4G SITRA WiMAX

Pada masa mendatang diperkirakan kebutuhan akan teknologi dengan kecepatan tinggi sangat besar, hal ini ditandai dengan perkembangan teknologi telekomunikasi yang sangat pesat. Saat ini, ada teknologi akses wireless yang masih sering digunakan untuk pertukaran data, yaitu Wi-Fi atau Wireless Fidelity, namun teknologi Wi-Fi ini hanya dapat menjangkau area 100 meter dengan throughput maksimum sebesar 54 Mbps. Teknologi Wi-Fi ini menggunakan standar IEEE 802.11. IEEE juga mengeluarkan standar untuk teknologi wireless yang lain seperti standar 802.15 untuk PAN (Personal Area Network) dan standar 802.16 untuk WiMAX. Pada jaringan selular juga telah dikembangkan untuk dapat mengalirkan data seperti GPRS (General Packet Radio Services), EDGE (Enhanced Data for Global Evolution), WCDMA (Wireless Code Division Multiple Access) dan HSDPA (High Speed Downlink Packet Access).

Umumnya ada 3 (tiga) pilihan cara untuk mengakses Internet, yaitu :

1.      Broadband access, misalnya :

§         Di rumah menggunakan DSL atau cable-modem.

§         Di perusahaan menggunakan T1 atau T3 line.

2.      WiFi access, misalnya :

§         Di rumah meng-set up WiFi router yang bisa membuat surfing Internet saat di balkon dengan memakai laptop.

§         Di jalanan, bisa menemukan WiFi hot-spots di kampus, rumah makan, hotel, warung kopi, mall, dan perpustakaan.

3.      Dial-up access, misalnya :

§         Apabila masih menggunakan dial-up, kemungkinan karena broadband access tidak tersedia serta penggunaanya yang terlalu mahal.

Masalah utama menggunakan broadband access adalah broadband access cukup mahal dan tidak mencakup seluruh wilayah. Sedangkan masalah utama WiFi access adalah lingkup hot-spots sangat kecil, sehingga wilayah cakupannya juga kecil. Lalu, apakah ada teknologi yang dapat memecahkan semua masalah itu? Di mana teknologi tersebut dapat memberikan fasilitas seperti : high speed broadband service (akses yang lebih cepat), wireless (tanpa kabel) karena lebih murah dan lebih mudah memperluas daerah jangkauan dari pinggiran kota sampai daerah pedalaman, dan broad coverage (daerah jangkauan yang luas) seperti jaringan pada telepon genggam. Prospek internet broadband, anytime, anywhere, anyone masih kelihatan jauh dari impian, masih jauh dari kenyataan luas bagi PC, laptop, mobile user. Namun dengan WiMAX hal tersebut akan segera menjadi kenyataan, sesuatu hal yang membuat penggunanya tidak dapat hidup tanpa teknologi ini. 

WiMAX adalah salah satu teknologi wireless yang paling popular saat ini. WiMAX mempunyai potensial besar untuk broadband Internet access seperti telepon genggam untuk melakukan akses telepon. WiMAX bisa menggantikan cable dan DSL services, menyediakan universal Internet access di manapun Anda berada. WiMAX sifatnya semudah WiFi, yaitu dengan menyalakan komputer akan langsung otomatis terkoneksi ke WiMAX antena terdekat. Dalam cara kerja WiMAX punya prinsip umum seperti WiFi, yaitu dalam mengirim data atau informasi dari satu komputer ke komputer yang lainnya lewat sinyal radio. Komputer (desktop atau laptop) yang dilengkapi dengan WiMAX menerima data dari stasiun transmisi WiMAX, yang menggunakan encrypted data keys untuk mencegah unauthorized users dari pencurian akses.

