Makalah Seminar Kerja Praktek

LAPISAN FISIK PADA TEKNOLOGI LONG TERM EVOLUTION (LTE) DI PT

TELKOM R&D CENTER BANDUNG Oleh : Yusup Rudyanto (L2F007082)

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Abstrak Standard teknologi wireless dituntut harus terus mengalami evolusi menjadi semakin baik, baik dalam

hal penyediaan layanan mobile broadband , kecepatan data dan area akses yang semakin luas. Hal itu dilihat

dari sisi pelanggan, sedangkan dari sisi penyedia jaringan juga perlu desain jaringan yang lebih sederhana

namun dapat bekerja dengan seoptimum mungkin.

Teknologi Long Term Evolution atau sering disebut LTE menjawab persoalan tersebut. Sejauh ini

teknologi yang banyak dikenal orang 3G atau 3,5G (HSDPA). LTE ini dianggap yang paling siap menuju 4G,

meskipun standarnya belum memenuhi standar 4G, sehingga sering disebut 3,9G. LTE dengan arsitektur

jaringan yang lebih sederhana serta radio akses yang digunakan adalah OFDM pada arah downlink dan Single

Carrier FDMA (SC-FDMA) pada arah uplink, memunginkan laju data sebesar 100Mbps (downlink) dan

50Mbps (uplink) dengan spectrum bandwidth 20 MHz. dalam laporan ini akan lebih focus membahas mengenai

layer fisik pada LTE dimana didalamnya menjelaskan skema multiple access yang digunakan baik untuk

downlink maupun uplink.

Kata Kunci : LTE, OFDM, SC-FDMA, Lapisan fisik

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Standard teknologi wireless dituntut

harus terus mengalami evolusi menjadi

semakin baik, baik dalam hal penyediaan

layanan mobile broadband , kecepatan data

dan area akses yang semakin luas. Hal itu

dilihat dari sisi pelanggan, sedangkan dari

sisi penyedia jaringan juga perlu desain

jaringan yang lebih sederhana namun dapat

bekerja dengan seoptimum mungkin.

Teknologi Long Term Evolution

atau sering disebut LTE menjawab persoalan

tersebut. Sejauh ini teknologi yang banyak

dikenal orang 3G atau 3,5G (HSDPA). LTE

ini dianggap yang paling siap menuju 4G

dibanding kedua kandidat lainnya yaitu

UMB (CDMA) dan Wimax II (Wimax).

LTE bukan merupakan standard, tetapi

sebuah proyek yang ditargetkan untuk

menghasilkan perkembangan baru dari

spesifikasi 3rd Generation Partnership

Project (3GPP) Release 8 (Rel-8).

Dinamakan Long Term Evolution karena

LTE merupakan evolusi dari spesifikasi

teknologi wireless sebelum-sebelumnya

(GSM/EDGE, WCDMA, dan HSPA).

Evolusi yang terdapat pada LTE

dibandingkan standard - standard

sebelumnya meliputi 3 hal utama, yaitu air

interface, jaringan radio serta jaringan core.

Layanan LTE pertama di dunia dibuka oleh

TeliaSonera di dua kota Skandinavia yaitu

Stockholm dan Oslo pada 14 Desember 2009

lalu.

Salah satu perubahan pada LTE

dibanding teknologi sebelumnya adalah pada

lapisan fisiknya, khususnya dalam teknik

modulasi dan skema akses jamak. LTE

menerapkan teknik Orthogonal Frequency-

Division Multiple Access (OFDMA) untuk

downlink sedangkan untuk uplink

menggunakan Single-Carrier Frequency-

Division Multiple Access (SC-FDMA). Di

dalam makalah ini akan dibahas mengenai

prinsip kerja kedua skema multiple acces

tersebut,

1.2 Tujuan

Hal-hal yang menjadi tujuan penulisan

laporan kerja praktek ini adalah :

1. Mempelajari sistem telekomunikasi LTE.

2. Mempelajari skema multipe acces yang

digunakan dalam LTE

3. Mengetahui trial LTE yang dilakukan di

Telkom R&D Center Bandung.

1.3 Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil oleh penulis

pada penulisan laporan kerja praktek ini hanya

mengenai skema multiple access untuk

downlink dan uplink yang digunakan pada

LTE. Tidak membahas mengenai arsitektur

jaringan LTE ataupun spesifikasi LTE secara

keseluruhan secara rinci.

II. DASAR TEORI

LTE adalah satu set perangkat

tambahan Universal Mobile

Telecommunications System (UMTS) yang

diperkenalkan oleh 3rd Generation

Partnership Project (3GPP) Release 8. LTE

yang sering disebut juga SAE (System

Architecture Evolution) ini merupakan

langkah menuju generasi ke-4 (4G) dari

teknologi radio yang dirancang untuk

meningkatkan kapasitas dan kecepatan

jaringan sistem komunikasi bergerak.

