An Introduction To LTE Reviewed by: Telecomengineer

Introduction

From R99 to LTE

LTE Goals

Architecture

Architecture Arsitektur Jaringan LTE Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK

Architecture E-NodeB Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK eNB merupakan BS (Base Station) pada LTE yang mengatur UE pada satu atau banyak cell. UE merupakan perangkat atau terminal pelanggan yang berupa headset untuk mengirim atau menerima informasi

Architecture Authentication dan Security Mobility Management FUNCTIONS MME Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK Authentication dan Security Mobility Management Managing Subcription Profile dan Service Connectivity FUNCTIONS

Architecture S-GW Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK Mengatur jalan dan meneruskan data yang berupa packet dari setiap user Sebagai Penghubung antara UE dengan eNodeB pada waktu terjadi inter-handover. Sebagai penghubung antara teknologi LTE dengan teknologi 3GPP lain (2G dan 3G)

Architecture Bertindak sebagai pelengkap IP Point pada UE P-GW Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK Bertindak sebagai pelengkap IP Point pada UE

Architecture HSS Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK HSS merupakan tempat penyimpanan data pelanggan untuk semua data permanen user. Sebagai server database yang dipelihara secara terpusat pada premises home operator Melokukan koneksi dengan setiap MME pada semua jaringan

LTE Layers Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK Berdasarkan fungsinya layer pada LTE terbagi menjadi 3 macam yaitu : Layer 3 : Radio Resource Control (RRC) Layer 2 : Radio Link Control (RLC), Medium Access Control (MAC) Layer 1 : Physical Layer.

LTE Layers Layer 3 : Radio Resource Control (RRC) Fungsi utama RRC adalah pembentukan, pemeliharaan dan pelepasan koneksi RRC antara UE dan E-UTRAN, managemen QoS, moilitas fungsi pendirian, konfigurasi, pemeliharaan dan pelepasan point to point radio bearer. Layer 2 : Radio Link Control (RLC), Medium Access Control (MAC) Fungsi utama RLC adalah koreksi kesalahan melalui ARQ, retransmisi, pembentukan kembali RLC, deteksi dan pemulihan kesalahan protocol, mengirim PDU ke layer atasnya, Layer 1 : Physical Layer. Fungsi Physical Layer adalah ddeteksi kesalahn pasa saluran transportasi dan indikasi ke layer yang lebih tinggi, modulasi dan demodulasi, sinkronisasi waktu dan frekuensi, pengolahan rasio frekuensi, MIMO processing. Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK

Kanal LTE LTE Channels Kanal Logic Kanal Transport Kanal Fisik Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK Kanal Fisik

Logic Channels Kanal logic terdiri dari : Kanal Kontrol dan Kanal Traffic. Kanal Kontrol, terdiri dari : - Paging Control Channel (PCCH) PCCH adalah kanal yang berfungsi mentransfer informasi paging dan pemberitahuan perubahan system informasi dan digunakan untuk peging ketika jaringan tidak tahu lokasi sel UE. - Broadcast Control Channel (BCCH) BCCH adalah kanal yang berfungsi menyediakan informasi system untuk semua terminal mobile terhubung ke eNodeB tersebut dan sebuah kanal downlink untuk broadcast informasi system pengendalian. - Common Control Channel (CCCH) CCCH adalah kanal yang digunakan untuk mengirim informasi control antara UE dan jaringan pada saat UE tidak mempunyai koneksi RRC   Kanal logic adalahkanal yang berfungsi menghubungkan layer MAC dengan layer RLC. Kanal logic terbagi 3 fungsi utama yaitu : - Common Control Channel (CCCH) Digunakan untuk informasi random access, missal aksi – aksi yang terikat dengan pembuatan koneksi. - Dedicated Control Channel (DCCH) Digunakan untuk membawa informasi control spesifik dari user, misalnya dipergunakan untuk proses handover. - Dedicated Traffic Channel (DTCH) Digunakan untuk transmisi data user. Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK

Logic Channels (2) Sedangkan Kanal Trafik terdiri dari: - Multicast Control Channel (MCCH) MCCH adalah kanal yang digunakan untuk mengirim informasi control dari jaringan ke UE, untuk salah satu atau beberapa MTCHs dan kanal ini hanya digunakan oleh UE yang menerima MBM3 - Dedicated Control Channel (DCCH) DCCH adalah kanal yang mentransmisikan informasi control antara UE dan jaringan pada saat UE mempunyai koneksi RRC (dedicated) dan membawa informasi control yang spesifik, misalnya informasi mengenai power control, handover dll. Sedangkan Kanal Trafik terdiri dari: - Multicast Traffic Channel (MTCH) Merupakan kanal point to multipoint yang digunakan untuk mengirim trafik data dari jaringan ke UE saat UE menerima MBMS Dedicated Traffic Channel (DTCH) Merupakan kanal point to point yang digunakan untuk mengirim trafik data dari jaringan ke UE dan sebaliknya Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK

Transport Channels 2. Kanal transport : Kanal transport adalah kanal yang berfungsi menghungkan layer MAC dengan layer fisik. Kanal transport arah downlink terdiri dari : Kanal Transport untuk arah uplink terdiri dari : - Paging channel (PCH) PCH adalah kanla yang di broadcast ke seluruh area sel dan mendukung UE discontinuous reception (DRx) guna penghematan daya pada UE. - Broadcast Channel (BCH) BCH adalah kanal yang dipetakan ke BCCH dan di-broadcast ke seluruh area sel - Muticast Channel (MCH) MCH adalah kanal broadcast yang mendukung MBSFN - Downlink Shared Channel (DL-SCH) DL-SCH adalah kanal yang digunakan untuk transfer data, mendukung dinamis dan semi statis alokasi radio resource, mendukung AMC, HRQ dan discontinuous reception (DRx) - Uplink Shared Channel (UL-SCH) Kanal utama untuk transfer data uplink dan digunakan oleh banyak kanal logic. - Random Access Channel (RACH) Digunakan untuk kebutuhan random access. Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK

Physical Channels 3. Kanal Fisik Berfungsi menghubungkan layer physic dengan transceiver. Kanal fisik arah downlink terdiri dari : - Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) Digunakan untuk transfer data secara unicast dan mendukung AMC (QPSK, 16 QAM dan 64 QAM) - Physical Downlink Control Channel (PDSCH) Berfungsi untuk menginformasikan alokasi resource (PCH dan DL-SCH) dan HARQ yang berhubungan dengan DL-SCH, mendukung modulasi QPSK - Downlink Shared Channel (DL-SCH) Digunakan untuk transfer data, mendukung dinamis dan semi statis alokasi radio resource, mendukung AMC, HRQ dan discontinuous reception (DRx) -Physical HARQ Indicator Channel (PHICH) Digunakan melaporkan HARQ status, membawa HARQ ACK / NACK, mendukung modulasi QPSK. - Physical Broadcast Channel (PBCH) Digunakan untuk membawa informasi UE yang meminta akses jaringan dan mendukung modulasi QPSK. sel dan mendukung UE discontinuous reception (DRx) guna penghematan daya pada UE. - Broadcast Channel (BCH) BCH adalah kanal yang dipetakan ke BCCH dan di-broadcast ke seluruh area sel - Muticast Channel (MCH) MCH adalah kanal broadcast yang mendukung MBSFN Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK

Physical Channels Kanal Fisik arah uplink terdiri dari : - Physical Radio Access Channel (PRACH) Adalah kanal yang digunakan sebagai fungsi akses random - Physical Uplink Control Channel (PUCCH) Adalah kanal yang berfungsi mengirim ARQ acknowledgement, laporan CQI, permintaan scheduling mendukung untuk implementasi modulasi BPSK dan QPSK - Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) Adalah kanal yang berfungsi untuk transfer data arah uplink.   Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK

Protocol

Uu Interfaces LTE Air Interface dikenal sebagai E-UTRA (Evolved-Universal Terresterial Radio Access)  U : User to Network u : berarti Universal. 

Radio Interfaces Protocol E-UTRA menghubungkan User Equipment (UE) dengan eNB. Control plane oleh RRC (Radio Resource Control) -> membawa signalling antara  UE dengan eNB. Control plane oleh NAS (Non Access Stratum) yang membawa signalling dari UE ke MME (Mobility Management Entity). User Plane -> mengirimkan packet data dari UE ke S-GW (Serving Gateway) dan PDN-G (Packet Data Network Gateway).