WiFi connection tercepat bisa men-transmit sampai 54 megabits per second dalam kondisi optimal. Sedang WiMAX dapat meng-handle sampai 70 megabits per second. Bahkan 70 megabits bisa dipecah lagi menjadi beberapa ratus home user yang memberikan kualitas setara dengan kecepatan transfer cable-modem untuk transfer ke setiap user. Tetapi, masalah terbesar bukan dikecepatan melainkan jarak. Jarak WiMAX bisa sampai beberapa mil. Jika jarak WiFi sekitar 100 feet (30 m), maka jarak WiMAX sekitar radius 30 mil (50 km) dengan wireless access. Peningkatan jarak tersebut karena frekuensi yang digunakan dan power dari transmitter. Yang perlu diingat, kondisi wilayah, cuaca, dan bangunan tinggi mempengaruhi pengurangan jarak maksimum. Jadi, WiMAX sangat potensial meng-cover wilayah yang luas.

Mobile WiMAX datang untuk menjawab permasalahan yang ada di sektor broadband. Ketika telepon dan jaringan lokal mulai beranjak ke sistem nirkabel, akses broadband untuk bisnis atau perumahan masih cenderung mengandalkan kabel untuk penyaluran datanya. Jelas hal ini merugikan operator sekaligus konsumen yang ada di luar jangkauan kabel tersebut. Mobile WiMAX merupakan perpanjangan dari WiMAX tetap yang memiliki standar 802.16d dan memiliki spektrum 2-6GHz yang memungkinkan orang tetap berkomunikasi saat berjalan kaki atau berkendara. Kemampuannya mentransfer data cukup tinggi, yaitu 100 Mbps.

WiMAX tidak hanya menghadirkan ancaman kepada penyedia jasa layanan DSL dan cable-modem. Protokol WiMAX dirancang untuk mengakomodasi beberapa cara pemindahan data yang berbeda, salah satunya adalah Voice Over Internet Protocol (VOIP). VOIP memungkinkan orang-orang membuat panggilan lokal, jarak jauh, dan bahkan internasional melalui koneksi Internet broadband tanpa menggunakan jasa perusahaan telekomunikasi secara menyeluruh. Jika komputer yang bisa mengoperasikan WiMAX menjadi sangat umum, maka penggunaan VOIP dapat meningkat dramatik, di mana orang dengan sebuah laptop bisa membuat panggilan VOIP.

Pengertian WiMAX

WiMAX adalah singkatan dari Worldwide Interoperability for Microwave Access, merupakan teknologi akses nirkabel pita lebar (broadband wireless access atau disingkat BWA) yang memiliki kecepatan akses yang tinggi dengan jangkauan yang luas (Wikipedia). WiMAX merupakan evolusi dari teknologi BWA sebelumnya dengan fitur-fitur yang lebih menarik. Disamping kecepatan data yang tinggi mampu diberikan, WiMAX juga merupakan teknologi dengan open standar. Dalam arti komunikasi perangkat WiMAX diantara beberapa vendor yang berbeda tetap dapat dilakukan (tidak proprietary). Dengan kecepatan data yang besar (sampai 70 MBps), WiMAX dapat diaplikasikan untuk koneksi broadband ‘last mile’, ataupun backhaul.

Sedangkan menurut Pareek Deepak, The Business of WiMAX, 2006. “ WiMAX adalah sebuah teknologi nirkabel yang mengoptimalkan Pelayanan IP centric untuk daerah yang luas, WiMAX adalah sebuah tanda sertifikasi untuk perangkat sesuai dengan standar IEEE 802.16 selain itu WiMAX asalah sebuah Platform untuk membangun alternatif dan pelengkap dari jaringan Broadband.

Mobile WiMAX

Mobile WiMAX merupakan pengembangan aplikasi fixed wireless dan memungkinkan aplikasi telepon selular untuk skala yang lebih besar. Sebagai contoh, mobile WiMAX memungkinkan streaming video untuk disiarkan dari mobil polisi atau kendaraan penting lainnya pada kecepatan lebih dari 70 Mile per Hour (MPH). Itu sangat potensial menggantikan telepon selular dan layanan mobile data dari operator selular seperti EvDo, EvDv and HSDPA (http://www.wimax.com/education/wimax/what_is_wimax)

WiMAX sangat potensial dalam mempengaruhi segala bentuk telekomunikasi. WiMAX  sangat potensial mengganti sejumlah infrastruktur telekomunikasi yang telah ada.  Dalam konfigurasi fixed wireless, dapat menggantikan jaringan copper wire perusahaan telepon, maupun infrastruktur coaxial cable TV kabel yang juga menawarkan pelayanan Internet Service Provider (ISP). Dalam telekominikasi mobile, WiMAX sangat potensial menggantikan jaringan seluler. 