Evolusi dari GSM hingga menuju 4G yang

telah dirancang oleh 3GPP dapat dilihat pada

gambar berikut :

Gambar 2.1 Evolusi GSM

Terdapat 3 kandidat teknologi yang

mengarah ke 4G yaitu LTE, WIMAX dan

UMB. Tetapi dari ketiga kandidat tersebut

LTE yang dianggap paling siap menuju 4G.

2.1 Arsitektur Jaringan LTE

Arsitektur jaringan LTE secara

umum lebih sederhana disbanding dengan

teknologi sebelumnya ( GSM/ UMTS). LTE

memiliki Radio Access Network sendiri yang

bernama E-UTRAN. Jaringan intinya

disebut Evolved Packet Core (EPC). EPC

bersifat all-IP dan mudah berinterkoneksi

dengan jaringan IP lainnya, termasuk WiFi,

WiMAX, dan XDSL. Untuk

menghubungkan UE (pengguna) dengan E-

UTRAN digunakan eNB (e-NodeB). Pada

GSM eNB ini analogi dengan NodeB atau

BTS, namun pada eNB terdapat penambahan

fungsi dimana beberapa fungsi BSC juga

dilakukan oleh eNB tersebut.

Jaringan LTE mampu

mentransformasi pengalaman pengguna

telekomunikasi, memperbarui layanan

mobile broadband ke tingkatan baru

sehingga kegiatan mobile seperti browsing

internet, mengirim email, video sharing,

download musik, serta aplikasi-aplikasi lain

akan sangat mudah diakses tanpa ada

intervensi atau keterlambatan.

2.2 Persyaratan LTE

Dalam rangka memenuhi persyaratan

dari IMT Advanced tentang 4G, maka LTE

mempunyai beberapa persyaratan sebagai

berikut :

Bandwidth yang terskala

E-UTRA dapat beroperasi pada

alokasi bandwidth yang berbeda-beda,

yaitu 1.25 MHz, 2.5 MHz, 5 MHz, 10

MHz, 15 MHz, dan 20 MHz baik pada

uplink maupun downlink.

Puncak laju data sebesar 100 Mbps untuk

downlink, dan 50 Mbps untuk uplink

dengan alokasi spektrum bandwidth 20

Mhz.

Mencapai 200 pengguna aktif dalam 1 sel

(5 MHz)

User-plane latency kurang dari 5 ms

Pilihan spektrum frekuensi yang dapat

disesuaikan dengan jaringan saat ini yaitu

band GSM, CDMA, UMTS (450,700, 850,

900, 1700, 1800, 1900, 2100, 2500MHz)

Mendukung baik untuk operasi FDD

(Frequency Division Duplex) maupun

TDD (Time Division Duplex)

Antena MIMO sudah terstandardisasi

sehingga secara umum dapat

meningkatkan pesat data sektoral.

2.3 Motivasi dikembangkannya LTE

Perlu untuk menjamin kesinambungan

daya saing dari sistem 3G di masa depan.

Permintaan pengguna untuk kecepatan

data dan QoS yang lebih tinggi.

Sistem packet switch dioptimalkan.

Mengurangi biaya CAPEX (Capital

expenditure) dan OPEX (Operating

expenditure ).

Rendah kompleksitas.

Menghindari fragmentasi teknologi yang

tidak seharusnya dilakukan baik untuk

operasi band berpasangan (FDD) maupun

tidak berpasangan (TDD).

III. SKEMA MULTIPLE ACCESS

3.1 Definisi Multiple Access

Multiple access adalah suatu teknik yang

memungkinkan suatu titik (Base Station)

untuk dapat diakses oleh beberapa titik yang

saling berjauhan (Subscriber Station) dengan

tidak saling mengganggu. Di dalam eNB

terdapat beberapa lapisan, dimana lapisan

terbawahnya disebut lapisan fisik. Lapisan

ini mengatur multiple access yang

digunakan baik untuk downlink (mengirim

data dari jaringan ke UE) maupun uplink

(mengirim data dari UE ke jaringan).

LTE menerapkan teknik Orthogonal

Frequency Division Multiple Access

(OFDMA) untuk downlink sedangkan untuk

uplink menggunakan Single-Carrier

Frequency-Division Multiple Access (SC-

FDMA).

3.2 OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency

Division Multiplexing) adalah sebuah teknik

transmisi yang menggunakan beberapa buah

frekuensi (multicarrier) yang saling tegak

lurus (orthogonal). Masing-masing

subcarrier tersebut dimodulasikan dengan

teknik modulasi konvensional pada rasio

simbol yang rendah. Prinsip kerja dari

OFDM dapat dijelaskan melalui gambar

blok diagram berikut :

Gambar 3.1 Blok diagram OFDM

Dari gambar 3.1 di atas dapat

dijelaskan secara rinci proses dari OFDM

baik pada pengirim maupun penerima.

