Sekilas mengenai Teknologi WiMAX

Oleh : Uke Kurniawan Usman (uku@ittelkom.ac.id)

WiMAX merupakan singkatan Worldwide Interoperability for Microwave Access. Ini

merupakan salah satu bentuk teknologi nirkabel yang sedang menjadi pusat perhatian operator

telekomunikasi, pebisnis maupun pengguna internet di dunia. WiMAX hadir sebagai solusi

keterbatasan akses pada Wi-Fi yang notabene memang dirancang untuk pemakaian dalam ruang.

Teknologi yang menggunakan OFDM ini mampu memberikan layanan data berkecepatan hingga 70

Mbps dalam radius 50 km. Radius yang cukup untuk menjadikan WiMAX sebagai jaringan

telekomunikasi broadband menggantikan teknologi fixedline.

Dengan teknologi WiMAX, impian akan layanan informasi data yang murah dengan

kecepatan tinggi akan segera terwujud murah meriah dengan kualitas yang jauh lebih baik.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.

Baru-baru ini WiMAX juga maju selangkah meninggalkan teknologi broadband nirkabel

lainnya yang masih dalam tahap pengembangan. Standar WiMAX, yaitu 802.16X2004 yang telah

disepakati bersama setelah melewati masa uji dan sertifikasi, mulai dipasarkan pada tahun 2006.

Standar WiMAX lainnya, yaitu 802.16e kini juga sedang dikembangkan. Fungsinya, lebih terkait

dengan industri seluler, yaitu memungkinkan ponsel mengirim dan menerima data yang lebih besar,

seperti yang terlihat pada gambar 1 berikut ini :

Gambar 1. Ekosistem dari WiMAX

Karakteristik WiMAX :

Karakteristik utama yang dimiliki WiMAX antara lain:

• Versi awal IEEE 802.16a bekerja di frekuensi 10 – 66 GHz, sehingga cocok digunakan untuk

teknologi point to point.

• Versi IEEE 802.16 ini dapat digunakan untuk hubungan nonline outsite (NLOS).

• Kompatibel dengan digital switch yang ada (ATM,dll) dengan optimal data rate per user antara

300 kbps – 2 Mbps dan rangenya 5 – 8 km untuk maksimal throughput.

• Versi IEEE 802.16d , muncul teknologinya di bulan Oktober 2004. Tekniknya terjadi pemecahan

kanal ke kanal – kanal terkecil menggunakan Op-Amp dan teknologi Smart Antenna. Digunakan

untuk fixed access, yang meliputi BS maupun receiver yang merupakan CPE. BS berupa Proxim

Tsunami MP.16 akan dipasarkan baik kepada operator telekomunikasi maupun kepada

perusahaan pemakai.

• Versi IEEE 802.16e dikeluarkan akhir tahun 2004 ini yang akan digunakan untuk mendukung

mobilitas (Handover, roaming) pada system selular sampai 120 km/jam dan bekerja dalam NLOS.

Digunakan untuk aplikasi mobile access.

• Dikonfigurasikan untuk layanan di pedesaan sampai radius maksimal 50 km, atau layanan di

daerah berpenduduk padat di perkotaan untuk jarak 1- 4 km, dengan data rate sampai 75 Mbps.

Dapat dibayangkan dengan teknologi ini, peralatan wireless point-to-multipoint, broadband, none-

line-of-sight (NLOS), last-mile access dan solusi backhaul yang memungkinakan melengkapi,

memperluas, bahkan menggantikan infrastruktur jaringan pakai kabel.

• Sistem ini mendukung teknologi video streaming, VoIP telephony, tayangan diam maupun

bergerak, e-mail, Web browsing, e-commerce, dan layanan berbasis lokasi.

WiMAX merupakan teknologi terbaru untuk jaringan broadband nirkabel yang mempunyai

kelebihan dibandingkan dengan WiFI bahkan jauh lebih cepat dari pada DSL. Hasil pengembangan

WiMAX menjadi standar baru yang dapat digunakan untuk segala aktifitas yang berbasis broadband.

Efisiensi biaya dan efektif untuk pengguna rumahan dan bisnis menjadi sasaran diwujudkannya

teknologi WiMAX ini, terutama untuk daerah perkotaan dengan populasi besar, dan bahkan untuk

daerah pedesaan.