Struktur Dasar Jaringan WiMAX

            Secara umum, sistem WiMAX tidak berbeda jauh dengan WLAN. Sistem WiMAX terdiri dari Base Station (BS), Subscriber Station (SS) dan server di belakang BS seperti Network Management System (NMS) serta transport site untuk koneksi ke jaringan. Untuk Subscriber Station (SS) terletak di lingkungan pelanggan, sedangkan Base Station (BS), NMS dan transport site biasanya satu lokasi dengan jaringan operator. Bagian transport site dapat berupa koneksi dengan jaringan IP berbasis ATM atau Ethernet. Interface dari SS ke BS menggunakan OFDM / Air Interface, dari BS – Gateway dan Gateway - Internet menggunakan 10/100 Base T atau E1 dan dari Gateway – PSTN menggunakan E1. Base Station (BS) merupakan perangkat transceiver (transmitter dan receiver) yang biasanya dipasang satu lokasi (colocated) dengan jaringan internet protocol. Dari BS ini akan disambungkan ke beberapa CPE dengan media interface gelombang radio (RF) yang mengikuti standar WiMAX. Antena yang dipakai di BS dapat berupa sektor 600, 900 atau 1200 tergantung dari area yang akan dilayani. Remote Stations atau CPE terdiri dari Outdor Unit (ODU) dan Indoor Unit (IDU), perangkat radionya ada yang terpisah dan ada yang terintegrasi dengan antena.

Standar WiMAX

Standar yang digunakan WiMAX mengacu pada standar IEEE 802.16. Varian dari standar 802.16 ini ialah : 802.16, 802.16a, 802.16d dan 802.16e. Varian standar 802.16 yang diadopsi WiMAX untuk penggunaan komunikasi tetap atau Fixed Wireless Access (FWA) adalah 802.16d atau 802.16-2004 yang telah direvisi pada tahun 2004. Selanjutnya, varian yang digunakan untuk komunikasi bergerak (mobile) ialah 802.16e.

Standar 802.16d diperuntukan bagi layanan yang bersifat fixed maupun nomadic. Sistem ini menggunakan OFDM dan mendukung untuk kondisi lingkungan LOS dan NLOS. Perangkat 802.16d biasanya beroperasi pada band frekuensi 3.5 GHz dan 5.8 GHz. 

Standar WiMAX 802.16e mendukung untuk aplikasi portable dan mobile sehingga dikondisikan mampu handoff dan roaming. Sistem ini menggunakan teknik SOFDMA, teknik modulasi multi-carrier yang menggunakan sub-channelisasi. 802.16e juga bias dimanfaatkan untuk meng-cover pelanggan yang bersifat fixed (tetap). 802.16e memanfaatkan band frekuensi 2.3 GHz dan 2.5 GHz.

Spesifikasi

Mobile WiMAX mengenalkan OFDMA dan beberapa keunggulan lain yang dirangkum di bawah ini :

• Tolerance to multipath and self interfence
• Scalable channel size up to 10 MHz
• TDD operation to support traffic
• Network optimized hard handcover
• Multicast and broadcast service support
• Hybrid ARQ based error control
• Power management (sleep, idle modes)
• Security and QoS
• MIMO and smart antenna technology
• Fractional frequency reuse
• Feedback based adaptive modulation

Mobile WiMAX Perfomance

Menggunakan metodologi evaluasi yang dapat diterima untuk sistem 3G, Mobile WiMAX telah disimulasikan melawan 3G enhancements. Simulasi tersebut menunjukan bahwa :

