Tuesday, June 5, 2007

Konsep WIMAX

WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) di cetuskan oleh WiMAX Forum yang di bentuk pada April 2001, untuk mempromosikan interoperabilitas dan penyesuaian standar IEEE 802.16, yang secara resmi bernama WirelessMAN. Forum ini mendefinisikan WiMAX sebagai “sebuah standar teknologi yang dapat memungkinkan penyampaian akses wireless broadband jarak jauh sebagai alternatif dari kabel dan DSL.”


Standar untuk teknologi WiMAX memakai frekuensi antara 10 gigahertz dan 66 gigahertz. Selain itu, ia juga memakai frekuensi antara 2 gigahertz dan 11 gigahertz. Ini berarti WiMAX mencakup frekuensi 2,4 gigahertz yang di negara tertentu merupakan frekuensi bebas lisensi.

"WiMAX is not a technology, but rather a certification mark, or 'stamp of approval' given to equipment that meets certain conformity and interoperability tests for the IEEE 802.16 family of standards. A similar confusion surrounds the term Wi-Fi (Wireless Fidelity), which like WiMAX, is a certification mark for equipment based on a different set of IEEE standards from the 802.11 working group for wireless local area networks (WLAN). Neither WiMAX, nor Wi-Fi is a technology but their names have been adopted in popular usage to denote the technologies behind them. This is likely due to the difficulty of using terms like 'IEEE 802.16' in common speech and writing." – OECD[1]


Technical overview

WiMAX adalah istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan standar interoperabilitas implementasi dari jaringan wireless IEEE 802.16, agak mirip dengan cara Wi-Fi yang menjadi interoperabilitas implementasi standar WirelessLAN IEEE 802.11. Tetapi WiMAX sangatlah berbeda dari Wi-Fi dalam cara kerjanya.
Pada Wi-Fi, Medium Access Controller ("MAC") menggunakan contention access, yaitu semua terminal pelanggan yang ingin melewatkan data melalui wireless access point (“AP”) harus berkompetisi untuk mendapatkan perhatian AP dalam basis interrupt yang acak. Hal ini dapat menyebabkan node-node yang berada pada jarak yang jauh dari AP terinteruppt secara berulang-ulang oleh node-node yang lebih dekat, sehingga menurunkan throughput sistem. Oleh karena itu layanan seperti VoIP (Voice over IP) atau IPTV yang membutuhkan QoS tertentu sulit untuk di layani dalam jumlah user yang besar.

Sedangkan 802.16, MAC menggunakan scheduling algorithm, dimana terminal-terminal pelanggan harus berkompetisi sekali saja yaitu pada saat pertama kali memasuki jaringan. Setelah itu setiap pelanggan dialokasikan sebuah time-slot oleh base station. Time-slot ini dapat membesar dan mengecil (sesuai kebutuhan pelanggan), tetapi tetap untuk setiap terminal pelanggan, yang berarti pelanggan lain tidak bisa menggunakannya. Scheduling algorithm ini stabil dalam kondisi overload dan over subscription (tidak seperti 802.11). IEEE 802.16 juga dapat lebih efisien dalam penggunaan Bandwidth. Scheduling Algorithm juga memungkinkan base station untuk mengontrol parameter-parameter QoS dengan menyeimbangkan pemesanan timeslot antara aplikasi yang di butuhkan oleh terminal pelanggan.

Pada awalnya standar IEEE 802.16 menspesifikasikan WiMAX pada rentang frekuensi 10 sampai 66 GHz. Kemudian pada tahun 2004 802.16a di update menjadi 802.16-2004 (juga biasa di sebut 802.16d), yaitu dengan menambahkan dukungan untuk rentang frekuensi 2 sampai 11 GHz. 802.16d kemudian di update lagi menjadi 802.16e pada tahun 2005. 802.16e menggunakan scalable OFDM (orthogonal frequency division multiple access) sebagai pengganti versi non scalable pada 16d. Hal ini membawa potensi manfaat dalam masalah coverage, self installation, power consumption, frequency re-use dan efisiensi bandwidth. 16e juga menambahkan kemampuan layanan mobilitas penuh.
Standar yang paling menarik perhatian adalah 802.16d dan 802.16e, karena pada standar tersebut menggunakan frekuensi yang lebih rendah sehingga sinyal lebih tahan terhadap pelemahan (attenuation), juga meningkatkan jangkauan dan kemampuan penetrasi gedung.