Pengirim OFDM

Diagram blok pengirim OFDM dapat

dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 3.2 Diagram Blok Transmitter OFDM

Dari gambar 3.2 dapat dilihat

diagram blok pengirim OFDM terdiri dari

blok-blok serial to paralel, modulator, IFFT

dan paralel to serial. Deretan data yang akan

ditransmisikan (data in) yaitu deretan bit-bit

serial dikonversikan ke dalam bentuk paralel

oleh Serial to Paralel Converter, sehingga

bila bit rate semula adalah R maka bit rate

ditiap jalur paralel adalah R/N dimana N

adalah jumlah jalur paralel atau jumlah

subcarrier. Prinsip konversi bit serial ke

paralel ditunjukkan pada Gambar 3.3

Gambar 3.3Konversi Bit Serial ke Paralel

Kemudian ke-N bit paralel ini

(X[0], X[1], ..., X[N-1]) dimodulasikan

pada tiap-tiap subcarrier yang berbeda

dimana setiap subcarrier dipisahkan sejauh

Δf. Modulasi ini bisa berupa BPSK, QPSK,

QAM atau yang lain secara adaptif. Blok

diagram Modulator dapat dilihat pada

Gambar 3.4 di bawah ini :

Gambar 3.4 Proses modulasi

Sinyal hasil modulasi tersebut secara

matematika dapat ditulis sebagai:

Sinyal OFDM hasil modulasi

kemudian dialirkan ke dalam Inverse Fast

Fourier Transform (IFFT) untuk mengubah

sinyal dari domain frekuensi ke dalam sinyal

MODULATOR

domain waktu dengan cara mencuplik

sinyal x(t) dengan laju Tss/N. Penggunaan

IFFT ini memungkinkan pengalokasian

frekuensi yang saling tegak lurus

(orthogonal). Proses IFFT ditunjukkan

pada Gambar 3.5

Gambar 3.5 Proses IFFT

Sinyal keluaran IFFT disebut symbol

OFDM dan dapat dinyatakan sebagai:

Sinyal OFDM yang telah

diaplikasikan ke dalam IFFT ini kemudian

dikonversikan lagi ke dalam bentuk serial.

Setelah disisipi cyclic prefix dengan cara

menyalin bagian akhir simbol sepanjang

periode CP yang digunakan dan

menempatkannya pada awal simbol, baru

data dikirim.

Penerima OFDM

Setelah melalui kanal maka sinyal

informasi tadi diterima oleh penerima.

Berikut gambar blok diagram penerima

OFDM :

Gambar 3.6 Diagram Blok Receiver OFDM

Gambar 3.6 menunjukkan blok

diagram penerima yang terdiri dari blok-

blok serial to paralel, FFT, demodulasi,

dan Paralel to Serial.

Di penerima terjadi proses

kebalikan dari proses yang ada di

pengirim. Sinyal yang telah dialirkan ke

dalam FFT kemudian didemodulasikan

dan dikonversi lagi ke dalam bentuk serial

oleh Paralel to Serial Converter dan

akhirnya kembali menjadi bentuk data

informasi. Dengan sistem OFDM ini

throughput dari kanal yang diberikan dapat

ditingkatkan tanpa harus meningkatkan

bandwidth.

3.2.1 Kelebihan OFDM

Beberapa kelebihan OFDM diantaranya:

Efisien dalam pemakaian bandwidth

OFDM adalah salah satu jenis

dari multicarrier (FDM), tetapi memiliki

efisensi pemakaian frekuensi yang jauh

lebih baik. Pada OFDM overlap antar

frekuensi yang bersebelahan

diperbolehkan, karena masing-masing

sudah saling orthogonal, sedangkan pada

sistem multicarrier konvensional untuk

mencegah interferensi antar frekuensi

yang bersebelahan perlu diselipkan

frekuensi penghalang (guard band),

dimana hal ini memiliki efek samping

berupa menurunnya kecepatan transmisi

bila dibandingkan dengan sistem single

carrier dengan lebar spektrum yang

sama.

Selain itu pada multicarrier

konvensional juga diperlukan band pass

filter sebanyak frekuensi yang

digunakan, sedangkan pada OFDM

cukup menggunakan FFT saja.

Perbandingan transmisi single carrier,

multicarrier konvensional dan OFDM

dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 3.7 Perbandingan single carrier,

multicarrier dan OFDM

Kuat menghadapi frequency selective

fading

Dengan menggunakan teknologi

OFDM, meskipun jalur komunikasi yang

digunakan memiliki karakteristik

frequency selective fading (dimana

bandwidth channel lebih sempit daripada

bandwidth transmisi sehingga

mengakibatkan pelemahan daya

terima secara tidak seragam pada

beberapa frekuensi tertentu), tetapi

tiap subcarrier dari sistem OFDM

hanya mengalami flat fading

(pelemahan daya terima secara

seragam). Pelemahan yang disebabkan

oleh flat fading ini lebih mudah

dikendalikan, sehingga performansi

dari sistem mudah untuk ditingkatkan.