• Mobile WiMAX peak data rate diatas 5x lebih baik daripada teknologi 3G+
• Mobile WiMAX  spectral efficiency adaah 3x lebih baik daripada teknologi 3G+

Cara Kerja WiMAX

Cara kerja WiMAX mirip WiFi, tapi pada kecepatan yang tinggi, jarak lebih jauh, dan jumlah user lebih banyak. WiMAX punya fasilitas menghilangkan “blackout” (daerah tidak terjangkau) di kota dan pedesaan yang saat ini tidak memiliki broadband Internet access karena perusahaan telepon dan cable belum punya jaringan menjangkau daerah itu.

Sistem WiMAX terdiri dari 2 (dua) bagian, yaitu :

1.      WiMAX tower

Konsep ini mirip telepon genggam tower. Satu WiMAX tower bisa menjangkau daerah yang luas, kira-kira 3.000 mil2 (± 8.000 km2).

2.      WiMAX receiver (Penerima)

Receiver dan antena bisa berupa box kecil atau PCMCIA card atau built-in dalam laptop seperti WiFi access saat ini. WiMAX tower station dapat terkoneksi langsung ke Internet memakai high bandwidth, wired connection (koneksi dengan kabel) seperti T3 line. Bisa terkoneksi dengan WiMAX tower lain menggunakan line-of-sight dan microwave link. Koneksi ke tower kedua ini (disebut backhaul), dengan kemampuan single tower untuk meng-cover wilayah seluas 3.000 mil2, membuat WiMAX dapat meng-cover wilayah pedesaan.

WiMAX dapat memberikan dua bentuk wireless service, yaitu :

1.      Non-line-of-sightservice

Seperti layanan WiFi, di mana antena kecil di komputer akan terhubung ke tower. Pada model ini, WiMAX menggunakan lower frequency range (jarak frekuensi lebih rendah) antara 2 GHz sampai 11 GHz (mirip dengan WiFi). Transmisi panjang gelombang lebih rendah tidak mudah terganggu dengan halangan secara fisik, gelombangnya bisa diffract, membengkok, atau disekitar halangan lebih mudah.

2.      Line-of-sight service

Dimana fixed dish antena mengarah langsung ke WiMAX tower dari atap atau tiang. Line-of-sight connection lebih kuat dan lebih stabil, jadi dapat mengirim banyak data dengan error yang lebih sedikit. Line-of-sight transmissions memakai higher frequencies (frekuensi yang lebih tinggi), dengan range yang memungkinkan mencapai 66 GHz. Pada higher frequencies, terjadi lebih sedikit interference (gangguan) dan bandwidth yang lebih banyak. Gaya akses WiFi terbatas pada radius 4 sampai 6 mil (mungkin sekitar 25 mil2 atau 65 km2 dari lingkup wilayah, mirip dengan area range telepon genggam). Lewat line-of-sight antena yang lebih kuat, stasiun transmisi WiMAX akan mengirim data ke WiMAX enabled computers (computer yang dilengkapi dengan WIMAX) atau router set-up di area transmisi sekitar radius 30 mil (3.600 mil2 atau 9.300 km2 dari lingkup wilayah). Hal ini membuat WiMAX mencapai range maximumnya.

Mobile WiMAX merupakan solusi broadband wireless yang memungkinkan konfergensi jaringan mobile dan fixed broadband melalui satu teknologi akses radio yang luas dan arsitektur jaringan yang fleksibel. Air interface pada Mobile WiMAX menerapkan Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) untuk memperoleh performa multi-path yang lebih baik pada lingkungan yang Non Line Of Sight (NLOS). Untuk mendukung bandwidth kanal yang berkembang (scalable) dari 1,25 MHz ke 20 MHz, IEEE 802.16e mengenalkan Scalable-OFDMA (SOFDMA), Mobile Technical Group (MTG) pada WiMAX Forum sedang mengembangkan profil sistem Mobile WiMAX yang memungkinkan sistem mobile dikonfigurasikan

Arsitektur Mobile WiMAX

Menurut WiMAX Forum, arsitektur Mobile WiMAX terdiri dari 3 bagian pokok, yaitu:

• User Terminal yang digunakan oleh end-user untuk mengakses jaringan.