Spesifikasi WiMAX memperbaiki keterbatasan-keterbatasan standar Wi-Fi dengan menyediakan bandwidth dan jangkauan yang lebih lebar, serta enkripsi yang lebih kuat. WiMAX mendukung konektivitas antara jaringan endpoint tanpa membutuhkan jalur Line Of Sight (“LOS”) pada kondisi lingkungan yang mendukung. Pada aplikasi Non-LOS membutuhkan 16d. dan varian 16e. karena frekuensi yang dibutuhkan lebih rendah. Hal ini bergantung pada sinyal multipath yang ada.


Uses for WiMAX

Konsep yang salah kaprah ada yang menyebutkan bahwa WiMAX dapat mentransmisikan data 70 Mbps, dengan jarak 70 mil, pada kecepetan lebih dari 70 mph. Konsep diatas mumgkin dapat dibenarkan secara terpisah pada kondisi lingkungan yang ideal, namun ketiganya tidak bisa di penuhi secara simultan. WiMAX memiliki beberapa kesamaan dengan DSL, dimana DSL dapat memiliki bandwidth yang tinggi atau jarak yang jauh, tetapi keduanya tidak bisa dipenuhi secara bersama-sama. Kesamaan lainnya adalah pada WiMAX bandwidth di bagi berdasarkan pelanggan yang berada pada sector radio, jadi ada banyak pelanggan yang aktif di dalam satu sector, sehingga tiap pelanggan akan mendapatkan bandwidth yang lebih kecil.
Bandwidth dan jangkauan WiMAX membuatnya cocok untuk beberapa potensi aplikasi di bawah ini:
• Menghubungkan hotspot-hotspot Wi-Fi antar satu dengan yang lain, dan menghubungkannya dengan bagian (jaringan) lain dari Internet.
• Menyediakan alternatif jaringan wireless selain kabel dan DSL untuk akses broadband jarak jauh
• Mendukung layanan mobile data berkecepatan tinggi dan layanan telekomunikasi (4G)
Broadband Access
Banyak perusahaan kabel dan telepon tradisional (PSTN) akhir-akhir ini secara aktif mencoba potensi WiMAX untuk konektivitas jarak jauh. Hal ini dapat menghasilkan harga yang lebih kompetitif untuk pelanggan rumah maupun pelanggan corporate. Dalam area yang tidak memiliki jaringan kabel telelpon existing, WiMAX dapat memungkinkan akses jaringan broadband yang sampai saat ini belum ada. Untuk pelanggan rumah, sudah di siapkan layanan yang dapat mendukung line telepon dan koneksi internet yang mudah di install.