WiMAX Standards

Institute of Electrical and Electronic Engineering (IEEE) mendefinisikan teknologi WiMAX

melalui standard 802.16, namun dalam perkembangannya standards ini berkembang lagi menjadi

beberapa varian, yaitu 802.16, 802.16a, 802.16d/802.16 2004, 802.16e, lebih lanjut dapat dilihat

pada tabel 1. berikut ini :

Table 1. Perbandingan Standards WiMAX

WiMAX Spectrum

Pemilihan spectrum frekuensi operasi untuk WiMAX ini dipengaruhi oleh banyak factor,

diantaranya adalah penggunaan frekuensi untuk komunikasi seluler, microwave link, dan system

komunikasi satelit. Dari beberapa pertimbangan tersebut maka alokasi spectrum untuk WiMAX,

khususnya di Indonesia adalah sbb:

1.Spektrum Frekuensi 2,5 GHz

Pada pita frekuensi 2500-2690 MHz masih terdapat micvrowave link teknologi lama di

beberapa lokasi tertentu sejak tahun 1980-an. Sedangkan pita frekuensi 2520-2670 MHz digunakan

untuk system komunikasi satelit Indovision sejak tahun 1997. Pada tahun 2001 telah dialokasikan

untuk beberapa penyelenggara BWA di pita frekuensi 2500-2520 MHz dan 2670-2690 MHz.

Bandwidth yang dialokasi sebesar 2x20 MHz dengan lebar kanal 6MHz.

2.Spektrum Frekuensi 3,5 GHz

Pada tahun 2000 spektrum ini ditetapkan untuk layanan BWA dan sharing frekuensi dengan

satelit. Sejumlah penyelenggara BWA diberikan ijin di beberapa lokasi dengan pita alokasi 3410-

3497.5 MHz dan 351-3597.5 MHz. Namun karena ada keluhan gangguan dari operator satelit

seperti Telkom, PSN dan AceS maka spektrum frekuensi tersebut hanya dapat menggunakan 5

kanal dari sebelumnya 25 kanal.

3.Spektrum Frekuensi 5,8 GHz

Spektrum 5,8 GHz (5725-5825 Mhz) ini dibeberapa negara digunakan untuk komunikasi WiFi

(licensed frekuensi), pada tahun 2001 oleh Dirjen Postel diberikan sebanyak 5 kanal kepada

operator BWA dan penggunaanya secara sharing.

Struktur Layer WiMAX

Ada 2 layer yang memiliki peranan penting teknologi WiMAX ini, yaitu MAC layer dan PHY

layer. Keduanya memiliki peranan yang berbeda, sbb:

1. PHY layer

Fungsi-fungsi penting yang diatur diantaranya; OFDM, Duplex sytem, Adaptive Modulation,

Adaptive Antena system.. varian PHY yang diadopsi dari standard 802.16 adalah Wireless-MAN

OFDM dan Wireless-MAN OFDMA untuk licensed frequency dan Wireless-HUMAN untuk

unlicensed frequency.

2.MAC layer

WiMAX MAC protocol didesain untuk aplikasi point to multipoint, mempunyai karakteristik

connection oriented dan setiap sambungan diidentifikasi oleh 16-bit Connection Identifiers, yaitu

untuk membedakan kanal uplink dengan lainya, selanjut struktut layer pada WiMAX dapat dilihat

pada gambar 2. berikut ini :

Gambar 2. Layer PHY dan MAC pada WiMAX

WiMAX dan Interferensi

Dalam praktik tentunya semua teknologi wireless akan mengalami interferensi (gangguan),

begitu juga dengan WiMAX. Ada beberapa inovasi teknologi yang bisa digunakandan diadopsi

WiMAX dalam mengatasi Interferensi ini, antara lain:

a. Teknologi OFDM : Untuk mengatasi multipath dan penghematan bandwidth.

b. Sub-Chanelization : Untuk mengurangi jumlah carrier dari perangkat user, tetapi

dikompensasi dengan power level pengiriman.

c. Directional antenna : Untuk meningkatkan fade margin

d. Tranceiver Diversity : Untuk meningkatkan availabilty, memanfaatkan multipath.

e. Adaptive modulation : Mengatur kebutuhan bandwidth dengan kualitas sambungan.

f. Error Corection : Untuk menurunkan kebutuhan minimim SNR dan meningkatkan

throughput.

g. Power Control : Menghemat konsumsi sumber daya power.

