Teknologi pendukung MIMO 4G LTE

2.1.            Teknologi pendukung MIMO 4G LTE

Kemunculan teknologi komunikasi bergerak tidak dapat lepas dari peranan penemuan teknologi-teknologi penunjang mulai dari metode akses jamak OFDM, konsep multi MIMO, hingga arsitektur jaringan yang berdasarkan protocol internet secara keseluruhan (ALL-IP). Adapun spesifikasi teknik LTE yang telah ditetapkan meliputi teknik akses jamak dan mode akses radio yang digunakan.

2.1.1.      Teknik Akses Jamak

            Akses jamak adalah metode untuk mengoptimalkan lebar spectrum (Bandwidth) agar dapat digunakan oleh sebanyak mungkin pengguna dengan gangguan seminimal mungkin. Pada GSM kita menggunakan TDMA (Time Division Multiple Acces) sementara pada UMTS kita menggunakan CDMA pita lebar yang dikenal dengan WCDMA (Wide-band Code Division Multiple Acces). Akses jamak pada LTE berdasarkan pada konsep OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Pada penerapanya, jalur turunan (downlink), yakni dari eNodeB menuju UE, menggunakan modifikasi OFDM yakni OFDMA.  Sementara itu pada jalur naik (uplink), yakni dari UE menuju eNodeB, digunakan varian OFDM yang lebih efisien yakni SC-FDMA.

Gambar 2.7 Perbedaan akses jamak TDMA, CDMA dan OFDMA

OFDMA biasanya dikatakan merupakan gabungan konsep OFDM dengan FDMA. Sub-Carrier yang saling orthogonal tidak hanya dipetakan berdasarkan waktu namun juga dapat dialokasikan secara terpisah. OFDMA dipakai untuk downlink pada LTE. Multiplexing trafik dilakukan dengan mengalokasikan setiap user pada slot frekuensi waktu dan pilihan berdasarkan kecepatan datanya. Gambar dibawah ini menunjukkan perbandingan OFDMA dan SC-FDMA.

Gambar 2.8 Perabandingan OFDMA dan SC-FDMA

  Dilihat gambar  diatas OFDMA mentransmisikan data secara paralel dibeberapa subcarrier sedangkan SC-FDMA mentransmisikan data secara seri menggunakan beberapa subcarrier. Gambar dibawah ini menunjukkan transmisi seri dan paralel.

Gambar 2.9 Transmisi Serial dan Paralel

  Skema pengiriman simbol pada gambar  diatas dapat dipahami, bila dalam pengiriman serial untuk mengirimkan 7 simbol secara utuh  maka diperlukan 7 detik waktu pengiriman sehingga durasi masing-masing simbol adalah 1 detik. Sedangkan dalam pengiriman secara paralel simbol dikirimkan melaluli kanalnya  masing-masing dalam durasi panjang. Sehingga dalam 6 detik tersebut tidak ada perubahan simbol dan durasi masing-masing simbol adalah 6 detik.

Gambar 2.10 Efesiensi Bandwidth (a) SC-FDMA (b) OFDMA

   Dilihat dari Gambar diats OFDMA bisa menghemat bandwidth dibandingkan SC-FDMA, tetapi terminal di sisi pengguna (UE) ukuran selalu lebih kecil dibandingkan eNodeB dan dioperasikan hanya dengan baterai yang kecil pula. Keterbatasan sumber daya ini menurut metode akses jamak yang dengan komsumsi daya yang lebih sedikit. Desain amplifier frekuensi radio pun harus sederhana agar UE bisa diproduksi dengan harga murah. Sistem OFDMA memiliki Peak to Average Power Ratio (PAPR) yang tinggi. PAPR merupakan pengukuran daya gelombang yang dihitung dari puncak bentuk gelombang dibagi akar kuarat rata-rata (RMS) bentuk gelombang. Oleh karena itu dari sisi uplink, LTE menggunakan sistem yang lebih efisien dari OFDMA yakni Single Carrier-Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA).

Gambar 2.11 Perbedaan OFDMA dengan SC-FDMA

   Gambar diatas menunjukkan perbedaan OFDMA dengan SC-FDMA. Pada prinsipnya SC-FDMA memiliki kesamaam dengan OFDMA. Bila pada OFDMA simbol ditransmisikan dengan durasi yang lama dan pita sempit, maka pada SC-FDMA kebalikannya dari pada itu. Pada SC-FDMA simbol ditransmisikan pada durasi cepat (bit rate yang tinggi namun pita yang lebar.

Gambar 2.12 Penempatan User setiap subcarrier-nya

Pada teknik OFDM setiap subcarrier adalah orthogonal sehingga akan menghemat spectrum frekuensi dan setiap subcarrier tidak akan saling mempengaruhi. Akan tetapi salah satu kelemahan teknik akses ini adalah tingginya peak average power ratio (PAPR) yang dibutuhkan seperti yang dijelaskan sebelumnya. Tingginya PAPR dalam OFDM membuat 3GPP melihat skema teknik akses yang berbeda pada arah uplink karena akan sangat mempengaruhui komsumsi daya pada UE sehingga pada arah uplink LTE menggunakan teknik SC-FDMA. SC-FDMA dipilih karena teknik ini mengkombinasikan keunggulan PAPR yang rendah dengan daya tahan terhadap ganggunan lintasan jamak dan alokasi frekuensi yang fleksible dari OFDMA.

Gambar 2.13 Arah transmisi downlink dan uplink

 Pada LTE teknik akses yang digunakan pada transmisi dalam arah downlink dan uplink berbeda. Arah downlink adalah arah komunikasi dari eNodeB ke UE, sementara arah uplink adalah arah dari UE menuju eNodeB seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas. Pada arah downlink teknik akses yang digunakan adalah orthogonal frequency division modulation access (OFDMA) dan pada arah uplink teknik akses yang digunakan adalah single carrier frequency division multiple acces (SC-FDMA).