Mobile applications

Potensi WiMAX untuk menggunakan jaringan mobile yang existing sangatlah besar, sebab antena WiMAX dapat “berbagi” satu buah tower sel tanpa mengganggu antena seluler yang sudah ada. Beberapa perusahaan (operator) seluler menilai WiMAX sebagai salah satu cara meningkatkan bandwidth untuk variasi layanan data dan aplikasi, bahkan Sprint/Nextel telah mengumumkan pada pertengahan 2006 akan menginvestasikan US$ 3 milliar untuk pengembangan teknologi WiMAX dalam beberapa tahun ke depan. Hal tersebut berhubungan dengan kemampuan teknologi WiMAX dalam mendukung bandwidth yang tinggi (“backhaul”) untuk trafik internet dan seluler dari remote area ke sebuah internet backbone. Walaupun efektivitas biaya WiMAX dalam aplikasi remote area akan lebih tinggi, namun hal ini tidak terbatas pada aplikasi tersebut saja, bahkan dimungkinkan akan dapat mengurangi biaya E1/T1 backhaul. Keterbatasan infrastruktur kabel pada beberapa negara berkembang dapat diatasi dengan WiMAX, karena biaya untuk menginstal sebuah stasiun WiMAX pada tower seluler eksisting atau bahkan dengan tower sendiri nampaknya lebih kecil jika dibandingkan dengan biaya pembangunan kabel. WiMAX sangat cocok di terapkan paad area yang memiliki kepadatan populasi rendah dan permukaan yang datar. Untuk negara-negara yang tidak mempunyai infrastruktur kabel karena mahalnya biaya dan kondisi geografi yang tidak menguntungkan, WiMAX dapat menjadi solusi infrastruktur yang murah, decentralized, mudah dibangun, dan efektif.

Spectrum Allocations for WiMAX
Spesifikasi 802.16 menggunakan spectrum RF yang sangat lebar. Tetapi, spesifikasi tersebut tidak sama dengan ijin yang di berikan pada tiap Negara. Tidak ada lisensi spectrum WiMAX yang berlaku secara global. Di Amerika, segmen yang tersedia paling besar adalah di sekitar 2.5 GHz, dan sudah dimiliki oleh Sprint Nextel. Di belahan bumi lain, band frekuensi yang paling banyak digunakan adalah sekitar 3.5 GHz, 2.3/2.5 GHz, dengan 2.3/2.5 GHz yang paling banyak digunakan di asia.
Sebenarnya di Amerika Serikat ada kemungkinan untuk menerapkan WiMAX pada Band 700MHz, tetapi ternyata band tersebut sudah di gunakan untuk TV analog, dan menunggu untuk digunakan juga oleh digital TV (sekitar tahun 2009). Pada beberapa kasus, mungkin akan ada beberapa pihak yang akan menggunakan band tersebut jjika memang band tersebut belum digunakan.

Sepertinya akan lahir beberapa varian dari 802.16, bergantung pada kondisi regulasi lokal dan spectrum berapa yang akan digunakan, tetapi walau apapun yang terjadi standar radio frekuensi yang mendasari adalah sama. Peralatan WiMAX mungkin tidak akan seportable spesifikasi yang telah ditentukan, bahkan jika dibandingkan dengan Wi-Fi yang memiliki kanal pada spectrum yang tidak memiliki lisensi dan tidak terikat regulasi.
Alokasi spektrum radio saat ini-pun sepertinya berubah-ubah. Alokasi yang sekarang ini biasa dilakukan adalah 5MHz atau 7MHz per kanal. Secara teori semakin lebar alokasi kanal radio yang di berikan, maka semakin tinggi bandwidth trafik yang dapat didukung WiMAX.

Standards
Standar 802.16 yang paling baru adalah IEEE Std 802.16e-2005 [1], disetujui pada bulan December 2005. sebelumnya telah distandarisasi IEEE Std 802.16-2004 [2]. Yang menggantikan IEEE Std 802.16-2001, 802.16c-2002, dan 802.16a-2003.
IEEE Std 802.16-2004 (802.16d) di gunakan untuk fixed system saja. Sedangkan 802.16e menambahkan komponen mobilitas pada standarnya.