Teknologi OFDM bisa mengubah

frequency selective fading menjadi flat

fading, karena transmisi menggunakan

subcarrier dengan jumlah yang sangat

banyak, sehingga kecepatan transmisi

di tiap subcarrier sangat rendah dan

bandwidth dari tiap subcarrier sangat

sempit, lebih sempit daripada

coherence bandwidth (lebar daripada

bandwidth yang memiliki karakteristik

yang relatif sama). Dengan demikian

masing-masing subcarrier hanya

terkena flat fading. Perubahan dari

frequency selective fading menjadi flat

fading bisa diilustrasikan seperti

gambar berikut :

Gambar 3.8 Frequency selective fading

Tidak sensitif terhadap sinyal tunda

Dengan rendahnya kecepatan

transmisi di tiap subcarrier berarti

periode simbolnya menjadi lebih

panjang sehingga kesensitifan sistem

terhadap delay spread (penyebaran

sinyal-sinyal yang datang terlambat)

menjadi relatif berkurang.

Tahan terhadap ISI dan fading yang

disebabkan oleh perambatan jalur

jamak.

Untuk memudahkan proses

demodulasi pada bagian FFT di

receiver, tiap-tiap subkanal OFDM

haruslah terjaga orthogonalitasnya.

Tetapi akibat respon kanal yang buruk,

akan terjadi distorsi linear yang

menyebabkan energi pada tiap-tiap

subkanal menyebar ke subkanal di

sekitarnya. Delay spread menyebabkan

waktu kedatangan sinyal bervariasi. Hal-

hal ini lah yang menyebabkan terjadinya

inter symbol interference (ISI). ISI pada sistem OFDM dapat

dihilangkan dengan menyisipkan guard

interval atau yang sering dikenal dengan

cyclic prefic (CP). Caranya dengan

menyalin bagian akhir simbol sepanjang

periode CP yang digunakan dan

menempatkannya pada awal simbol.

Dengan memberikan CP, maka

interferensi simbol hanya terjadi pada

sisi cyclic prefix-nya saja. Efek tersebut

dapat dihilangkan saat dilakukan

sinkronisasi waktu pada windowing fft,

dengan cara membuang bagian CP yang

mengalami interferensi.

Mudah beradaptasi dengan kondisi kanal

yang buruk (tanpa complex

equalization).

Implementasi menggunakan FFT lebih

efisien.

Rendah sensitivitas terhadap noise DC.

Efisien dalam pengolahan MIMO.

3.2.2 Kekurangan OFDM

Sensitif terhadap masalah efek Doppler

dan sinkronisasi frekuensi. Diantara kelebihan diatas sistem

OFDM memiliki sensitivitas pada error

frekuensi yang diakibatkan oleh

perbedaan frekuensi yang diterima

dengan osilator lokal pada penerima.

Perbedaan ini diakibatkan oleh adanya

pergeseran pada frekuensi akibat efek

pergerakan atau efek Doppler dan

pengaruh intercarrier interferency (ICI)

antar subcarrier. Fenomena ini disebut

dengan frequency offset.

Rentan terkontaminasi distorsi nonlinear

Teknologi OFDM adalah sebuah

sistem modulasi yang menggunakan

multi-frekuensi dan multi-amplitudo,

sehingga sistem ini mudah

terkontaminasi oleh distorsi nonlinear

yang terjadi pada amplifier dari daya

transmisi.

Kerugian laju data dan kerugian daya

akibat CP (Cyclic Prefix).

Memiliki PAPR yang tinggi, sehingga

membutuhkan power amplifier dengan

linearitas yang tinggi pula.

3.2.3 PAPR (Peak to Average Ratio)

PAPR adalah perbandingan antara

daya puncak sinyal dengan daya rata-

ratanya. PAPR dapat terjadi sebagai hasil

superposisi dari dua atau lebih subcarrier

sehingga menghasilkan nilai puncak sinyal

yang sangat besar. Hal ini biasanya

disebabkan oleh modulasi masing-masing

subcarrier yang dilakukan dengan

frekuensi yang berbeda sehingga

menyebabkan beberapa subcarrier

mempunyai fasa koheren yang pada

akhirnya akan muncul amplitudo dengan

level yang jauh lebih besar dari daya

sinyalnya. Hal itu dapat digambarkan

sebagai berikut :

Gambar 3.9 Keluaran IFFT pada OFDM

Nilai PAPR yang besar akan

menyebabkan sistem membutuhkan

komponen sistem yang memiliki daerah

linear yang besar untuk mengakomodasi

amplitudo sinyal. Sedangkan Power

amplifier (PA) merupakan salah satu

komponen sistem yang tidak linear.

PA yang tidak linear akan

menyebabkan distorsi yang sifatnya non-

linear sehingga akan muncul

intermodulasi, yaitu frekuensi baru pada

sinyal yang akan ditansmisikan.

