Pengertian, Konsep dan Sifat CDMA

Oleh : Berdy Ruliani 095514304

A.    Pengertian dan Konsep CDMA

Masalah yang dihadapi dunia komunikasi selular saat ini adalah makin meningkatnya jumlah pengguna yang menggunakan pita frekuensi yang terbatas secara bersama-sama. Untuk mengatasi masalah ini harus dicari cara bagaimana meningkatkan kapasitas tanpa harus mengurangi kualitas pelayanan secara berlebihan.

1. Frequency Division Multiple Access (FDMA)

Sistem selular sekarang ini menggunakan sistem pengkanalan dengan pita 30 kHz setiap kanalnya, sistem ini dikenal sebagai sistem FDMA (Frequency Division Multiple Access). Untuk memaksimalkan kapasitas, sistem selular FDMA menggunakan antena berarah dan sistem reuse frequency yang rumit. Pada teknik FDMA, lebar pita frekuensi yang dialokasikan dibagi menjadi bagian-bagian kecil spektrum frekuensi. Kemudian setiap user diberi alokasi pita frekuensi tersebut selama melakukan proses percakapan, sehingga dalam waktu yang sama hanya satu user yang dapat menggunakan frekuensi tersebut. Teknologi FDMA ini digunakan pada sistem analog seperti AMPS dan TACS.

2. Time Division Multiple Access (TDMA)

Untuk lebih meningkatkan kapasitas, digunakan sistem akses jamak digital yang disebut TDMA (Time Division Multiple Access). Sistem ini menggunakan pengkanalan dan reuse frequency yang sama dengan sistem FDMA dengan tambahan elemen time sharing. Setiap kanal dipakai bersama oleh beberapa user menurut slot waktunya masing-masing.

Karena itu, aliran informasi pada TDMA tidak kontinyu atau terpotong-potong pada tiap time slotnya. Ditinjau dari lebar pita frekuensi yang digunakan. TDMA dibagi menjadi wideband TDMA dan narrowband TDMA.

a. Wideband TDMA (WTDMA)

Wideband TDMA menggunakan seluruh frekuensi yang tersedia dan membaginya ke dalam slot-slot waktu. Dalam WTDMA ini, tranceiver yang dibutuhkan hanya satu. Data yang dikirimkan dalam bentuk letupan-letupan pendek dengan kecepatan tinggi. Kelemahan WTDMA adalah karena kecepatan transmisi yang tinggi, maka sistem akan rentan terhadap error yang disebabkan oleh distorsi lintas jamak, yang biasa terjadi pada sistem komunikasi bergerak.

b. Narrowband TDMA (NTDMA)

Teknik NTDMA merupakan gabungan antara FDMA dan WTDMA. Contoh penggunaan NTDMA misalnya pada GSM.

3. Code Devision Multiple Access (CDMA)

Code Division Multiple Access (CDMA) adalah teknik akses jamak berdasarkan teknik komunikasi spektrum tersebar, pada kanal frekuensi yang sama dan dalam waktu yang sama digunakan kode-kode yang unik untuk mengidentifikasi masing-masing user.

Hal ini diilustrasikan oleh gambar 1. CDMA menggunakan kode-kode korelatif untuk membedakan satu user dengan user yang lain. Kode tersebut dikenal dengan pseudo acak (pseudorandom). Sinyal-sinyal CDMA itu pada penerima dipisahkan dengan menggunakan sebuah korelator yang hanya melakukan proses despreading spektrum pada sinyal yang sesuai. Sinyal-sinyal lain yang kodenya tidak cocok, tidak didespread dan sebagai hasilnya sinyal-sinyal lain itu hanya menjadi noise interferensi.

Gambar 1. Prinsip selular CDMA

Ditinjau dari lebar pita frekuensi yang digunakan, CDMA terbagi menjadi NCDMA dan WCDMA.

a. Narrowband CDMA (NCDMA)

Saat ini standard dari NCDMA adalah IS-95, yang menggunakan spektrum dengan lebar 25 MHz yang dibagi dalam 20 kanal dupleks. Sehingga masing-masing kanal mempunyai lebar 1,25 MHz.

b. Wideband CDMA (WCDMA)

WCDMA menggunakan lebar pita frekuensi 5 MHz, 10 MHz dan 15 MHz pada standard IS-665. Dengan makin lebar spektrum yang digunakan, maka banyak keuntungan yang diperoleh seperti efek fading lintas jamak jauh lebih kecil, kecepatan data dapat meningkat tajam dan lain-lain.