IEEE 802.16e
IEEE 802.16-2005 (secara resmi di namakan Mobile WiMAX, namun masih sering dikenal sebagai 802.16e) memberikan perbaikan pada skema modulasi yang digunakan pada fixed WiMAX. Hal ini membuat WiMAX dapat digunakan untuk aplikasi fixed wireless maupun mobile Non-LOS, terutama dengan menambahkan teknik OFDMA.
SOFDMA (Scalable OFDM) adalah perbaikan atas OFDM256 untuk aplikasi NLOS dengan :
• Memperbaiki coverage NLOS dengan menggunakan skema advanced antenna diversity, dan hybrid-Automatic Retransmission Request (hARQ)
• Meningkatkan gain (penguatan) sistem dengan menggunakan denser sub-channelization, sehingga meningkatkan penetrasi indoor.
• Memerkenalkan teknik pengkodean dengan kinierja yang tinggi seperti Turbo Coding, dan Low Density Parity Check (LDPC), sehingga meningkatkan keamanan dan kinerja NLOS.
• Memperkenalkan downlink sub-channelization, sehingga memungkinkan administrator jaringan untuk mengatur coverage dan kapasitas
• Memperbaiki coverage dengan memperkenalkan Adaptive Antenna Systems (AAS) dan Teknologi Multiple Input Multiple Output (MIMO)
• Mengurangi ketergantungan bandwidth kanal pada sub carrier-spacing, sehingga memungkinkan kinerja yang sama walaupun dengan spasi carrier yang berbeda-beda (1.25 MHz sampa14 MHz).
• Memperbaiki algoritma Fast Fourier Transform (FFT) sehingga dapat mentolerir delay spread yang lebih besar, dan meningkatkan ketahanan terhadap multipath interference.
SOFDMA dan OFDMA 256 tidaklah saling kompatibel sehingga sebagian besar peralatan harus diganti. Tetapi, beberapa manufaktur berencana untuk menyediakan jalur migrasi untuk peralatan yang lebih tua sehingga kompatibel dengan SOFDMA, yang akan mempermudah transisi pada jaringan yang sudah menggunakan investasi OFDMA256.
Similar technologies
WiMAX adalah kerangka kerja untuk pengembangan teknologi wireless yang memandang jauh ke depan. Lebih baru lagi 3GPP 4G seluler, 802.22 Cognitive Radio RAN (Rural Area Network), dan 802.20, High Speed Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) Working Group, telah beralih untuk menggunakan sistem yang sama, yaitu multi-channel scalable OFDM, HARQ, FEC, MIMO-AAS dan teknologi pelengkap lainnya yang berasal dari WiMAX.

UMTS
Untuk beberapa aplikasi, UMTS dapat menjadi saingan WiMAX. UMTS sudah dikembangkan di eropa dan sebagian besar operator seluler di negara-negara lain. Teknologi HSDPA memungkinkan transmisi data pada kanal downlink sampai 8-10 Mbps. UMTS juga mendukung kanal sirkuit yang di opimasi untuk trafik suara dan video. Pada Juli 2005 alokasi frekuensi untuk WiMAX di eropa telah di blok oleh prancis dan finlandia yang merupakan negara manufaktur yang telah berinvestasi besar pada teknologi UMTS.
Aktivitas standarisasi 3GPP yang paling baru adalah lebih mengembangkan advanced system yang berbasis OFDM (daripada CDMA). Platform 3G Long Term Evolution (LTE) akan berbasis pada MIMO-OFDM, yang sistemnya sama dengan WiMAX / 802.16e-2005.
EV-DO
Evolution data Optimized adalah standar wireless broadband radio yang di kembangkan oleh penyedia layanan telepon seluler CDMA di seluruh dunia. Di standarisasi oleh 3GPP2, sebagai bagian dari keluarga standar CDMA.
HIPERMAN
Di eropa standar yang sama dengan 802.16 adalah HIPERMAN. WiMAX forum sedang bekerja untuk memastikan interoperabilitas 802.16 dan HIPERMAN.
WiBro
Industri telekomunikasi korea sudah mengembangkan standarnya sendiri: WiBro. Pada akhir 2004, Intel dan LG Electronics telah menyetujui interoperabilits antara Wibro dan WiMAX.
WiBro didukung penuh oleh pemerintah Korea Selatan, dengan tiap carrier menghabiskan lebih dari US$1 miliar untuk pengembangan. Korea melihat bahwa pengembangan WiBro dapat digunakan sebagai sistem 3.5 - 4G regional alternatif. Tetapi karena kurangnya perkembangan yang dihasilkan, WiBro akhirnya bergabung dengan WiMAX dan setuju untuk menyesuaikan dengan dengan standar OFDM 802.16e. WiBro rencananya akan digulirkan pada April 2006, sebab dilakukannya test performansi WiMAX adalah sifatnya yang mobile sehingga dinilai baik untuk penyampaian layanan wireless broadband. Korea adalah pasar yang sangat mengagumkan, dimana pengguna banyak menggunakan layanan multimedia. WiBro bukan hanya sebagai solusi jaringan telekomunikasi di rural area, namun juga akan tumbuh menyaingi 3G dan layanan kabel kecepatan tinggi di lingkungan urban.