Intermodulasi menyebabkan terjadinya

interferensi diantara subcarrier dan

menyebabkan terjadinya pelebaran spektal

dari sinyal keseluruhan. Gejala

intermodulasi dapat dikenali dengan

munculnya inter carrier interferences

(ICI) dan adjacent channel interference

(ACI).

Secara matematis nilai PAPR dapat

dirumuskan :

PAPR = = N

atau PAPR(dB) = 10log (N).

dimana N : jumlah subcarrier.

Dari persamaan diatas dapat

disimpulkan bahwa nilai PAPR pada sistem

OFDM bersifat linear dengan jumlah

subcarrier-nya. Saat N sinyal ditambahkan

dengan fasa yang sama, sinyal tersebut akan

menghasilkan nilai puncak yang besarnya N

kali dari daya rata-ratanya, sehingga nilai

PAPR akan bertambah besar jika jumlah N

diperbesar.

3.3 OFDMA

Orthogonal Frequency-Division

Multiple Access (OFDMA) adalah sistem

komunikasi wireless yang menggabungkan

teknik OFDM dan teknik multiakses untuk

menyedikan layanan banyak pengguna.

OFDMA merupakan kombinasi

antara OFDM dan FDMA (Frequency Divison

Multiple Access) yang melayani beberapa

pengguna dengan mengalokasikannya pada

subcarrier. Pada dasarnya, ide di balik

OFDMA adalah dengan memisahkan satu

pesat data yang tinggi ke dalam beberapa pesat

data rendah dan mentransmisikannya secara

paralel. OFDMA memungkinkan beberapa UE

(User Equipment) untuk berbagi bandwidth

yang sama. Ini dapat dilakukan dengan

menentukan beberapa subcarrier untuk

diberikan kepada beberapa UE sehingga

memungkinkan beberapa pesat aliran data

yang rendah untuk UE yang berbeda pada saat

yang sama.

Perbedaan antara OFDM dengan

OFDMA adalah OFDM bukanlah sebuah

teknik askes jamak melainkan suatu teknik

modulasi yang menciptakan banyak aliran data

supaya dapat digunakan oleh pengguna yang

berbeda, sedangkan OFDMA merupakan

skema akses jamak yang memungkinkan

banyak pengguna berbagi dalam bandwidth

yang sama.

Selain itu, OFDM mengalokasikan

pengguna hanya pada ranah waktu sedangkan

OFDMA mengalokasikan pengguna pada

ranah waktu dan frekuensi. Ilustrasi mengenai

perbedaan keduanya dapat dilihat pada gambar

berikut :

Gamabar 3.10 Perbedaan OFDM dan OFDMA

Dari gambar di atas dapat dilihat

bahwa OFDM pada periode waktu tertentu

hanya dapat melayani 1 pengguna. Data

yang dikirim tetap dibagi ke dalam banyak

subcarrier seperti halnya prinsip OFDM.

Berbeda dengan OFDMA, pada periode

waktu tertentu kanal dapat melayani

beberapa pengguna, sebab pengguna

dialokasikan ke dalam beberapa slot dan

data yang dikirim dibagi ke dalam banyak

subcarrier secara terdistribusi atau acak.

3.4 Downlink Resource Block

Sinyal yang ditransmisikan dalam

setiap slot digambarkan oleh sebuah

resource grid yang terdiri dari RBsc

DLRB NN

subcarrier dan DLsymbN simbol OFDM.

Jumlah DL

RBN bergantung pada bandwidth

transmisi downlink yang digunakan dimana

harus memenuhi :

DLmax,

RBDLRB

DLmin,RB NNN

dimana 6DLmin,

RBN dan 110DLmax,

RBN

yang terdukung oleh spesifikasi versi ini.

Jumlah simbol OFDM tergantung

pada panjang cyclic prefic dan jarak

subcarrier yang dapat dilihat pada tabel

sebagai berikut : Tabel 3.1 Parameter resource block untuk

downlink

Configuration RBscN

DLsymbN

Normal cyclic

prefix kHz 15f

12 7

Extended cyclic

prefix

kHz 15f 6

kHz 5.7f 24 3

Untuk LTE, jarak frekuensi antar

subcarrier standar adalah 15 KHz. Alternatif

lain adalah 7,5 KHz yang akan

diimplementasikan pada rilis berikutnya untuk

aplikasi broadcast seperti mobile TV. Untuk

lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut :

Gambar 3.11 Tipe cyclic prefix

Setiap elemen dalam resource grid

disebut resource element dan khas dengan

diberi indeks (k,l) dalam suatu slot, dimana

1,...,0 RBsc

DLRB NNk dan 1,...,0 DL

symbNl .