• Access Service Network (ASN) yang terdiri dari satu atau lebih BS dan satu atau lebih ASN gateway yang membentuk jaringan akses radio.

• Connectivity Service Network (CSN) yang menyediakan konektivitas IP dan semua fungsi core Network Internet Protocol.

Network Working Group (NWG) WiMAX Forum merupakan organisasi yang mempunyai kewenangan untuk merancang arsitektur jaringan dan protocol Mobile WiMAX dengan air interface yang telah distandarkan oleh IEEE 802.16e. WiMAX NGW mendefinisikan beberapa entity dalam jaringan Mobile WiMAX:

• Base Station (BS)

Base Station memiliki fungsi utama yaitu membangun hubungan dengan mobile station. BS juga memiliki fungsi lain yaitu mengatur micromobility management seperti proses handover, radio resource management.

• Access Service Network - Gateway (ASN-GW)

ASN-GW berfungsi untuk mengatur location management dan paging intra-ASN, mengatur AAA pelanggan, serta menjalankan fungsi mobile IP.

• Connectivity Service Network (CSN)

Berfungsi menyediakan konektivitas ke internet, ASP dan fungsi jaringan umum lainnya.

Alokasi Frekuensi dan Sistem Duplexing

Dalam teknologi WiMAX ada beberapa spektrum frekuensi yang disediakan antara lain 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.3 GHz, 3.5 GHz, 5.8 GHz dan 10.5 GHz. Penggunaan alokasi frekuensi tersebut berbeda-beda untuk tiap negara sesuai dengan kondisi dan kebijaksanaan masing-masing negara. Frekuensi yang digunakan adalah spektrum frekuensi 2.3 GHz. Frekuensi ini dipilih karena pemerintah Indonesia merencanakan akan mengalokasikan spektrum frekuensi 2.3 GHz untuk jaringan Mobile WiMAX (IEEE 802.16e) dengan bandwidth kanal yang digunakan masing-masing 10 MHz walaupun saat ini belum ada kebijakan yang pasti. Pada arah kebijakan frekuensi di Indonesia, frekuensi 2.3 GHz memiliki range frekuensi 2300-2390 MHz, dimana 10 MHz digunakan untuk buffer (penyangga) terhadap out-of band emission dari WLAN/WiFi 2.4 GHz 

Sedangkan untuk sistem duplexing yang digunakan adalah TDD (time division duplex). TDD menggunakan frekuensi single channel yang digunakan sebagai ransmitter dan receiver tetapi dalam waktu yang berbeda. Akibatnya TDD dibagi menjadi data stream frame dan setiap frame dibagi menjadi time slot untuk mengirim dan menerima. Hal ini mengijinkan transmisi data dalam satu frekuensi saja.

Teknologi Mobile WiMAX

Mobile WiMAX memperkenalkan teknologi OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Multiple Access) dan mendukung beberapa fitur lain untuk menyediakan layanan mobile broadband bagi pengguna dalam keadaan bergerak sampai dengan kecepatan 120 km/jam. Fitur-fitur tersebut meliputi :

a.       Toleransi pada multipath dan self-interference dengan ortogonalitas sub-kanal, baik untuk DL (downlink) maupun UL (uplink).

b.      Scalable Channel Bandwidth dari 1.25 sampai 20 MHz.

c.       Time Division Duplex (TDD) memberikan efisiensi yang mendukung trafik asimetris, pertukaran kanal, dan didukung oleh sistem antena yang maju.

d.      Hybrid-Automatic Repeat Request (H-ARQ) memberikan tambahan ketahanan pada cepatnya perubahan kondisi path pada pengguna dengan kecepatan tinggi.