Perbandingan antara FDMA, TDMA dan CDMA dapat ditunjukkan dengan gambar 2.

Gambar 2. Perbandingan FDMA, TDMA dan CDMA

Skema perbandingan FDMA, TDMA dan CDMA dalam domain frekuensi dan waktu operasi ujung ke ujung pada CDMA dapat dijelaskan sebagai berikut: pada sisi pancar, sinyal dengan bit laju rendah (misal 9,6 kbps) disebar dengan mengalikannya dengan deretan kode PN yang memiliki bit laju tinggi (misal 1,2288 Mbps). Pada proses ini terjadi penyebaran energi pada pita frekuensi yang besar. Sinyal tersebar ini kemudian dimodulasi dengan pembawa RF tertentu dan kemudian dipancarkan.

Pada sisi terima, sinyal terima didemodulasi dengan mengalikannya dengan pembawa RF yang sama. Kemudian sinyal ini didespread dengan mengalikannya dengan deretan kode PN yang sama seperti pada sisi kirim. Sinyal yang telah di-despread ini kemudian dilewatkan pada detektor bit untuk memperoleh speech digital asal.

B.     Sifat-sifat CDMA

1.      Multi Diversitas

Pada sistem pita sempit seperti modulasi analog FM yang digunakan dalam generasi pertama dalam sistem selular, adanya multipath fading akan menghasilkan fading yang sangat besar. Dengan modulasi CDMA yang merupakan modulasi pita lebar. Sinyal-sinyal yang berbeda lintasan (multipath) dapat diterima secara terpisah dengan rake receiver hal ini menyebabkan berkurangnya efek dari multipath fading. Meskipun demikian multipath fading ini tidak benar-benar dapat dihilangkan karena ada multipath yang tidak dapat diproses oleh demodulator, multipath seperti ini kadang-kadang dapat muncul dan menghasilkan fading.

Diversitas adalah usaha untuk mengurangi fading. Ada tiga tipe diversitas yang sering digunakan yaitu diversitas waktu, frekuensi, dan ruang. Diversitas waktu dapat dilakukan dengan jalan interleaving dan koreksi kesalahan. Dalam sistem CDMA diversitas frekuensi dilakukan dengan menyebar spektrum pada pita frekuensi yang jauh lebih besar. Efek dari fading pada spektrum frekuensi biasanya hanya mempengaruhi 200-300 kHz bagian dari sinyal. Diversitas ruang dapat diperoleh dengan tiga cara yaitu:

·         Multiple sinyal dari dua atau lebih sel site (soft handoff)

·         Dengan menggunakan penerima rake yang memungkinkan sinyal yang tiba dengan delay propagasi yang berbeda diterima secara terpisah kemudian digabungkan

·         Multiple antena pada sel site

Tipe diversitas yang berbeda yang digunakan pada CDMA meningkatkan performansi sistem seperti diperlihatkan pada gambar 9.13 dapat disimpulkan:

·         Diversitas waktu: interleaving simbol, deteksi dan koreksi kesalahanDiversitas frekuensi: sinyal dengan pita frekuensi yang lebar 1,25 Mhz

·         Diversitas ruang: antena penerima lebih dari satu, penerima rake dan multiple sel site (handoff). Diversitas pada CDMA ditunjukkan oleh gambar 3.

Gambar 3. Diversitas pada CDMA

2.       Daya Pancar yang Rendah

Disamping peningkatan kapasitas secara langsung, hal lain yang penting adalah menurunnya Eb/No yang dibutuhkan untuk mengatasi derau dan interferensi. Ini berarti penurunan level daya pancar yang dibutuhkan. Penurunan ini menyebabkan berkurangnya biaya dan memungkinkan mobile station dengan daya yang rendah beroperasi pada jarak yang lebih jauh dibanding pada analog atau TDMA untuk level daya yang sama. Lebih jauh lagi, pengurangan persyaratan daya pancar akan meningkatkan kemampuan pencakupan sel dan berarti pengurangan jumlah sel yang dibutuhkan untuk mencakup wilayah tertentu.

Keuntungan lain yang diperoleh adalah pengurangan daya rata-rata yang dipancarkan sebagai akibat realisasi power control pada CDMA. Pada sistem pita sempit, harus selalu dipancarkan daya yang cukup untuk mengatasi fading yang muncul tiba-tiba.