Wi-Fi

Wi-Fi adalah teknologi Wireless LAN (WLAN) yang bekerja pada spektrum yang tidak memiliki lisensi (2.4 GHz dan 5GHz). Wi-Fi murah dan mudah untuk digunakan sebagai solusi konektivitas dengan kecepatan tinggi. WiMAX menggunakan spetrum yang lebih lebar dibanding Wi-Fi. Jika di terapkan bersama WiMAX dan Wi-Fi cenderung akan bersifat saling melengkapi.



Pada sistem komunikasi wireless telah umum dikenal kondisi LOS dan NLOS. Hal ini berkaitan dengan daerah pancar antara BS (Base Station) dan SS (Subscriber Station) yang lebih dikenal dengan Fresnel Zone clearence (fresnel zone bergantung pada frekuensi kerja dan jarak antara BS dan SS

Pada kondisi LOS, antara pengirim dan penerima tembus pandang secara langsung tanpa ada rintangan (first fresnel zone). Apabila kriteria ini tidak terpenuhi, maka penerimaan sintal akan menurun secara drastis.

Pada kondisi NLOS, sinyal yang sampai pada penerima telah melalui pemantulan (reflections), pemencaran (scattering), dan pembiasan (diffractions). Sinyal yang akan diterima merupakan gabungan dari direct path, multiple reflected paths, scattered energy, dan diffracted propagation paths. Kondisi multipath ini akan memberikan perbedaan polarisasi, redaman, delay pancaran, dan ketidakstabilan dibandingkan dengan sinyal yang diterima secara langsung melalui direct path.

Kemampuan NLOS pada WiMAX ditunjang oleh penerapan ebberapa inovasi teknologi antara lain:
- teknologi OFDM dan sub-kanalisasi (Sub-Channelization)
- antena direksional (directional antenna)
- diversitas pada transmitter dan receiver (transmit and receive diversity)
- modulasi adaptif (adaptive modulation) dan teknik error coretion techniques
- pengendalian daya (power control)

OFDM merupakan teknologi yang terbukti dapat digunakan untuk mengatasi berbagai macam permasalahan propagasi (multipath), termasuk kondisi NLOS antara BS dan SS. OFDM juga dapat mengatasi permasalah delay spread dan inter symbol interference (ISI). Sinyal OFDM dibentuk oleh beberapa sinyal sempit yang dipancarkan secara paralel untuk setiap informasi yang dikirim.
SUb kanalisasi diterapkan pada sinyal uplink dari SS dan bersifat optional pada sitem WiMAXff. Fasilitas ini secara konsep mengurangi pengiriman jumlah carrier dari SS tetapi dikompensasi dengan power level dari pengiriman. Tanpa menggunakan sub-channelization, sistem yang direncakan akan menjadi asimetris atau iplink limited. Tetapi pada umumnya justru membuat CPE menjadi cost effective.