e.       Frequency Selective Scheduling dan subkanalisasi dengan beberapa pilihan permutasi, memberikan kemampuan pada Mobile WiMAX untuk mengoptimalkan kualitas koneksi berdasarkan atas kuat sinyal relatif pada setiap pengguna.

f.        Power Conservative Management memastikan efisiensi daya baterai pada perangkat mobile dan portable dengan mode sleep dan idle.

g.       Network-Optimized Hard Handoff (HHO) menggabungkan fitur-fitur DVB-H, MediaFLO dan 3GPP E-UTRA untuk :

§         Data rate tinggi dan coverage luas menggunakan Single Frequency Network.

§         Pengalokasian sumber daya frekuensi yang fleksibel.

§         Konsumsi daya rendah pada perangkat mobile.

§         Durasi switching kanal yang singkat.

h.       Smart Antenna didukung oleh subkanalisasi dan pertukaran kanal memungkinkan penggunaan yang luas dari sistem antena termasuk beamforming, space-time coding dan spatial multiplexing.

i.         Fractional Frequency Reuse mengendalikan co-channel interference untuk mendukung pengulangan frekuensi dengan degradasi efisiensi spektrum yang minimal.

Manfaat dan Keuntungan Mobile WiMAX

WiMAX memiliki transfer data yang lebih tinggi dan jangkauan luas. Dengan menerapkan standar IEEE 802.16e, Mobile WiMAX kemudian lebih unggul karena didukung akses internet berkecepatan tinggi dan layanan suara berbasis protokol internet. Itu sebenarnya bukan teknologi baru karena IEEE sebagai lembaga standarisasi khusus untuk teknologi telah menetapkan standar tersebut pada 2005. Mobile WiMAX merupakan perpanjangan dari WiMAX tetap yang memiliki standar 802.16d. Perbedaan lainnya, WiMAX tetap beroperasi di frekuensi 2-11GHz, sedangkan Mobile atau WiMAX bergerak memiliki spektrum 2-6GHz. Teknologi nirkabel yang bekerja pada spektrum tersebut memungkinkan orang tetap berkomunikasi saat berjalan kaki atau berkendara. Kemampuannya mentransfer data cukup tinggi, yaitu 100 Mbps. Teknik transmisi yang mendukung kemampuan tersebut ialah orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) versi terbaru dan antena. OFDM itu menghasilkan skalabilitas yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan WiMAX tetap yang menggunakan tipe OFDM lama.

Keunggulan lainnya terlihat dari cakupan, instalasi, konsumsi daya, penggunaan frekuensi, dan efisiensi pita frekuensi. Terkait dengan pemakaian frekuensi yang lebih rendah daripada WiMAX tetap, WiMAX bergerak itu mendukung daya redam dan penetrasi yang lebih baik di dalam gedung. Untuk antena, teknologi terbaru adalah Multiple Input Multiple Output (MIMO). Teknologi tersebut mentransfer data dan file dalam skala besar dan melipatgandakan kecepatan transfer data.

Generasi pertama dari MIMO, misalnya, jika digunakan dengan teknologi Wi-Fi yang memiliki standar 802.11, bisa meningkatkan kecepatan transfer data dari 54Mbps menjadi 108Mbps.

Perusahaan teknologi, seperti Alcatel-Lucent, misalnya, juga akan mendesain WiMAX yang bisa digunakan bersama-sama dengan MIMO. WiMAX merupakan alternatif yang baik dari transmisi digital subscriber line (DSL) dan kabel karena dapat menjangkau area yang belum terjangkau oleh kedua jaringan tersebut.

Untuk mengaktifkan WiMAX, pelanggan dapat  menggunakan kartu PCMCIA yang biasa dipasang di laptop atau memakai perangkat dalam ruangan dan luar ruangan. Kartu PCMCIA adalah antarmuka periferal yang berfungsi menambah kapasitas memori. Harga kartu PCMCIA itu sekarang sekitar US$150. Di sisi lain, perangkat indoor atau outdoor sekitar US$200.