Resource block digunakan untuk

mendeskripsikan pemetaan dari kanal fisik

tertentu ke resource element. Gambar berikut

menjelaskan struktur frame pada transmisi

downlink :

DLsymbN OFDM symbols

One downlink slot slotT

0l 1DLsymbNl

RB

scD

LR

BN

Nsu

bca

rrie

r

s

RB

scN

sub

carr

ier

s

RBsc

DLsymb NN

Resource

block resource

elements

Resource

element),( lk

0k

1RBsc

DLRB NNk

Gambar 3.12 Downlink resource grid

Dari gambar di atas dapat dilihat

bahwa setiap resource block (RB) terdiri dari

12 subcarrier (dalam domain frekuensi) dan 7

simbol OFDM (dalam domain waktu) jika

menggunakan cyclic prefix normal. Bandwidth

subcarrier dalam domain frekuensi adalah 15

KHz, sehingga bandwidth satu physical

resource block (PRB) adalah 180 KHz.

Struktur frame di atas menggunakan

struktur frame tipe 1 yaitu untuk operasi

band berpasangan (FDD), dimana transmisi

downlink dan uplink beroperasi pada

frekuensi yang berbeda. Gambar di atas

mengasumsikan semua subframe digunakan

untuk downlink. Jika spektrum bandwidth

yang digunakan misalnya 1,25 MHz, maka

dalam 1 resource block terdapat 72

subcarrier.

LTE juga mendukung untuk operasi

TDD. Untuk TDD, struktur dasar Resource

block dan Resource element tetap sama,

tetapi dalam satu PRB sebagian subframe

digunakan untuk downlink dan sisanya

digunakan untuk uplink atau sebagai special

frame (untuk beralih antara transmisi uplink

dan downlink).

3.5 SC-FDMA

Single Carrier Frequency Division

Multiple Access (SC-FDMA) adalah suatu

teknik multiple access baru yang akan

digunakan untuk uplink pada LTE. SC-

FDMA merupakan versi pengguna jamak

dari modulasi Single Carrier dengan

Frequency Domain Equalization (SC/FDE).

Teknik ini dapat pula dikatakan sebagai

pengembangan dari OFDMA yang telah ada

sebelumnya.

SC-FDMA mempunyai struktur dan

performa yang mirip dengan OFDM, hanya

saja pada teknik ini terdapat penambahan

proses DFT (Discrete Fourier Transform)

pada transmitter. Berbeda dengan OFDM,

pada SC-FDMA ini setiap simbol data

disebar di beberapa subcarrier, sehingga

disebut juga DFT-spread OFDM.

Secara rinci proses transmisi SC-

FDMA dapat dilihat sebagai berikut:

Gambar 3.13 Diagram blok SC-FDMA

Dari diagram blok di atas dapat

dijelaskan proses dari tiap blok sebagai berikut

:

Pengirim

Constellation Mapper : mengubah aliran

input bit menjadi simbol single carrier

(modulasi BPSK, QPSK, atau 16-QAM

berdasarkan keadaan kanal).

S/P Convert : mengelompokan simbol-

simbol single carrier (time domain) ke

dalam sebuah blok berisi M simbol

untuk dijadikan input FFT, biasanya 4

simbol.

M-point DFT : mengubah blok simbol

single carrier (time domain) menjadi

tone diskrit (domain frekuensi).

Sub-carrier Mapping : memetakan

output tone ke dalam N-subcarrier,

dimana N>M (ada 2 skema mapping).

N-Point IDFT : mengubah kembali ke

domain waktu.

Cyclic Prefix & Pulse Shaping :

penyisipan cyclic prefix melindungi

terhadap multipath fading, Pulse

Shaping mencegah pertambahan

spectrum.

RFE (Receiver Front-End.) / DAC :

mengubah sinyal digital menjadi sinyal

analog untuk ditransmisikan.

Penerima

Menghilangkan CP, mengubah kembali

ke domain frekuensi dengan N-point

DFT.

Dilakukan equalization untuk mengatasi

ISI maupun error.

Sinyal tone diskrit ditransformasi

menjadi blok simbol single carrier

dalam domain waktu menggunakan M-

point IDFT.

Dilakukan deteksi dan decoding hingga

menjadi aliran bit informasi kembali.

3.5.1 Jenis Mapping pada SC-FDMA

Pada sisi pengirim, setelah

dilakukan proses DFT dihasilkan sinyal tone

diskrit dalam domain frekuensi. Setelah itu

sinyal tersebut dipetakan dengan teknik

tertentu. Ada 2 tipe pemetaan subcarrier

yaitu Localized SC-FDMA and Distributed

SC-FDMA (Interleaved).

4.2.1.1 Localized SC-FDMA

Pada jenis mapping ini, sinyal

sample dalam domain frekuensi dipetakan

kedalam beberapa subcarrier secara

mengelompok atau terlokalisasi.

4.2.1.2 Distributed SC-FDMA /

Interleaved SC-FDMA

Pada jenis mapping ini, sinyal

sample dalam domain frekuensi dipetakan

kedalam beberapa subcarrier secara

terdistribusi atau menyebar. Jenis ini

menawarkan peningkatan frequency

diversity seperti halnya OFDM, sehingga

jenis ini memiliki keunggulan tahan

terhadap frequency selective fading. Selain

itu, distributed SC-FDMA juga

mengurangi PAPR lebih besar dibanding

tipe localized. Namun demikian, dalam

teknologi LTE ini lebih disukai

menggunakan tipe localized SC-FDMA

karena lebih sederhana dan terhindar dari

ISI maupun frekuensi offset.

Untuk lebih mudah mengetahui

perbedaan Localized dan Distributed SC-

FDMA kita lihat contoh gambar di bawah

ini :

Gambar 3.14 Perbedaan Localized dan

Distributed SC-FDMA

Gambar di atas menunjukan proses

mapping subcarrier SC-FDMA dimana

misal terdapat 3 pengguna berbagi dalam

12 subcarrier dengan masing-masing

memiliki 4 blok data simbol yang akan

ditransmisikan pada saat bersamaan.

Gambar mapping di atas adalah untuk

pengguna1, sedangkan untuk pengguna 2

dan 3 polanya sama seperti pengguna 1.

Keluaran dari proses DFT dari data

blok adalah 4 sample dalam domain

frekuensi yang akan dipetakan ke dalam 12

subcarrier. Jika menggunakan localized SC-

FDMA, keempat sample tersebut dipetakan

mengelompok pada f1, f2, f3 dan f4.

Sedangkan pada pemetaan distributed SC-

FDMA, sampel-sampel tersebut disebar ke

ke-12 subcarrier tersebut, yaitu pada f1, f4,

f7 dan f10. Jadi gambaran mapping untuk

ketiga pengguna dapat dilihat pada gambar

berikut:

Gambar 3.15 Mapping SC-FDMA

3.5.2 Kelebihan SC-FDMA

Dengan metode SC-FDMA ini

masalah tingginya PAPR yang dialami oleh

OFDMA dapat diatasi. Dengan adanya

proses DFT pada transmitter SC-FDMA

maka data symbol yang akan dikirm disebar

di beberapa subcarrier, sehingga dapat kita

pandang sebagai single carrier. Rasio

perbandingan jumlah subcarrier OFDMA

dan SC-FDMA umumnya adalah 4:1. PAPR

berbanding lurus dengan banyaknya

subcarrier. Itulah sebabnya dengan SC-

FDMA ini nilai PAPR dapat direduksi.

Alasan mengapa pada transmisi uplink

sangat disyaratkan PAPR yang rendah,

karena jika pada transmisi uplink sinyal yang

ditransmisikan PAPR-nya tinggi akan

mengakibatkan borosnya baterai pada

pengguna (UE). Hal itu perlu dihindari

supaya tidak merugikan pengguna.

Konsumsi daya besar pada transmitter untuk

downlink, yaitu jaringan LTE sendiri tidak

terlalu dipermasalahkan, sebab jaringan

mendapat catu daya dari PLN dan sifatnya

tetap atau tidak mobile. Sedangkan pengguna

umumnya mobile atau bergerak sehingga

konsumsi daya yang besar akan merugikan.

3.5.3 Perbandingan SC-FDMA dengan

OFDM

Pada OFDM, setiap data simbol

dibawa oleh 1 subcarrier, sedangkan pada SC-

FDMA beberapa subcarrier membawa tiap

data simbol.

Gambar 3.16 Perbedaan OFDM dan SC-FDMA

Dari gambar di atas dapat dilihat

bahwa pada SC-FDMA setiap data simbol

disebar ke banyak subcarrier dan

ditransmisikan secara berurutan. Selain itu

perbedaan mendasar antara OFDM dan SC-

FDMA adalah adanya proses DFT pada

transmitter SC-FDMA. oleh karena itu , SC-

FDMA sering disebut juga DFT-spread-

OFDM.

Gambar 3.17 Ilustrasi perbedaan OFDMA dan

SC-FDMA

Dari gambar 4.23 dapat dilihat,

dengan modulasi QPSK maka setiap data

simbol diwakili 2 bit (00, 01, 10, 11). Pada

OFDMA terlihat bahwa aliran data dibagi ke

dalam empat buah subcarrier dengan

menempati bandwidth selebar 15 KHz untuk

satu periode simbol, kemudian

ditransmisikan secara paralel dalam satu

waktu. Sedangkan pada SC-FDMA data

dikirimkan dalam empat buah subcarrier

juga, hanya saja ditransmisikan secara

sekuensial, dengan menempati bandwidth 60

KHz untuk N periode simbol SC-FDMA,

dimana N di sini adalah 4.

3.6 Uplink Resource Block

Secara umum struktur frame

physical resource block untuk uplink sama

seperti pada downlink. Dimana dalam satu

slot pada resource grid terdiri dari RBsc

ULRB NN

subcarrier dan ULsymbN simbol SC-FDMA.

Jadi suatu PRB terdiri dari RBsc

ULsymb NN

resource element, dimana 1 slot sepanjang 10

ms dalam domain waktu dan 180 KHz dalam

domain frekuensi.