CDMA menggunakan power control untuk menyediakan daya yang dibutuhkan hanya pada waktu dibutuhkan, level daya yang tinggi dipancarkan hanya pada saat ada fading, sehingga mengurangi daya rata-rata yang ditransmisikan. Daya pancar yang rendah itu disebabkan pula karena adanya pemanfaatan deteksi aktivitas suara, dimana data informasi dipancarkan dengan laju yang tinggi hanya pada saat ada pembicaraan sedangkan pada saat jedah laju data yang dipakai rendah.

3.       Keamanan (Privacy)

Bentuk pengacakan sinyal pada sistem CDMA memungkinkan tingkat privacy yang tinggi dan membuat sistem digital ini kebal terhadap cross-talk. Meskipun sistem CDMA sudah memiliki tingkat privacy yang tinggi, sistem ini masih tetap mungkin untuk dikembangkan dengan menggunakan teknik pengacakan (encryption) yang ada.

4.       Kapasitas

Pada pengulangan frekuensi selular, interferensi dapat diterima dengan tujuan meningkatkan kapasitas tetapi interferensi ini harus dikendalikan. Sifat CDMA yang lebih mentolerir interferensi membuat pengulangan frekuensi dilakukan dengan efektif. Pada modulasi pita sempit, pengulangan frekuensinya tidak efektif karena persyaratan untuk memperoleh C/I sekitar 18 dB. Hal ini membutuhkan kanal yang dipakai dalam satu sel tidak boleh dipakai oleh sel yang berdekatan. Pada CDMA kapasitas yang besar diperoleh terutama karena frekuensi yang sama dapat dipakai oleh semua sel.

5.       Deteksi Aktivitas Suara

Pada komunikasi full duplex dua arah, aktivitas percakapan (duty cycle) biasanya hanya sekitar 40%, sisa waktu lainnya dipakai untuk mendengar. Hal ini ditunjukkan oleh gambar 4. Karena pada CDMA semua user memakai kanal yang sama, maka bila ada user-user yang tidak sedang berbicara akan menyebabkan berkurangnya interferensi total kira-kira 60%. Penurunan interferensi itu terjadi karena dimungkinkannya mengurangi laju transmisi ketika tidak ada percakapan sehingga mengurangi interferensi yang secara langsung meningkatkan kapasitas. Hal ini juga berakibat berkurangnya daya rata-rata yang dipancarkan oleh mobile station.

Gambar 4. Rata-rata siklus pembicaraan (spurt) dan jeda (pause)

6.       Peningkatan Kapasitas dengan Sektorisasi

Pada FDMA dan TDMA sektorisasi dilakukan untuk mendapatkan persyaratan C/I (mengurangi interfernsi). Sebagai akibatnya efisiensi trunking dari kanal-kanal yang dibagi-bagi pada setiap sektor menurun. Pada CDMA sektorisasi digunakan untuk meningkatkan kapasitas. Dengan membagi sel menjadi tiga sektor maka diperoleh kapasitas hampir tiga kalinya.

7.       Soft Capasity

Pada sistem selular sekarang, spektrum yang ada dibagi-bagi oleh sel-sel, misalkan pada sistem FM analog tiga sektor terdapat maksimum 57 kanal. Apabila permintaan akan pelayanan meningkat, pemanggil ke 58 harus diberikan sinyal sibuk. Tidak ada cara yang dapat dilakukan untuk menambah satu sinyalpun pada kondisi semua kanal terpakai. Pada sistem CDMA, hubungan antara jumlah user dengan tingkat pelayanan (grade of service) tidak begitu tajam, sebagai contoh, operator dari sistem dapat mengijinkan meningkatnya bit error rate sampai batas toleransi tertentu dengan demikian terjadi peningkatan jumlah user yang dapat dilayani selama jam tersibuk.

Kemampuan ini sangat berguna khususnya untuk mencegah terjadinya pemutusan pembicaraan pada proses handoff  karena kekurangan kanal. Pada CDMA, panggilan tetap

dapat dilayani dengan peningkatan bit error rate yang masih dapat diterima sampai panggilan lain berakhir.

Referensi:

A.Bruce Carlson, Paul B. Crilly, Janet C. Rutledge, 2002, Communication Systems, McGraw Hill, New York.

Ojanpera, R. Prasad, 1998, Wideband CDMA for third Generation Mobile Communications. Artech House, Oct.

Posted in: