epoch harus lebih lama dari delay propagasi round trip

Umumnya bandwidth dari sinyal digital adalah dua kali dari bit rate. Bandwidth dari data informasi (fi) dan kode PN digambarkan bersama-sama pada gambar 6 tersebut. Bandwidth dari kombinasi keduanya, untuk fc>fi, dapat didekati oleh bandwidth kode PN.
Processing Gain
Konsep penting yang berhubungan dengan bandwidth adalah processing gain (Gp). Ini adalah gain sistem yang merefleksikan keuntungan relatif yang disediakan oleh penyebaran frekuensi. Processing gain sama dengan perbandingan frekuensi chipping dengan frekuensi data :
Ada dua keuntungan dari nilai processing gain yang tinggi, yaitu :
• Penolakan interferensi : kemampuan sistem untuk menolak interferensi.
• Kapasitas sistem.
Sehingga semakin tinggi bit rate kode PN (bandwidth CDMA yang lebih lebar), maka semakin baik performansi sistem.

Pengiriman Data

Hasil dari sinyal yang dikodekan kemudian memodulsi carrier RF untuk transmisi menggunakan QPSK (quadrature phase shift keying). QPSK menggunakan empat state yang berbeda untuk mengkodekan tiap simbol. Empat state ini adalah pergeseran phasa dari carrier diruang yang terpisah 90 derajat. Pergeseran phasanya adalah 45, 135, 225 dan 315 derajat. Karena terdapat empat kemungkinan state yang digunakan untuk mengkodekan informasi biner, tiap state merepresentasikan dua bit. Dua bit “word” ini dinamakan simbol. Gambar 5 memperlihatkan secara umum bagaimana QPSK bekerja.
Penerimaan Data
Receiver menampilkan beberapa langkah berikut untuk mengekstrak informasi :
•Demodulasi
Receiver membangkitkan dua referensi gelombang, yaitu gelombang Cosinus dan Sinus. Kemudian secara terpisah mencampurkan tiap gelombang dengan carrier yang diterima, receiver mengekstrak I(t) dan Q(t). Konverter analog ke digital (ADC) me-restore word 8 bit yang merepresentasikan chip I dan Q.
•Akuisisi dan penguncian kode
Receiver membangkitkan kode PN kompleksnya sendiri yang sesuai dengan kode yang dibangkitkan oleh transmitter. Walau bagaimanapun kode lokal harus dikunci phasanya ke data yang dikodekan.
•Correlation antara kode dengan sinyal
Sekali kode PN dikunci phasanya ke pilot, sinyal yang diterima dikirimkan ke correlator yang kemudian mengalikannya dengan kode PN kompleks, mengekstrak data penting I dan Q untuk receiver. Receiver merekonstruksi data informasi dari data I dan Q.
•Pendekodean data informasi
Masalah Near-Far
Karena cross-correlation antara dua kode PN tidak tepat sama dengan nol, maka sistem harus mengatasi apa yang disebut dengan masalah Near-Far.
Keluaran dari correlator terdiri dari dua komponen, yaitu :
•Auto-correlation dari kode PN dengan sinyal yang dikodekan.
•Jumlah cross-correlation dari kode PN dengan semua sinyal lain yang ikut dikodekan.
Karena cross-correlation bernilai kecil (idealnya nol), maka jumlah dari cross-correlation sebaiknya kurang dari nilai amplituda sinyal yang diinginkan. Walau bagimanapun, jika sinyal yang diinginkan dibroadcast dari jarak yang jauh, dan sinyal yang tidak diinginkan dibroadcast dari jarak yang lebih dekat, maka sinyal yang diinginkan mungkin saja sangat kecil akibat teredam oleh cross-correlation.

Kapasitas berbanding lurus secara langsung terhadap processing gain. Kapasitas juga berbanding terbalik terhadap SNR dari sinyal yang diterima. Sehingga, semakin kecil SNR sinyal yang ditransmisikan, maka semakin besar kapasitas sistem (sepanjang receiver dapat mendeteksi sinyal dalam noise).

Penolakan Interferensi

Teknologi CDMA tahan terhadap interferensi dan jamming. Masalah umum dengan komunikasi urban adalah interferensi multipath. Interferensi multipath disebabkan karena sinyal yang dibroadcast berjalan sepanjang lintasan yang berbeda untuk sampai di receiver. Kemudian receiver harus merecovery sinyal yang dikombinasikan dengan echo yang amplituda dan phasanya berbeda. Hal ini menghasilkan dua tipe interferensi, yaitu :
•Interferensi inter-chip : Sinyal yang dipantulkan mengalami penundaan cukup lama sehingga bit (atau chip dalam kasus ini) dalam sinyal yang didemodulasi mengalami overlap, membuat ketidakpastian dalam data.
•Selective fading : Sinyal yang dipantulkan mengalami penundaan cukup lama sehingga phasanya tertinggal secara acak, dan merusak sinyal yang diinginkan.
Melawan Interferensi
Dua metode umum yang digunakan untuk melawan interferensi multipath adalah :
•Rake filter : Correlator di set up pada interval waktu tertentu untuk mengekstrak semua echo. Amplituda dan phasa relatif dari echo diukur, dan tiap sinyal echo dibetulkan phasanya dan kemudian ditambahkan ke sinyal.
•Adaptive Matched Filter : Filter ini “disesuaikan” ke fungsi transfer (yaitu karakteristik propagasi) dari lintasan sinyal.