Skenario penyelenggaraan WiMAX

Ada 3 macam skenario penyelenggaran WiMAX yaitu didasarkan pada jumlah user yang

menggunakan, sbb:

1.PtP (Point to Point)

Terjadi apabila link WiMAX hanya digunakan untuk menghubungkan dua titik saja secara

directional, jadi 1 Base station (BS) hanya menghubungkan 1 user saja, contoh aplikasi WiMAX

adalah untuk Backhaul selular.

2.PMP (Point to Multipoint)

Terjadi apabila link WiMAX digunakan untuk menghubungkan ke beberapa user sekaligus

secara omnidirectional, mirip dengan prinsip seluler.

3.Mesh

Merupakan gabungan antara PtP dan PMP, konfigurasi ini menjadikan konfigurasi WiMAX

maksimum dari sisi coverage dan perangkat yang digunakan, untuk ketiga skenario tersebut dapat

dilihat pada gambar 3 berikut ini :

Gambar 3. Skenario penyelenggaraan WiMAX WiMAX memiliki kemampuan menghantarkan data sampai dengan kecepatan 75 megabit

perdetik (Mbps), sedangkan Wi-Fi hanya 11 Mbps. Keunggulan lainnya adalah WiMAX bermain

pada frekuensi yang cukup rendah dan lebar, yaitu 2 - 6 gigahertz (GHz). Sedangkan Wi-Fi yang

diatur dalam protokol 802.11b di 2,4 GHz dan protokol 802.11a di 5 GHz.

Standar WiMAX ini menjanjikan penyediaan konektifitas broadband jarak jauh dengan

kecepatan DSL. Komponen nirkabel ini diharapkan dapat menjadi suatu rancangan system-on-a-

chip yang pertama bagi Customer Premise Equipment (CPE) dengan efektifitas biaya yang

mendukung IEEE 802.16-2004 (dulu dikenal sebagai IEEE 802.16REVd). CPE sendiri digunakan

untuk aplikasi pengiriman dan penerimaan suatu sinyal broadband nirkabel yang menyediakan

konektifitas Internet.

WiMAX memiliki keunggulan dalam kapasitas, kecepatan, dan QoS yang lebih baik. Tabel 2.

menunjukkan perbandingan Wi-Fi dan WiMAX.

Tabel 2. Perbandingan 802.11 WLAN dengan 802.16 WMAX

No. Komponen 802.11 (WiFi) 802.16 (WiMAX) 1. Spektrum Unlicensed pada ISM Lisensi dan unlicensed 2. Scalability Pengkanalan 20MHz,

MAC untuk 10 user Pengkanalan 1,5 – 20 MHz MAC mendukung hingga 1000 user

3. Performansi Max. 54 Mbps (pada 20 MHz) Max. 63 Mbps (pada 14MHz) 4. QoS Sederhana Canggih 5. Jangkauan 100 m (indoor), kondisi LOS > 50 km (outdoor), kondisi LOS dan

NLOS 6. MAC CSMA/CD Grand based

Gambar 4, menunjukkan hubungan kecepatan dengan jangkauan yang dapat dicapai dari

beberapa teknologi WiMAX dan dibandingkan dengan teknologi nirkabel lainnya. Terlihat bahwa

teknologi 3G bila dibandingkan dengan Wi-Fi dan WiMAX memiliki bandwidth yang lebih kecil

tetapi dengan mobilitas yang lebih tinggi.

Gambar 4. Hubungan bandwidth dan mobilitas beberapa teknologi BWA

Perkembangan WiMAX dimasa depan dibuat pula untuk mendukung mobilitas yang tinggi

dengan teknologi Mobile-Fidelity IEEE 802.20 dan Mobile WiMAX IEEE 802.16e, kedua

teknologi memiliki bandwidth yang lebih rendah dari WiMAX IEEE 802.16a tetapi sedikit lebih

besar dari 3G. Tabel 3 menunjukkan perbandingan teknologi WiMAX dengan teknologi 3G.

Tabel 3. Perbandingan Teknologi WiMAX dengan 3G

No. Komponen 802.16e 802.20 3G

1. Provider

Penyelenggara jaringan data nirkabel tetap, mendukung mobilitas yang terbatas

Penyelenggara data nirkabel, mendukung mobilitas penuh

Penyelenggara selular, mendukung evolusi komunikasi data

2. Teknologi 802.16a MAC dan PHY

MAC dan PHY baru WCDMA, cdma2000

3. Kecepatan user < 120 km/jam (untuk pedestrian)

< 250 km/jam (untuk commuter)

< 250 km/jam (untuk commuter dan pedestrian)

4. Spektrum Lisensi (2,5GHz), unlicensed (6GHz)

lisensi, < 3,5 GHz lisensi, < 2,6 GHz

5. Bandwidth simetri, > 1Mbps per user

simetri, > 1 Mbps per user

Tidak simetri, < 2 Mbps per sel

6. Latensi Rendah Rendah Tinggi 7. Orientasi Paket Paket Sirkuit

8. Pembatas Rancangan

Optimal untuk backward ompatibility

optimal untuk mobilitas penuh

berbasis GSM atau cdma

Gambar 5. Model penggunaan Teknologi WiMAX

Teknologi WiMAX dapat mendukung peruntukan dua model penggunaan seperti yang terlihat

pada gambar 5, yaitu:

a. Fixed (Home CPE)

Standar IEEE 802.16 (dengan versi revisi IEEE 802.16a dan 802.16REVd) didesain untuk

model penggunaan tetap (fixed). Standar ini sebagai “fixed wireless” karena memasangkan antena

pada lokasi pelanggan yang dipasangkan pada atap rumah atau dapat menggunakan tiang, sama

seperti penampang antena televisi satelit. IEEE 802.16-2004 juga dapat digunakan untuk instalasi

indoor, tetapi kemampuannya tidak sama dengan instalasi outdoor. Standar 802.16 sebagai fixed

broadband internet access yang dapat interoperable, solusi carrier-class untuk jangkauan jarak jauh.

Solusi WiMAX ini beroperasi pada pita frekuensi 2.5-GHz, 3.5-GHz, dan 5.8-GHz. Teknologi ini

menyediakan jaringan tanpa kabel sebagai alternatif pengganti dari cable modem, digital subscriber

lines dengan beberapa tipe (xDSL), transmit/exchange (Tx/Ex) circuits, and jaringan optical carrier

level (OC-x).

b. Portable

Standar IEEE 802.16e merupakan amandemen 802.16a untuk perangkat mobile dengan

menambahkan portabilitas dan kemampuan roaming pada perangkat CPEnya. Standar 802.16e

menggunakan Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) yang bekerja dengan

mengelompokkan berbagai subcarrier kedalam sub-channel. Client tunggal atau subscriber station

dapat ditransmisikan dengan menggunakan seluruh sub-channels dalam suatu carrier, atau multiple

client dapat ditransmisikan dengan masing-masing menggunakan sebagian dari total sub-channel

secara bersama-sama.

Kunci Sukses Implementasi Teknologi WiMAX

Implementasi teknologi wireless memerlukan terdapatnya jalur line of sight (LOS) antara

pengirim dan penerima, bila terdapat kondisi N-LOS maka dapat menimbulkan redaman propagasi

yang dapat menurunkan kualitas sinyal. Teknologi WiMAX didesain bukan hanya untuk kondisi

LOS tetapi juga N-LOS. Teknologi WiMAX mampu mengatasi atau mengurangi problem pada

NLOS serta memiliki keunggulan yang disebabkan oleh penggunaan:

a. Teknologi OFDM (OFDM technology)

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) adalah metoda modulasi multicarrier

dengan ide awal untuk mengatasi efek dari multipath fading dalam lingkungan wireless. OFDM

menggunakan simbol yang lebih panjang untuk meminimalisasi ISI yang berakibat pada symbol

rate dan kapasitas kanal menjadi rendah.

b. Kanalisasi (sub-channelization)

Sub channelization dikenal dengan sebutan OFDMA. Teknik ini melakukan pemilihan atau

pengelompokkan carrier dari sejumlah carrier OFDM yang diperuntukkan pada penerima tertentu.

Tujuan penggunaan teknik sub channelization adalah untuk mengkonsentrasikan daya yang

ditransmisikan pada sejumlah carrier tertentu yang berarti meningkatkan gain sistem sehingga

sistem dapat mencapai area jangkauan yang lebih besar, terutama dalam mengatasi rugi-rugi akibat

pantulan. Di sisi CPE, teknik ini dapat membantu mereduksi daya yang dikonsumsi CPE.

c. Antena direksional (directional antenna)

Adaptive antenna systems (AAS) memiliki bentuk beam yang dapat difokuskan pada suatu arah,

dimana pemancaran sinyal dibatasi berdasarkan kebutuhan dari antena penerima pada arah yang

dituju saja seperti sebuah spotlight. AAS terus dikembangkan untuk meningkatkan penggunaan

pengulangan spektrum frekuensi yang dapat meningkatkan kapasitas jaringan WiMAX.

Standar 802.16 menyediakan beberapa pilihan tipe antena pintar yang dapat didukungnya,

yaitu:

a. Receive spatial diversity antenna, memerlukan lebih dari satu antena penerima sinyal.

b.Simple diversity antenna, mendeteksi kuat sinyal dari beberapa antena dan mengkoneksikan

antena dengan level penerimaan lebih tinggi ke penerima.

c.Beam-steering antenna, menajamkan pola radiasi antena untuk menghasilkan penguatan yang

lebih tinggi pada arah yang dikehendaki sehingga meminimalkan terjadinya interferensi.

d.Beam-forming antenna, memungkinkan area di sekitar BS tercakup ke dalam sektor-sektor

sehingga terjadi pengulangan frekuensi disekitar sektor tersebut.

e. Diversitas pada pengirim dan penerima (transmit and receive diversity)

Pilihan diversitas pada pemancar menggunakan space time coding (STC) untuk menyediakan

transmisi daya yang independen; hal ini mengurangi kebutuhan fade margin dan mengatasi

interferensi. Pada diversitas penerima, teknik kombinasi digunakan untuk meningkatkan

kemampuan sistem.

f. Modulasi adaptif (adaptive modulation)

Fitur modulasi adaptif ini menyediakan sistem untuk melawan time-selective fading dimana

kunci dari modulasi adaptif adalah meningkatkan rentang pola modulasi untuk dapat digunakan

pola modulasi dengan kualitas yang terbaik. Ini dikarenakan sistem dapat mengalihkan kondisi

fading. Sebagai sarana untuk mendapatkan pola modulasi yang tetap maka dalam perhitungannya

digunakan parameter pada kondisi yang paling buruk.

Sistem dengan modulasi adaptif manual memungkinkan operator mengatur sendiri modulasi

untuk memperoleh throughput dan jarak yang diinginkan sesuai dengan kondisi lingkungan, seperti

yang terlihat pada gambar 6 berikut ini :

Gambar 6. Sistem Modulasi adaptif (Understanding WiMAX, Intel 2004)

g.Teknik koreksi kesalahan (error correction technique)

Teknik koreksi kesalahan pada WiMAX untuk mengurangi kebutuhan SNR. Forward error

correction (FEC) dengan Reed Solomon, convolutional encoding, dan algoritma interleaving

digunakan untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan sehingga throughput dapat ditingkatkan.

Teknik ini dapat memperbaiki frame yang rusak yang mungkin disebabkan oleh frequency selective

fading atau burst errors. Automatic repeat request (ARQ) digunakan untuk memperbaiki kesalahan

yang tidak dapat dilakukan oleh metode FEC. ARQ meningkatkan kinerja bit error rate (BER)

secara signifikan pada threshold level yang sama.

h.Pengendalian daya (power control)

Algoritma power control digunakan untuk meningkatkan kinerja sistem secara keseluruhan,

diimplementasikan pada BS dengan cara mengirimkan informasi power control kepada setiap

perangkat CPE pelanggan yang digunakan agar mengatur level daya yang ditransmisikan sehingga

sinyal tersebut dapat diterima BS pada level yang semestinya. Pada kondisi perubahan fading yang

dinamik, CPE hanya mentransmisikan sinyal dengan daya yang sesuai kebutuhannya. Daya

transmisi CPE ini sebaiknya didasarkan pada kondisi paling buruk. Power control mengurangi

konsumsi daya dari CPE secara keseluruhan dan juga mengurangi kemungkinan terjadinya

interferensi dengan BS yang berdekatan. Pada kondisi LOS daya pancar dari CPE adalah

berbanding secara proporsional terhadap jaraknya dari BS, pada kondisi NLOS akan dipenguruhi

oleh adanya halangan.

Gambar 7 menunjukkan intisari dari teknologi-teknologi yang mendukung suksesnya implentasi

dari teknologi WiMAX beserta lokasi penempatan baik di pengirim maupun penerima.

Gambar 7. Teknologi pendukung suksesnya WiMAX