Directional antenna bertujuan untk meningkatkan fade margin dengan penambahan penguatan (Gain) dibandingkan dengan antenna omni-directional. Bahkan dapat menurunkan delaya pancar, baik di BS maupun di SS, karena pola pancar antena ini dapat menekan sinyal-sinyal multipath yang direima di sisi samping (sidelobe) dan dari belakang (backlobe)...hayah istilah antena lg Penggunaan directional antenna untuk kondisi NLOS sudah terbukti sangat efektif dan sudah banyak digunakan oleh para operator. Inovasi lain untuk mengatasi kondis NLOS yang digunakan sebagai optional apda standar WiMAX adalah Adaptive Antenna System (AAS)--> bukan SAA lho.. Antena ini memberikan pengarahan yang lebih fokus, seperti soptlight, baik pada saat memancarkan sinyal maupun sebagai penerima. AAS digunakan untuk mengingkatkan spectrum reuse dan kapasitas jaringan WiMAX karena mempunyai karekteristik yang dapat menekan interferensi co-channel.

Transmit and Receive diversity digunakan untuk memanfaatkan sinyal-sinyal multipath dan sinyal pantul yang terjadi pada kondisi NLOS. Diversitas juga menjadi fasilitas optional pada standar WiMAX. 7annya adalah untuk meningkatkan availability penerimaan dan pengiriman dari sistem yang dibangun. Transmit diversity menggunakan space time coding untuk memancarkan sinyal secara terpisah. Teknik ini dapat menekan kebutuhan fade margin dan juga megatasi interferensi. Pada receive diversity, beberapa teknik kombinasi diterapkan seperti misalnya maximum ratio combining (MRC...yang uda ngambil KomBer...pasi uda pada kenal., yaitu memanfaatkan dua atau lebih penerimaan untuk mengatasi fading dan menekan pathloss.

Adaptive modulation, secara efektif dapat mengatur keseimbangan kebutuhan bandwidth dan kualitas sambungan (link quality) atau biasanya diukur dengna Signal to Noise Ratio (SNR). APabila kualitas sinyal cukup baik, maka digunakan modulasi yang lebih tinggi untuk memberikan kepasitas bandwidth yang lebih besar. Apabila kualitas link menurun (kalo kata carok turun medun...jiakakakak) sistem modulasinya digeser menjadi lebih rendah untuk menjaga kestabilan dan kualitas sambungan. Perpindahan modulasi dapat diatur secara dinamis dari 64-QAM (SNR=22dB), 16-QAM(SNR=16dB), QPSK(SNR=9dB), dan BPSK(SNR=6dB).

Error correction techniques diterapkan pada sistem WiMAX untuk menurunkan kebutuhan minimum SNR dan meningkatkan throughput. Beberapa teknik coding yang digunakan adalah Reed Solomon Forward Error Correction (FEC), convolutional encoding, dan interleaving algorithms. Kemampuan Automatic Repeat Request (ARQ) digunakan untuk mengoreksi error yang tidak bisa dikoreksi oleh FEC. Teknik ini cukup berarti dalam meningkatkan performansi bit error rate (BER) pada batas level penerimaan yang sama.

Power control algoritms digunakan untuk meningkatkan performansi sistem secara berkala secara keseluruhan. BS mengirimkan informsi power control kepada semua SS untuk pengaturan level power transmit sedemikian rupa sehingga level sinyal yang diterima BS sama dengan level referensi yang telah ditentukan sebelumnya. Pengaturan ini dimaksudkan agar SS dapat secara dinamis memancarkan daya sesuai kondisi fading sehingga konsumsi power bisa lebih efisien.


nb:
berdasarkan beberapa kemampuan opsional diatas, terdapat dua jenis BS yang diproduksi, yaitu standar BS dan full featured BS. Kalo standar BS punya kemampuan yang bersifar mandatory (ya...biasa aj..) dengan batasan keluaran RF (Radio Frequency) power yang telah ditentukan. Sedangkan full featured BS sudah dilengkapi dengan kemampuan opsional tadi... kayak Tx/Rx diversity, sub channelization, ama ARQ.

No comments: