Tutorial Dasar Arsitektur Jaringan GSM/UMTS

ejlp12@gmail.com, 30 July 2009

1G

•Generasi pertama (1G) merupakan sistem seluler analog.

•Jaringan komersial mulai 1998▫Nordic Mobile Telephone (NMT) di

Scandinavia dan beberapa negara di Eropa▫Advanced Mobile Phone Service (AMPS) di

US, Australia, Asia▫Total Access Communications System

(TACS) di UK dan beberapa negara di Eropa

2G

•Sistem wireless digital•Kapasitas, utilitas spektrum, kualitas

suara meningkat . Konsumsi daya menurun

•Standarisasi core network•Mulai dikembangan layanan data

2G• 4 standar utama yang banyak dipakai adalah:

▫Global System for Mobile (GSM) communications dan turunanannya. GSM seperti juga AMPS, menggunakan teknologi TDMA

▫Digital AMPS (disebut juga D-AMPS, US-TDMA, IS-136, atau TDMA)

▫Code-Division Multiple Access (CDMA) 2000 1x atau IS-95Jaringan IS-95 dikenal juga dengan nama CdmaOne dikembangkan oleh Qualcomm

▫Personal Digital Cellular (PDC) atau PHSPertama kali bernama Japanesse Digital Celullar (JDC) yang merupakan standar 2G di Jepang

GSM• Pada dasarnya GSM menggunakan band

900 MHz, tetapi beberapa turunan GSM menggunakan band 1800 dan 1900, yaitu:

▫ Digital Cellular/Communication(?) System 1800 (DCS-1800 atau GSM-1800)

▫ Personal Communication System-1900 (PCS-1900 atau GSM-1900)

▫ European Telecommunications Standards Institute (ETSI) juga membuat spesifikasi untuk GSM-400 dan GSM-800

Digital cordless systems•System ini tidak memiliki komponen jaringan

(network component), biasanya hanya terdiri dari sebuah base station dan sejumlah handset.

•Lingkup areanya pun terbatas biasanya hanya satu area gedung.

▫CT2, ▫Digital Enhanced Cordless Telecommunications

(DECT),▫Personal Handyphone System (PHS).

2.5G

•GSM▫Peningkatan data rate per user (25kbps)▫Layanan Data (GPRS) dengan penambahan

packet-switched core network

•CDMA IS-95B (64kbps)

2.75G/GSM• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)

or EGPRS (Enhanced GPRS)• Perbaikan pada jaringan akses radio GERAN

(GSM EDGE Radio Access Network)

• Perbaikan modulasi 8-Phase Shift Keying (8PSK)• kecepatan lebih tinggi 126-473,8 kbps• kapasistas transmisi data lebih tinggi• Kualitas audio streaming, video steraming, on

line gaming. high speed download, hiqh speed network connection, push to talk, dll

3G

•Visi▫Universal global roaming▫Mendukung komunikasi multimedia (voice,

data & video)▫Peningkatan data rates

384 kbps saat bergerak 2 Mbps saat ‘diam’

▫Increased capacity (more spectrally efficient)

▫IP architecture

3G Standard (IMT-2000)• IMT-SC* Single Carrier (UWC-136): EDGE

▫ GSM evolution (TDMA); 200 KHz channels; sometimes called “2.75G”

• IMT-MC* Multi Carrier CDMA: CDMA2000▫ Evolution of IS-95 CDMA, i.e. cdmaOne

• IMT-DS* Direct Spread CDMA: W-CDMA▫ New from 3GPP; UTRAN FDD

• IMT-TC** Time Code CDMA▫ New from 3GPP; UTRAN TDD▫ New from China; TD-SCDMA

• IMT-FT** FDMA/TDMA (DECT legacy)

3G/UMTS•Universal Mobile Telecommunication

System (UMTS) distandarisai oleh 3GPP•Teknologi W-CDMA (Wideband Code-

Division Multiple Access)•Peningkatan kecepatan akses sampai 384

kbps dan terus•1920- 1980 Mhz untuk down link, 2120-

2180 Mhz untuk up link•Using Wideband-AMR (Adaptive Multi-rate)

for voice codec makes quality enchancement

3G/CDMA 2000

•Distandarisasi oleh 3GPP2•CDMA2000 1x (IS-2000 and IS-856)•menggunakan 1.25 MHz, •data rates sampai 144 kbps (1X RTT)

CDMA Evolution

3.5G

•UMTS/HSDPA▫3GPP Release 5

•CDMA 1xEV-DO Revision B atau CDMA2000 3x

3.75G

•UMTS/HSUPA/HSPA▫3GPP Release 6

•CDMA 2000 1X EV-DV (Evolution of Data Voice) atau CDMA Release C & D (EV-DV)

•Tahun 2005 Qualcomm menghentikan pemengembangan EV-DV.

GSM, UMTS, IMS and beyond

GSM Architecture – Phase 1

GSM Sub-System•Arsitektur GSM terdiri dari 3 Sub-System

yaitu:1. Mobile Station (MS) atau telepon selular

▫ ME (IMEI) + SIM (IMSI)2. Base Station Sub-System (BSS)

▫ mengontrol hubungan radio (radio link) dengan MS

3. Network Sub-System (NS) atau Network Switching Sub System (NSS)

4. Operation Sub-System (OSS)

BTS

•tranceiver yang mendefinisikan sebuah sel (cell)

•menangani hubungan radio link dengan MS (pemrosesan sinyal, transimi sinyal, encoding dan decoding suara)

•berkomunikasi dengan BSC menggunakan Ater interface

BSC

•mengatur radio resource yang ditangani oleh satu BTS atau lebih (RRM)

•menangani radio-channel setup, frequency hopping, handover antar BSC

MSC

•perangkat dasar switching (call handling)•mengelola logical radio-link channel yang

dibutuhkan saat call terjadi•mengelola signaling protocol antara MSC-

BSS•mengatur inter-BSS atau inter-MSC

handovers•mengumpulkan data untuk charging•sebuah MSC biasanya menagani banyak

BSC

AuC• Menyimpan parameter-parameter untuk otentikasi pelanggan ketika

menggunakan jaringan GSM, yaitu:▫ Authentication Keys (Ki), ▫ Algoritma A3 ▫ Algoritma A8

• Menghasilkan 3 parameter otentikasi▫ Signed Response (SRES), ▫ RAND, ▫ CipherKey (Kc)

• Parameter otentikasi tersebut kemudian di simpannya di VLR

• RAND = 128-bit random yang di-generate oleh AuC• SRES = 32-bit one-way hash dari RAND dan Ki yang dikalkulasi

dengan Algoritma A3• Kc = 64-bit dari RAND dan Ki yang dikalkulasi dengan Algoritma A8

HLR•Menyimpan data pelanggan, secara

permanen diantaranya ▫IMSI, MSISDN▫supplementary service yang digunakan▫pembatasan layanan (service restrictions)▫ informasi tentang layanan teleservices dan

bearer ▫ lokasi terkini dari MS untuk call routing

▫Beberapa data diupdate secara berkala misalnya lokasi subscriber (VLR, Cell ID)

VLR

•VLR menyimpan sementara dari ▫data pelanggan lokal atau pelanggan

roaming (MSISDN, TMSI)▫location area dimana MS teregister▫copy data dari subscriber dari HLR▫data yang digunakan untuk proses

encryption •Men-generate MSRN

GSM Architecture – Phase 2/2+

•Pembagian domain▫SC Domain

▫PS Domain

SGSN (Serving GPRS Support Node)

•Penyimpan sementara data subscriber (seperti VLR)

•Mobility management (attach/detach, location update)

•Otentifikasi, enkripsi•Logical link management, Tunneling•Routing packet (downlink)•Charging/Billing

GGSN

•Penghubung ke external PS networks (internet atau jaringan X.25)

•GTP Tunneling (menambahkan atau menghilangkan GTP dan layer protokol dibawahnya)

Additional Elements

•DNS Servers•WAP Gateway•Boarder Gateway•SMSC•MMSC•RBT Server

UMTS Release 99• Difinalisasi pada tahun 2000• GSM RAN (Radio Access Network) digantikan

UTRAN (UMTS Radio Access Network), yaitu ▫Menggunakan WCDMA sebagai air interface, tapi

juga mendukung GSM/EDGE/GPRS radio-access network.

▫Pita frekuensi (bandwidth) yang lebih lebar▫Macrodiversity, soft handover

• UL/DL konfigurasi RAB yang lebih fleksibel • Dedicated and shared resource usage• Handovers dari/ke GSM

UMTS Release 4• Hampir tidak ada perubahan pada FDD• Diperkenalkan Low ChipRate TDD• Mendukung MMS• Pemisahan antara user-plane (Transport) dan control-

plane pada domain CS. ▫Pemisahan tersebut dilakukan dengan memperkenalkan

arsitektur Mobile Switching Server yaitu menggunakan MGW (Media Gateway) sebagai elemen yang mengatur user-plane dan MSS (Mobile Switching Server) sebagai elemen yang pengotrol MGW.

• Domain CS dapat berbasis IP (tidak lagi harus TDM/ATM)

UMTS R4 Architecture

UMTS Release 5• HSDPA menggunakan

▫ Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ), ▫ link adaptation, ▫ orde modulasi yang lebih tinggi untuk meningkatkan efisiensi

spektral yaitu menggunakan 16QAM▫ Hybrid ARQ▫ Turbo Codes

• Core network mengalami perubahan yaitu adanya arsitektur IMS (IP Multimedia Solution) dengan memperkenalkan jaringan yang berbasis IP dan elemen-elemen fungsional baru yang mendukung VoIP (Voice overIP) yang menggunakan protokol SIP (Session Initiation Protocol).

• IP UTRAN (Layer 2 antara RNC dan GGSN tidak harus berbasis ATM)

UMTS R5/IMS Architecture

UMTS Release 6• HSUPA dengan menggunakan Enhanced

Dedicated Channel (E-DCH) • Multicast and broadcast service menggunakan

Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS)• Extended location based services (LBS), with

built in anonymization• PS streaming service with adaptation to available

network resources (GERAN/GPRS, UTMS, WLAN)• DRM• Charging Management Framework (for extended

payment system)

UMTS Release 7

•Disebut juga HSPA+ atau HSPA Evolved•Orde modulasi yang lebih tinggi (HOMs) •Multi-antenna techniques (MIMO)•Arsitektur RAN: "one tunnels solution"

(OTS), mulai menuju Flat Architecture•Optimasi pada VoIP lewat HSPA

4G

•IMT-Advanced

UMTS Release 8 dan selanjutnya•LTE•LTE-Advanced