Evolved High Speed Packet Access (HSPA+) Analysis Using Existing Network 3G UMTS/HSDPA in Indonesia

      





   HSPA+ merupakan evolusi dari HSPA diperkenalkan oleh 3GPP release 7. Dengan kecepatan mencapai 42Mbps arah downlink dan 11Mbps arah uplink pada release 8. Teknologi ini didukung oleh HOM (High Order Modulation), DTX/DRX dan MIMO. Jumlah pelanggan seluler mencapai 268,3juta, dengan penetrasi seluler 107% dari total penduduk Indonesia. Pada akhir tahun 2012 total BTS dari 5 operator besar Indonesia yaitu Telkomsel, Indosat, XL, HCPT, Axis berjumlah 150.379 dengan 46.738 diantaranya adalah BTS 3G (NodeB). Implemenstasi HSPA+ tidak merubah elemen jaringan existing sebelumnya secara signifikan, hanya dengan upgrade software pada NodeB dan penambahan modul hardware untuk HSPA+ serta penyesuaian elemen core network, maka teknologi ini menjadi pilihan operator untuk mereduksi cost dan investasi penggelaran cukup mudah dengan biaya relatif rendah.

I.       Introduction

        HSPA+ termasuk dalam UMTS/HSPA family memiliki pertumbuhan implementasi yang cepat dalam beberapa tahun ini. Dengan menawarkan layanan akses data kecepatan tinggi dengan penggelaran yang melibatkan teknologi existing 3G. Perkembangannya cepat dan tertinggi dalam mobile broadband. Berdasarkan wireless intellegent,pertumbuhan jumlah pelanggan HSPA family mencapai 1 miliar pelanggan pada 2012 dan diperkirakan mencapai 2 miliar pelanggan pada tahun 2015.

Gb.1 Pertumbuhan subscriber HSPA family

       Di negara maju, HSPA+ hadir pada awal 2008, dengan permulaan semua operator yang sudah mendukung WCDMA di upgrade menjadi HSPA, dengan lebih dari 185 operator dunia mengadopsi HSPA+. Dual Carrier HSPA+ diperkenalkan pada release 8 secara cepat, dan pada 2011 terdapat 65 jaringan yang sudah menggunakannya.Berdasarkan release 3GPP yang sudah mencapai release 11 mengenai HSPA+ advanced, bitrates pada HSPA+ meningkat pesat.

Gb.2 Roadmap 3GPP kecepatan HSPA+

       Setiap release HSPA+ menawarkan penambahan kapasitas, data rates dan fitur yang ditawarkan. Dual carrier pada R8 sudah diimplementasikan,dan pada release 10 mengijinkan untuk carrier-agregation mencapai 4 carrier pada downlink, sehingga dapat menggunakan 20MHz.

II. Teknologi Pendukung HSPA+

2.1 High Order Modulation (HOM)

       Pada WCDMA modulasi yang digunakan adalah QPSK untuk downlink dan BPSK untuk uplink. Sedangkan pada HSDPA sudah mendukung modulasi DL yaitu 16QAM dan QPSK untuk UL,ehingga bitrates untuk DL mencapai 14,4Mbps dan 5,7Mbps untuk UL pada release 5. Pada HSPA+ release 7 sudah menggunakan modulasi yang tinggi yaitu 64QAM untuk DL, dimana terjadi peningkatan kecepatan data 50% dalam kondisi SNR (Signal to Noise Ratio) yang tinggi. Untuk arah uplink, teknologi ini mendukung 16QAM. Transmisi data yang dikirimkan dengan menggunakan teknik modulasi yang lebih tinggi maka akan memiliki sensitivitas lebih terhadap interferensi, sehingga membutuhkan SNR yang lebih tinggi pada penerima, agar pembentukan informasi kembali dapat berhasil. Dengan adanya HOM, maka pengguna dengan SNR yang tinggi akan mendapatkan transfer data yang meningkat. Sehingga trafik pengguna tersebut dapat dilayani lebih cepat dibandingkan dengan pengguna yang berada pada daerah cell edge yang memiliki sinyal yang lebih lemah.

2.2 Multiple Input Multiple Output (MIMO)

       Adanya MIMO bertujuan untuk meningkatkan kualitas dan kecepatan data yang tinggi dengan power transmit yang tidak terlalu besar jika dibandingkan dengan 1 satu antena dengan transmit yang lebih besar. Evolved HSPA R7 mendukung penggunaan MIMO 2x2 arah downlink yang menggunakan dua antena transmit pada NodeB untuk mengirimkan data stream yang orthogonal secara paralel menuju antena penerima.Pada spatial multiplexing, dengan adanya dua antena, penambahan teknik signal processing, dan upgrade sistem yang mendukung untuk MIMO, pada pengirim maupun penerima akan menggandakan kecepatan data dan peningkatan kapasitas sistem, tanpa memerlukan tambahan power dan bandwidth

Gb.3 MIMO system

        Beamforming pada MIMO dapat meningkatkan penguatan bagi pengguna yang berada pada cell edge dimana stream MIMO paralel tidak memungkinkan. Agar efektif, aliran data paralel pada MIMO membutuhkan SNR yang tinggi pada perangkat dan lingkungan sekitar yang banyak terjadi scattering. SNR tinggi menjamin bahwa perangkat dapat melakukan decoding sinyal yang diterima dan lingkungan yang banyak scattering akan menjamin kedua aliran data bersifat ortogonal. Pada kota urban dengan tingkat kepadatan yang tinggi, kemampuan MIMO dapat dimaksimalkan dimana terdapat cukup potensi scattering dan ukutan sel yang kecil sehingga berpotensi memiliki SNR tinggi pada perangkat. Sebaliknya pada daerah rural dengan ukuran sel yang lebih besar dan scattering yang kurang, penguatan MIMO lebih kecil.

2.3 Discontinuous Transmission and Reception (DTX/DRX)

       HSPA+ memberikan keuntungan dalam layanan voice. Secara normal, pengguna satu dengan lawannya tidak melakukan percakapan dalam waktu yang bersamaan dalam waktu yang sama. Ketika terjadi periode diam terdeteksi oleh terminal, SID (Silence Descriptor) frames dikirimkan dalam frame yang penuh. Frame SID digunakan oleh terminal lain. Discontinuous Transmission (DTX) berfungsi untuk mematikan kanal kontrol pada perangkat ketika pengguna tidak mengirimkan data/informasi. Demikian juga pada Discontinuous Reception (DRX) akan mematikan kanal-kanal kontrol pada interval waktu tertentu.

       Operasi sinkron DTX dan DRX memungkinkan perangkat mematikan blok pemancar dan penerimanya secara lengkap, sehingga dapat menambah daya hidup baterai untuk layanan voice melalui HSPA. Fitur ini meningkatkan pengalaman always-on dengan mengijinkan pengguna terhubung lebih lama tanpa terlalu mempedulikan waktu hidup baterai saat menggunaan aplikasi bursty seperti web browsing. DTX memiliki keuntungan dalam penambahan kapasitas dengan mengurangi interferensi pada air interface, terutama untuk akses data kecepatan rendah pada HSPA seperti voice.

2.4 Multicarrier System HSPA+

       Sistem multicarrier pada HSPA bertujuan untuk menyatukan beberapa carrier sebesar 5MHz seperti pada standar 3G UMTS,sehingga terjadi agregasi carrier sehingga bandwidth bisa lebih besar. Dengan sistem ini akan memberikan peningkatan akses mobile broadband.

       Pada HSPA+ R7 menggunakan single carrier 5 MHz dengan menawarkan kapasitas data dan voice yang meningkat sekitar dua kali lipat. Untuk R8 sudah mendukung adanya agregasi dual carrier yaitu 10MHz dengan adanya pengalaman enhances broadband dan fitur, peningkatan data rates dan bursty application mencapai dua kali lipat untuk pengguna, dan dapat mendukung untuk adanya integrasi femtocell.

       Pada R9 dengan expands multicarrier10 MHz, dengan adanya dukungan uplink multicarrier dan MIMO. Pada HSPA+ R10 adanya perlusasan pada multicarrier nya mencapai 20MHz, evolved femtocell networks untuk menambah kapasitas dan meningkatkan data rates pada cell yang memiliki SNR yang rendah, biasanya pada cell edge, sehingga layanan yang ditawarkan lebih beragam dengan kecepatan akses data yang tinggi dan user experience.

 

  Gb.4 HSPA+ Carrier Agregation

        Adanya sistem multi-carrier evolution dengan dukungan perangkat dan teknologi yang telah dibuat oleh beberapa vendor besar seperti Qualcomm, Ericsson, Huawei dll. Maka dapat dikategorikan menjadi beberapa cara untuk implementasinya :

a.  Inter-Band Dual-Carrier HSDPA Operation

       DC-HSDPA pada R8 dibatasi oleh dua adjacent carrier yang beroperasi pada frekuensi band yang sama. Carrier agregation akan menyederhanakan penyebaran dalam alokasi spektrum yang tersedia dan secara efisien dalam refarming teknologi 2G ke 3G HSPA.

b. Dual-Carrier HSUPA Operation

       Sekarang ini DC HSDPA terbatas pada kinerja downlink saja. Selanjutnya untuk uplink, dioperasikan DC HSUPA dengan tingkat performansi yang serupa seperti yang terjadi pada downlink.

c. Combinations of DC-HSPA and MIMO 

       Penggunaan kombinasi MIMO dengan DC-HSPA tidak mengijinkan pada R8, tetapi digunakan pada R9 untuk kombinasi keduanya. Pada dasarnya agregasi untuk downlink dengan adanya MIMO pada R9 sehingga terjadi penambahan dari 43,2 Mbps menjadi 86,4 Mbps, sedangkan pada Uulink yang sebelumnya 11Mbps meningkat mencapai  23 Mbps dalam 10MHz.

d. Multiple Carrier (MC-)HSDPA Operation

    Penggunaan MC-HSPA akan mengijinkan adanya tiga atau empat adjacent carrier yang teragregasi.

      Hubungan antara kecepatan data dengan penambahan bandwidth berpengaruh pada meningkatnya data rates seperti halnya pada kapasitas sistem yang meningkat. Dengan agregasi pada downlink, data rates 86,4Mbps dapat tercapai dengan menggunakan 4 carrier dengan total 20 MHz tanpa MIMO, atau mencapai 168Mbps dengan MIMO.

 III. Analysis and Scenario Implementation HSPA+ with Existing Network of Operator In Indonesia
...............Please contact me for more information about this part.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Presented By : Ikha Dalinar Kurnia Putra

                          Mobile Communication Laboratory

                          Telkom Institute of Technology (d/h STT Telkom) Bandung

                          dalinar_putra@yahoo.co.id