Konfigurasi resource block

berdasarkan panjang cyclic prefix dapat dilihat

pada tabel dibawah ini :

Tabel 3.2 Parameter resource block uplink

Configuration RBscN

ULsymbN

Normal cyclic prefix 12 7

Extended cyclic prefix 12 6

Dalam satu PRB terdapat 12

subcarrier dalam domain frekuensi dan 7

simbol SC-FDMA dalam domain waktu untuk

cyclic prefix normal. Struktur frame yang

digunakan untuk konfigurasi di atas adalah tipe

1 yaitu untuk FDD.

Sehingga parameter dalam lapisan

fisik LTE dapat dilihat pada table berikut :

Tabel 3.3 Parameter lapisan fisik LTE

Transmissi

on Bw

1.25

Mhz

2.5

Mhz

5

Mhz

10

Mhz

15

Mhz

20

Mhz

Sub-frame

duration 0.5 ms

Subcarrier

spacing 15 Khz

Sampling

frequency

1.92

Mhz

3.84

Mhz

7.68

Mhz

15.36

Mhz

23.04

Mhz

30.72

Mhz

FFT size 128 256 512 1024 1536 2048

Number of

occupied

sub-

carriers

72 180 300 600 900 1200

Number of

OFDM

symbol per

sub-frame

(short/long

CP)

7 / 6

Resource

blocks

(RB)

(1RB=

180Khz)

6 15 25 50 75 100

Modulatio

n schemes

DL : QPSK , 16QAM, 64QAM

UL : QPSK , 16QAM, 64QAM (optional for UE)

Multiple

access

DL : OFDMA

UL : SC-FDMA

IV. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

1. Salah satu perubahan yang terjadi pada

LTE dibanding teknologi sebelumnya

adalah pada lapisan fisik, terutama

teknik modulasi dan skema multiple

access.

2. LTE menggunakan OFDMA sebagai

multiple access downlink dengan laju

data 100 Mbps (20 MHz) dan SC-

FDMA sebagai multiple access pada

uplink dengan laju data 50 Mbps (20

MHz).

3. Kelemahan utama OFDMA adalah

tingginya PAPR yang disebabkan karena

menggunakan multi-carrier.

4. PAPR berbanding lurus dengan

banyaknya jumlah subcarrier, semakin

besar jumlah subcarrier maka semakin

besar pula PAPR.

5. Untuk uplink digunakan SC-FDMA

yang memiliki PAPR rendah supaya

konsumsi baterai UE dan desain power

amplifier lebih hemat.

4.2 Saran

1. Sebaiknya jika dapat direalisasikan

dengan lebih sederhana, mapping pada

SC-FDMA lebih baik menggunakan

Interleaved SC-FDMA, sebab dapat

mengurangi PAPR lebih banyak dan

lebih tahan terhadap fading.

2. Selain SC-FDMA, terdapat alternatif

lain yaitu MC-CDMA (Multi Carrier-

Code Division Multiple Access) yang

dapat digunakan sebagai akses jamak

pada uplink.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Zyren, J. Overview of the 3GPP Long

Term Evolution Physical Layer.

http://www.freescale.com/files/wireles

s_comm/doc/white_paper/3GPPEVOL

UTIONWP.pdf

[2] Johan.2008. PERBANDINGAN BIT

RATE ANTARA OFDM-TDMA

DENGAN OFDMA PADA

TEKNOLOGI WIMAX, Tugas Akhir.

Sumatera Utara : Departemen Teknik

Elektro Universitas Sumatera Utara.

[3] Sesia, S.,dkk. 2009. The UMTS Long

Term Evolution. United Kingdom:

John Wiley & Sons Ltd.

[4] Dahlman, E.,dkk. 2008. 3G Evolution :

HSPA AND LTE FOR MOBILE

BROADBAND 2nd

edition. Oxford :

Elsevier Ltd.

[5] 3GPP TS 36.211 – v1.0.0, “Physical

Channels and Modulation”.

http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/3

6%5Fseries/36.211/

[6] OFDMA_Tutorial_IEEE802-22_Jan_05,

http://www.ieee802.org/22/Meeting_doc

uments/2005_Jan/, (diakses tanggal 8

Desember 2010)

[7] http://www.cs.tau.ac.il/~amir1/PS/scfdm

a_article1.pdf, (diakses tanggal 5

Agustus 2010)

Biodata Penulis

Yusup Rudyanto

(L2F007082) lahir di

Pekalongan, 17 Mei

1989. Menempuh

pendidikan dari SDN

Doro 1, SMP N 2

Pekalongan, SMA N 1

Pekalongan dan saat

ini melanjutkan studi

di Jurusan Teknik Elektro Universitas

Diponegoro Konsentrasi Elektronika

Telekomunikasi.

Menyetujui,

Dosen Pembimbing

Ajub Ajulian Zahra, S.T., M.T.

NIP. 197107191998022001