Radio Interfaces Protocol S1-MME : Membawa trafik control plane antara EUTRAN dan MME S1-U : Membawa trafik bearer plane/user plane antara eNodeB dan SGW S11 : Membawa trafik control antara MME dan SGW untuk fungsi session management S5 : Membawa trafik control dan bearer/user antara SGW dan PGW dalam jaringan yang sama S8 : Membawa trafik control dan bearer/user antara SGW dan PGW pada jaringan yang berbeda

Non Access Stratum NAS signalling meggunakan service dari RRC yang kemudian dimapping ke dalam PDCP. Begitu juga untuk packet data pada User Plane, dimapping juga kedalam PDCP.

Radio Resource Control (RRC) Radio Resource Control (RRC) message dikirim antara UE dan eNB menggunakan service dari PDCP, RLC, MAC, dan PHY. RRC menangani semua signalling antara UE dan  E-UTRAN, dengan signalling antara UE dan Core Network

Packet Data Convergence Protocol (PDCP) LTE mengimplementasikan PDCP pada User Plane dan Control Plane. Tidak seperti pada UMTS, dimana PDCP hanya ada pada User Plane. Alasan utama PDCP tetap ada pada  LTE adalah karena security dan integrity. Pada Control Plane, PDCP menfasilitasi encrypsy dan integrity checking pada signalling message RRC dan NAS.

Radio Link Control (RLC) RLC protocol ada pada UE dan eNB. Sesuai dengan namanya, menunjukan RLC menyediakan "Radio Link" Control. RLC . Pada dasarnya RLC mendukung tiga delivery service ke layer yang lebih tinggi, yaitu: TM (Transparent Mode)-Ini memanfaatkan beberapa interface channel, seperti broadcast dan paging. Kemudian menyediakan juga connectionless services untuk signalling UM (Unknowledge Mode)-Ini seperti TM menyediakan connectionless service, namun memiliki tambahan fitur sequencing, segmentation, dan concatenation. AM (Acknowledge Mode)-Ini menawarkan sebuah layanan ARQ (Automatic Repeat Request), seperti retransmission.

Medium Access Control (MAC) MAC menyediakan interface antara EUTRA protocol dan EUTRA Physical layer. Berikut detailnya: Mapping-MAC memaping informasi yang diterima pada LTE Logical Channel ke dalam LTE Transport Channel.

Medium Access Control (MAC) MAC layer dapat melakukan multiplex bearer yang berbeda kedalam Transport Block (TB) yang sama. HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) - MAC memanfaatkan HARQ untuk menyediakan error correction service. Radio Resource Allocation - QOS (Quality of Service) berdasarkan penjadwalan traffic dan signalling pada pengguna disediakan oleh MAC.

Physic PHY pada LTE menyediakan channel baru ataupun flexible channel. Berikut ilustrasi dari fungsi dari Physical Layer

Communication System

LTE Modulation Techniques Modulasi merupakan sebuah teknik menumpangkan sinyal informasi ke sinyal carrier. Modulasi yang digunakan pada LTE: Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK

LTE Demodulation Techniques Sinyal yang teredam dapat diukur dengan: Adanya redaman  Sinyal yang diterima tidak akurat  Menggunakan teknik symbol estimation: 1. Soft decision 2. Hard decision 𝑃 𝐿 = 𝑃 𝑅 𝑃 𝑇

AMC : Teknologi Pendukung LTE AMC atau Adaptive Modulation Coding merupakan teknik modulasi dan pengkodean sebagai suatu bentuk adaptasi link dengan memanfaatkan CQI (Channel Quality Indicator): CQI bagus  modulasi berorde & coding rate tinggi CQI buruk  modulasi berorde & coding rate rendah Code rate : besar kecilnya bit redundant pada bit informasi. Code rate yang paling besar bernilai 1 (tidak ada bit redundant) Contoh : QPSK ½  setiap 1 bit memiliki 1 bit redundant Kelebihan penggunaan AMC: a. Menyeimbangkan kebutuhan BW b. Menyeimbangkan kualitas sambungan  diukur dari SINR

Teknologi Pendukung LTE: AMC Blok Diagram Transceiver AMC

LTE Multiplexing Techniques Multiplexing merupakan teknik menggabungkan beberapa sinyal informasi sebelum dikirimkan Teknik multiplexing 4G  Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) OFDM  dikembangkan dari FDM (teknik multiplexing pada 1G) FDM vs OFDM: Efisiensi spektrum

LTE Multiplexing Techniques Blok diagram OFDM:

LTE Multiplexing Techniques Ilustrasi blok transceiver OFDM sisi downlink [1]

LTE Multiple Access Techniques

LTE Frame Structure

Radio Access Mode

Antenna MIMO

Data Transmission & Reception

Downlink Data Transmission & Reception Step 1: Base station mengirim scheduling command  dituliskan dalam Downlink Control Information (DCI)  dikirim melalui PDCCH Step 2: BS mentransmisikan data  melalui DL-SCH & PDSCH Step 3: UE mengirim hybrid ARQ acknowledgement kepada BS sebagai tanda data yang dikirimkan sudah benar atau belum  melalui

Uplink Data Transmission & Reception Data informasi yang dikirim UE ke BS: ukuran transport block, resource block allocation dan modulation scheme. In one technique, the base station can trigger a non adaptive re-transmissionby sending the mobile a negative acknowledgement on the PHICH. The mobile then re-transmits the data with the same parameters that it used first time around. Alternatively, the base station can trigger an adaptive re-transmissionby explicitly sending the mobile another scheduling grant. It can do this to change the param-eters that the mobile uses for the re-transmission, such as the resource block allocation or the uplink modulation scheme. If the mobile receives a PHICH acknowledgement and a PDCCH scheduling grant in the same subframe, then the scheduling grant takes priority. Step 1: Base station mengirim scheduling command  melalui PDCCH Step 2: UE merespon BS dengan mengirim data informasi yang dibutuhkan  melalui UL-SCH dan PUSCH Step 3: Jika data yang diterima BS benar, BS mengirim ACK melalui PHICH atau NACK jika sebaliknya.

Error Management

Operasi selective re-transmission dari skema ARQ Automatic Repeat Request (ARQ) Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK Blok diagram transceiver yang menggunakan ARQ Operasi selective re-transmission dari skema ARQ

Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK Blok diagram transceiver HARQ

Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) Modulasi khusus yang digunakan pada saat BS mengirimkan sebuah Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) ke UE  BPSK Operasi stop-and-wait di dalam HARQ

LTE Devices

LTE Devices Antena Directional Antenna yang digunakan yaitu XXPol 1710-2170MHz 2X Dual-band Directional Panel Antennas. Model: KBT65DP15-1820AT3

Spec Antenna

RBS 3206

Microwave Antenna

Link Budget

Link Budget

Pendimensian jaringan Pengoptimalan jaringan Link Budget Alur perencanaan jaringan seluler LTE Radio Link Budget Pendimensian jaringan Penentuan cakupan Perancanaan kapasitas dan cakupan Perkiraan kapasitas Pengoptimalan jaringan

Link Budget Perencanaan jaringan seluler LTE a. Perencanaan sel Capacity planning Coverage planning Planning result analysis Estimasi jumlah pelangaan, trafik pelangaan dan kapasitas sel. analisis link budget dan model propagasi. coverage dan capacity yang bisa mencakup dan melayani daerah perencanaan.

Estimasi jumlah pelangaan, trafik pelangaan dan kapasitas sel. Link Budget Mulai Perhitungan jumlah pelanggan Perhitungan OBQ Perhitungan kapasitas sel Perhitungan luas cakupan sel Perhitungan jari-jari sel Perhitungan jumlah sel Perhitungan MAPL Perhitungan pathloss Perhitungan daya terima selesai Capacity planning Estimasi jumlah pelangaan, trafik pelangaan dan kapasitas sel. Perencanaan jaringan seluler LTE b. Perencanaan jaringan LTE c . Perencanaan Transmission Network d . Perencanaan Core Network

analisis link budget dan model propagasi. Planning Coverage Coverage planning Radio Link Budget MAPL (Maximum Allowable path loss) PL = PT + GT + GR - LS - PR lsdk analisis link budget dan model propagasi.

Link Budget

Link Budget

Link Budget

Link Budget Typical Parameter Values 

Link Budget Uplink Budget 

Link Budget Downlink Budget

Link Budget Propagation (Path Loss) Models

References

[1] Christopher Cox, An introduction to LTE : LTE, LTE-advanced, SAE and 4G mobile communications, John Wiley & Sons, United Kingdom, 2012. [2] Usman, Uke K., et al, 2011, Fundamental Teknologi Seluler LTE, Rekayasa Sains: Bandung. [3] http://teknologi-4g-lte.blogspot.co.id/2015/05/arsitektur-lte.html

THANK YOU