Teknologi WiMAX

Pendahuluan.

Teknologi WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) adalah teknologi nirkabel berbasis kepada standard IEEE802.16 yang dikembangkan oleh IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Nama WiMAX mengacu kepada organisasi WiMAX Forum yang bertugas untuk mensertifikasi compatibility dan interoperability perangkat-perangkat yang digunakan di jaringan berbasis WiMAX. Produk-produk yang telah lolos pengujian standard industri ini akan diberikan label “WiMAX Forum Certified^TM”.

Teknologi WiMAX memberikan solusi broadband nirkabel untuk komunikasi terestrial dengan wilayah jangkauan yang lebih luas dan memberikan Quality of Service (QoS) yang lebih bagus dibandingkan dengan WiFi (IEEE 802.11). Jaringan dengan menggunakan teknologi WiMAX sudah dapat digolongkan sebagai MAN (Metropolitan Area Networks). Teknologi WiMAX saat ini lebih difokuskan pada fixed wireless access, dan belum sepenuhnya mendukung mobilitas seperti halnya pada jaringan seluler. Kurangnya kemampuan mobilitas ini belum menempatkan WiMAX pada WAN (Wide Area Networks) seperti halnya teknologi-teknologi lain yang berbasis seluler.


TEKNOLOGI  WiMAX 

Belakangan ini, teknologi nirkabel WLAN (Wireless Local Area Networks) berbasis IP yang disebut Wi-Fi [49] menjadi alternatif yang populer digunakan untuk mengakses Internet, karena faktor biaya yang lebih murah dan instalasi yang cepat. Pada dasarnya, teknologi ini merupakan pengembangan teknologi LAN (Local Area Networks) pada media nirkabel menggunakan standard IEEE802.11 [10]. Karena rancangan awalnya untuk jaringan lokal, solusi ini relatif murah dan dengan menggunakan tranmit power yang rendah dapat bekerja secara efisien pada unlicensed ISM band. Keuntungan dari segi biaya dan keterbukaan dari standard IEEE mendorong pemanfaatan perangkat WiFI yang di-customised untuk wilayah jangkauan yang lebih luas (outdoor atau extended LAN). Cara ini banyak juga digunakan oleh komunitas ICT di Indonesia untuk neighbourhood network misalnya RT/RW Net. Konsekuensi dari penggunaan power yang lebih besar untuk wilayah jangkauan yang lebih luas dengan menggunakan unlicensed ISM band adalah potensi interferensi. Oleh karena itu perlu adanya pengaturan maksimum transmit power [38,39], walaupun cara praktis di lapangan seperti pengaturan arah antena dapat mengurangi interferensi. Di sini kita melihat bahwa peningkatan coverage dibatasi oleh interferensi yang berarti batasan dari segi kapasitas throughput dari jaringan.

Untuk menjawab persoalan di atas, diperlukan teknologi nirkabel broadband yang dirancang untuk cakupan area yang lebih luas, dan salah satunya adalah IEEE802.16. Produk ini umumnya dikenal dengan nama WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) yang merujuk pada nama forum atau organisasi nirlaba yang bertugas untuk mensertifikasi compatibility dan interoperability produk-produk yang mengacu pada standard IEEE802.16. Antusiasme muncul di komunitas ICT, bahwa solusi berbasis WiMAX akan memberikan kemudahan dalam akses Internet untuk area jangkauan yang lebih luas dan potential capacity yang lebih besar, sehingga memungkinkan penggunaan base station (BS) atau access point yang lebih sedikit. Ada juga opini bahwa perkembangan IEEE802.16 (WiMAX) ke mobile WiMAX akan menuju jaringan IP sepenuhnya dengan topologi jaringan dan kemampuan mobilitas yang menyerupai jaringan komunikasi cellular.

Penjelasan di atas baru berkisar pada ketersediaan teknologi yang layak (feasible) untuk kondisi Indonesia. Ada suatu konsep menarik disampaikan dengan melihat permasalahan dari sudut kebutuhan, di mana ada stimulasi yang tepat untuk mendorong penggunaan aplikasi ICT yang akan melipatgandakan traffic demand, dan konsekuensinya mendorong investasi yang dapat mempercepat penyediaan infrastruktur akses informasi. Penggunaan konsep ini memerlukan pemetaan kebutuhan ICT pada kondisi masyarakat Indonesia yang heterogen.

Di dalam penerapannya, teknologi WiMax akan co-exist dengan teknologi nirkabel lainnya, misalnya WiFi. Di Indonesia, teknologi WiFi banyak di-customised untuk pemakaian outdoor, sehingga diperlukan suatu skenario integrasi apabila WiMAX digunakan. Dari media transmisi, umum dianggap bahwa teknologi nirkabel memberikan solusi lebih murah dan pengembangan yang lebih cepat dibandingkan teknologi dengan menggunakan media kabel. Namun, teknologi nirkabel memiliki keterbatasan dari sudut interferensi, dan oleh karena itu perancangan teknologi nirkabel harus mempertimbangkan resources berikut yang saling terkait, yaitu frekuensi spektrum (bandwidth), infrastructure density (cost) dan power consumption (energy) [53]. Dari sudut koneksi (switching) terdapat dua wilayah yaitu circuit-switching seperti halnya koneksi telepon traditional atau packet-switching seperti halnya protokol IP (Internet Protocol) yang digunakan di Internet. Ada kecenderungan konvergensi atau sinergi dari kedua wilayah di atas.

A. Broadband Wireless Access (BWA)

Pengertian broadband umumnya terkait dengan bandwidth yang lebar untuk pengiriman data. Namun menentukan batasan dari lebar bandwith untuk menggolongkan broadband relatif subjektif karena akan tergantung dari sudut pandangnya. Menurut ITU di dalam konteks B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Networks), broadband didefinisikan sebagai kemampuan pengiriman yang lebih cepat dari primary rate ISDN. Batasan yang dipakai umumnya 2.048 Mbps, atau batasan lebih rendah di 512 Kbps atau 256 Kbps, dan tentunya lebih cepat dari koneksi dial-up. Di lain pihak, broadband juga dapat diartikan sebagai multi layanan dalam satu stream transmisi data.

Adanya teknologi broadband memungkinkan layanan multimedia yang mencangkup gambar, audio dan video, misalnya video telephony, video dan audio streaming, multimedia messaging, interactive tv, dan berbagai konvergensi layanan lainnya. Sedangkan potensi aplikasi di Indonesia sangatlah luas, sebagai contoh penggunaan e-Government, e-commerce, e-learning, berita dan dunia hiburan, yang sekaligus merupakan cara perluasan akses informasi bagi masyarakat Indonesia.

Keterbatasan infrastruktur jaringan broadband masih merupakan kendala utama di Indonesia. Infrastruktur jaringan itu sendiri umumnya terbagi atas jaringan backbone, regional dan akses. Adapun infrastruktur jaringan akses sebagai fokus kegiatan ini mencankup banyak koneksi ”last-mile” dari pengguna ke core networks (backbone dan regional).

Ada beberapa pilihan teknologi yang dapat digunakan untuk media akses, seperti penggunaan kabel (copper atau fibre optics) atau media nirkabel (terrestrial atau satellite). Solusi-solusi teknologi yang tersedia meliputi ADSL, cable modem, BWA (Broadband Wireless Access) atau pun fitur interactive dari DVB ( Digital Video Broadcasting). Salah satu pilihan teknologi yang menawarkan fleksibilitas dalam penyediaan infrastruktur akses broadband adalah solusi nirkabel, yaitu BWA.

Pemilihan teknologi BWA perlu didasarkan atas kebutuhannya, seperti jarak jangkauan, kemampuan mobilitas, kecepatan transfer data, dan solusi sifatnya terbuka atau proprietary.  Pemilihan teknologi yang didukung badan standardisasi lebih menguntungkan pengguna dan vendor perangkat secara umum karena tidak terkunci dengan satu penyedia perangkat serta adanya dukungan interoperabilitas (interoperability). Organisasi yang cukup dominan dalam aktivitas standardisasi untuk BWA adalah IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) dan ETSI (European Telecommunications Standard Institute), dengan berbagai produk yang telah popular di pasar.

Teknologi WiMAX yang didasarkan atas standard IEEE802.16,  teknologi ini masih dalam tahap pengembangan, dan oleh karenanya perlu dikaji hubungannya dengan teknologi-teknologi BWA lainnya yang telah berkembang dan tentunya yang tidak bersifat proprietary.

B. Standard IEEE802.16

Standard IEEE802.16 pada dasarnya merujuk pada spesifikasi physical layer dan MAC (Medium Access Control) layer  dari model referensi OSI .  Standard ini telah mengalami penyempurnaan-penyempurnaan dan spesifikasinya ditandai dengan beberapa variant dari IEEE802.16 . Spesifikasi dari standard ini mencakup sekelompok air interface yang juga umum disebut sebagai IEEE air interface WirelessMAN^TM.

Teknologi WiMAX yang ada saat ini didasarkan atas standard IEEE802.16-2004 untuk fixed wireless access. Oleh karena itu, pada laporan ini penjelasan dari standard IEEE802.16 lebih banyak mengacu kepada IEEE802.16-2004, karena konsep yang sama juga akan berlaku pada standard lanjutan dari IEEE802.16-2004 dengan penyempurnaan kemampuan pada tiap layer.

C. Physical (PHY) Layer

Physical layer di sini menjelaskan radio interface dari IEEE802.16 yang ditujukan untuk rentang frekuensi dari 2 sampai 66 GHz. Sedangkan rancangan dari 2 sampai 11 GHz didorong atas keperluan akan sistem yang tidak mahal dan fleksibel untuk kondisi non-line of sight (NLOS). Standard IEEE802.16 memberikan 3 spesifikasi untuk air interface, yaitu:

1. WirelessMAN^TM-Sca :  air interface yang menggunakan modulasi single carrier.
2. WirelessMAN^TM-OFDM : air interface yang menggunakan modulasi 256-carrier OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Sedangkan metoda akses dari subscriber station yang berbeda menggunakan TDMA (Time Division Multiple Access).
3. WirelessMAN^TM-OFDMA : air interface yang menggunakan modulasi 2048-carrier OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Untuk multiple access, digunakan kombinasi antara TDMA (Time Division Multiple Access) dan OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Pada OFDMA, beberapa himpunan bagian dari carriers digunakan untuk sebuah penerima tertentu.

Skema single carrier memiliki tingkat kompleksitas yang rendah dan digunakan untuk band frekuensi 10-66 GHz yang mensyaratkan jalur line-of-sight (LOS). Sedangkan skema OFDM dan OFDMA diperuntukkan  pada band frekuensi kurang dari 11 GHz, dan dapat beroperasi pada kondisi non line-of-sight (NLOS). Dalam hal ini WiMAX Forum memilih untuk fokus di 256 carrier OFDM dengan alasan sebagai berikut :

• Peak-to-average ratio yang lebih rendah.
• Perhitungan Fast Fourier Transform (FFT) yang lebih cepat.
• Persyaratan yang lebih ringan untuk sinkronisasi frekuensi.

Dari 256 carrier yang tersedia, 192 digunakan untuk traffic data, 56 dikosongkan untuk guard band, dan 8 digunakan untuk simbol-simbol pilot. Untuk mendukung potensi interoperabilitas yang sifatnya global, channel bandwidth dibuat variabel dari 1.25 MHz sampai maksimum 20 MHz.

Proses transmisi data dapat dipecah menjadi beberapa frame. Untuk setiap frame, dapat disusun suatu profil (burst profile) untuk transmisi yang sifatnya physical dengan parameter-parameter yang disesuaikan dengan kondisi kanal. Fitur-fitur lainnya di Physical Layer yang dapat mendukung kinerja sistem adalah sebagai berikut:

• Adaptive Modulation dan Coding : Untuk tiap burst profile, dapat dilakukan kombinasi dari adaptive modulation dan coding. Hal ini ditujukan untuk mencapai data rate dan robustnest  yang optimal yang disesuaikan dengan kondisi kanal dan interferensi. Skema modulasi yang dapat digunakan adalah BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quarternary Phase Shift Keying), 16-QAM (16-quadrature Amplitude Modulation), dan 64-QAM.
• Adaptive Antenna Systems : Standard IEEE802.16 dirancang untuk bisa mendukung sistem antena cerdas (smart antenna system) sehingga dengan memanfaatkan antena cerdas ini diharapkan interferensi yang terjadi bisa ditekan dan dapat menaikkan gain sistem.
• Standard IEEE802.16 mendukung TDD (Time Division Duplexing) dan FDD (Frequency Division Duplexing) dalam mengalokasikan bandwidth pada kanal uplink dan downlink :

1. TDD : Kanal data untuk uplink dan downlink menggunakan kanal frekuensi yang sama, tapi tidak ditransmisikan bersamaan. Pemisahan pengiriman data dilakukan di domain waktu, yaitu tiap TDD frame terdiri satu downlink subframe yang kemudian diikuti oleh satu uplink subframe. Durasi tiap subframe dapat berbeda, karena untuk tiap suframe dapat dialokasikan slot-slot physical yang dapat diatur disesuikan dengan kebutuhan bandwidth.
2. FDD : Kanal data untuk uplink dan downlink menggunakan kanal frekuensi yang berbeda, sehingga transmisi data untuk uplink dan downlink dapat dilakukan serentak. Di sini durasi dari subframe uplink dan downlink adalah sama dengan durasi dari tiap frame.

OFDM, yang merupakan teknik modulasi multi-carrier, yang digunakan oleh IEEE802.16 dan juga diadopsi oleh WiMAX, merupakan teknik yang digunakan oleh beberapa standard nirkabel masa depan, seperti Digital TV, Wireless LAN, Metropolitan Area Networks, dan seluler. Dengan OFDM, data-data yang telah dimodulasi sebelumnya ditransmisikan secara pararel melalui sub-carrier- sub-carrier. Dengan cara ini, tiap sub-carrier menduduki bandwidth yang sempit, dan kondisi kanal hanya mempengaruhi amplitude dan phase dari sub-carrier.

Oleh sebab itu, untuk mengatasi frequency-selective fading lebih mudah dilakukan pada OFDM karena hanya diperlukan kompensasi dari amplitude dan phase dari tiap sub-carrier. Signal processing dari OFDM juga relatif mudah karena hanya diperlukan dua FFT (Fast Fourier Transform), masing-masing satu di transmitter dan receiver. Salah satu kekurangan dari OFDM adalah pada peak-to-average power ratio, walau modulasi yang sederhana seperti QPSK dilakukan pada sub-carrier. Hal ini disebabkan karena power dari sinyal yang ditransmisikan merupakan penjumlahan power dari banyak sub-carrier sehingga berdampak pada biaya dari power amplifier.

D. Medium Access Control (MAC) Layer

MAC pada IEEE802.16 sifatnya adalah connection-oriented, di mana komunikasi data terwujud dalam konteks koneksi. Koneksi di sini terkait dengan manajemen koneksi antara dua node, misalnya antara base station dan subscriber station, yang disesuaikan dengan quality of service (QoS) yang telah disepakati, baik untuk traffic yang sifatnya continuous ataupun bursty. Pada MAC layer, koneksi dengan QoS yang telah ditetapkan ini disebut sebagai service flow.

Pengelolaan koneksi dilakukan dengan penjadwalan transmisi data (scheduling) dan koordinasi diantara terminal pengirim data. Di sini terlihat perbedaan yang signifikan dengan IEEE802.11 yang menggunakan mekanisme akses secara acak. Standard IEEE802.16 memberikan spesifikasi untuk mekanisme scheduling bagi berbagai jenis traffic yang heterogen dan bandwidth request-grant.  Tapi mekanisme scheduling itu tidak diberikan secara detil dan pengguna dapat merancang mekanisme scheduling yang lebih optimal untuk mendukung berbagai jenis layanan dengan QoS yang berbeda-beda, namun tetap menjamin fairness dari setiap service flow. Selain itu, detil dari manajemen reservasi juga tidak ditetapkan di dalam standard. Kebebasan untuk merancang teknik scheduling dan manajemen reservasi memberikan peluang untuk membedakan kemampuan dari perangkat-perangkat yang ada di pasar.

IEEE802.16 MAC layer juga dirancang untuk mendukung TDD (Time Division Duplex) dan FDD (Frequency Division Duplex) framing di PHYr, seperti dijelaskan pada sub-bab 3.3.1. TDD memisahkan traffic uplink dan downlink dari segi waktu, sedangkan FDD menggunakan frekuensi. Baik TDD dan FDD memiliki kelebihan dan kekurangan, tergantung dengan penggunaannya.

Untuk TDD, tiap traffic stream dipecah menjadi beberapa frames yang dikirim pada time-slot yang berbeda-beda disesuaikan dengan transmisi uplink atau downlink. TDD menawarkan efisiensi dalam penggunaan spektrum frekuensi dikarenakan setiap transmisi menggunakan frekuensi yang sama dan tidak diperlukan guard band untuk memisahkan traffic uplink dan downlink. Sedangkan pengalokasian bandwidth secara dinamis untuk tiap traffic dilakukan dengan pengalokasian time-slot. Fitur ini cocok untuk aplikasi-aplikasi dengan traffic yang sifatnya asimetris, misalnya traffic Internet pada koneksi last-mile di mana traffic downlink jauh lebih besar dari pada traffic uplink.

Pada FDD, pengalokasian bandwidth kurang fleksibel, dikarenakan traffic uplink dan downlink sudah ditetapkan pita frekuensi yang berbeda. Selain itu, biaya perangkat FDD juga dapat lebih mahal karena diperlukan transmitter dan receiver yang terpisah. Dikarenakan kanal bandwidth pada FDD sifatnya simetris (50% untuk uplink dan 50% untuk downlink), maka FDD cocok untuk aplikasi-aplikasi yang sifatnya simetris, misalnya untuk transmisi voice.

Untuk mendukung penggunaan yang lebih luas, WiMAX Forum menyertakan kedua teknik duplexing ini pada produk-produknya. Mode TDD cocok digunakan untuk last-mile access, sedangkan FDD cocok digunakan untuk cellular/T1 backhaul. Selain itu, pemilihan TDD/FDD juga dipengaruhi oleh regulasi yang dapat berbeda untuk tiap negara.

Dari segi protocol layering , MAC layer dibagi atas 3 sub-layer, sbb :

1. MAC Convergence sub-layer : Sub-layer ini bertugas untuk melakukan packet classification dan payload header supression. Packet classification bertugas untuk memetakan data yang diterima dari protokol yang berbeda, misalnya ATM atau sistem paket data lainnya, menjadi service flow seperti yang didefinisikan pada MAC layer. Sementara itu, payload header supression sifatnya opsional, dan digunakan untuk menghilangkan informasi dari paket yang diterima, yang sifatnya redundant.
2. MAC Common Part sub-layer : Sub-layer ini bertugas melakukan tugas umum dari MAC layer, yaitu sebagai kendali dan pengaturan sumber daya radio yang terbatas ke tiap node. Tugas ini meliputi yaitu : Schedule transmisi data, Pengaturan QoS, dan Manajemen koneksi.
3. MAC Security sub-layer : Sub-layer ini menyediakan authentication, encryption dan decryption untuk keamanan dalam akses jaringan dan pembuatan koneksi.

Standard IEEE802.16 mendefinisikan 5 mekanisme scheduling atau QoS Class dalam pembuatan koneksi, sbb. :

1. Unsolicited Grant Service (UGS): Service ini digunakan untuk traffic yang sifatnya real-time di mana data yang ukurannya tetap muncul pada interval yang periodik, misalnya VoIP tanpa silence suppression atau aplikasi-aplikasi lainnya yang mensyaratkan bit rate yang tetap.
2. Real-time Polling Service (rtPS) : Service ini digunakan untuk traffic yang sifatnya real time di mana ukuran data yang muncul tidak tetap (variabel) pada interval yang periodik, misalnya MPEG video.
3. Non-real-time Polling Service (nrtPS) : Service ini digunakan untuk traffic yang sifatnya tidak real-time tapi pada saat-sat tertentu ukuran datanya besar, misalnya FTP dengan bandwidth yang besar.
4. Best Effort (BE) : Service ini digunakan untuk best-effor traffic yang tidak memberikan jaminan transmisi. Cocok digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang tidak sensitif dengan time-delay.
5. Extended-real-time Polling Service (ertPS): Service ini adalah kombinasi antara UGS dan rtPS. Contoh penggunaannya adalah untuk VoIP dengan silence suppresion.

E. Sertifikasi WiMAX Forum 

Seperti dijelaskan pada sub-bab sebelumnya, standard IEEE802.16 memiliki banyak pilihan fitur-fitur yang dapat diimplementasikan sesuai dengan kebutuhan pengguna. Namun banyaknya pilihan ini dapat menyulitkan vendor perangkat dalam mengembangkan produk-produknya yang kompetitif dan dapat berkomunikasi satu dengan yang lain. Selain itu, standard IEEE802.16 lebih fokus pada pengembangan persyaratan spesifikasi dan belum menciptakan teknik referensi pengujian dari spesikasi-spesikasi itu. Pengujian dari spesifikasi ini sangatlah penting untuk menguji apakah suatu perangkat telah benar-benar memenuhi standard yang yang telah ditentukan serta menjamin perangkat yang dihasilkan dari vendor yang berbeda diuji dengan cara yang sama. Adanya referensi teknik pengujian juga memungkinkan adanya pengujian dari pihak yang netral.

Hal lain yang perlu diperhatikan adalah perlunya conformance specifications, di mana ada metoda standard dalam menentukan apakah suatu perangkat telah memenuhi fitur-fitur yang disyaratkan, kemudian fitur-fitur tambahan apa saja yang diimplementasikan. Adanya conformance specifications akan memudahkan pemilihan perangkat-perangkat yang disesuaikan dengan kebutuhan.

Dari penjelasan di atas, dapat dilihat bahwa memahami proses sertifikasi sangatlah penting untuk memperoleh gambaran yang lebih akurat untuk produk-produk yang telah disertifikasi ataupun yang masih dalam tahap pengujian. Untuk merealisasikan penggunaan produk-produk berbasis standard IEEE802.16 di jaringan komunikasi yang nyata, dan bukan hanya percobaan yang sifatnya akademis berdasarkan spesifikasi standard, beberapa vendor perangkat nirkabel kemudian pada tahun 2001 membentuk suatu organisasi yang dinamakan WiMAX Forum. 

Organisasi ini bertugas untuk memajukan penggunaan standard global untuk broadband wireless access, dan mensertifikasi interoperability antar teknologi perangkat yang tersedia. Organisasi ini tidak hanya mendasarkan produk-produknya pada standard IEEE802.16, tapi juga standard ETSI HiperMAN yang merupakan standard broadband wireless access di Eropa. Diharapkan dengan adanya standard industri yang sifatnya global dapat meningkatkan kompetisi di antara vendor perangkat broadband wireless access, sehingga dapat menurunkan harga perangkat dan meningkatkan penetrasi akses informasi menggunakan sarana broadband wireless access.

Agar mendukung interoperability, forum ini mengembangkan profil-profil di mana terdapat fitur-fitur yang sifatnya wajib atau pilihan bagi vendor dalam mengembangkan produknya. Forum ini juga mengembangkan conformance specifications dari produk-produk berbasis WiMAX yang mengacu kepada ETSI HiperMAN PICS (Protocol Implementation Conformance Statement). Produk-produk yang telah memenuhi spesifikasi yang disyaratkan akan diberi label “WiMAX Forum Certified^TM”.

Produk-produk yang telah WiMAX Forum Certified^TM tidak selalu berarti dapat berkomunikasi satu dengan yang lain, misalnya apabila produk-produk itu beroperasi pada frekuensi yang berbeda. Untuk itu, WiMAX Forum menggunakan dua jenis profil pada beberapa jenis produk yang berbeda namun menggunakan teknologi yang sama. Profil-profil tersebut adalah :

1. System profiles : Profil-profil ini berisi persyaratan dasar yang harus dipenuhi oleh semua sistem WiMAX. Profil pertama didasarkan atas standard IEEE802.16-2004, dan ditujukan untuk fixed dan nomadic access. Profil yang kedua didasarkan atas standardIEEE802.16e, dan ditujukan untuk mendukung mobile access.
2. Certification profiles : Untuk setiap system profile, terdapat beberapa certification profiles. Selain itu, certification profiles juga didasarkan atas pita spektrum frekuensi, lebar kanal, dan jenis duplexing yang digunakan. Saat ini terdapat 5 profil yang telah didefinisikan untuk system profile berdasarkan IEEE802.16-2004. Profil-profil lainnya yang diusulkan, beberapa darinya berasal dari sistem yang sifatnya proprietary, adalah untuk lebar kanal 10 MHz pada pita frekuensi 2.3 GHz, lebar kanal 5 MHz pada pita frekuensi 2.5 GHz, dan lebar kanal 3.5 dan 7 MHz untuk pita frekuensi 3.3 GHz.

Untuk mendapatkan sertifikasi, diperlukan dua kali pengujian, yaitu :

1. Compliance testing
Pengujian ini dilakukan agar setiap produk WiMAX memenuhi spesifikasi yang ditetapkan pada system profile.


2. Interoperability testing
Pengujian ini dilakukan agar produk-produk yang berasal dari vendor-vendor yang berbeda dapat beroperasi pada jaringan yang sama.

Proses sertifikasi WiMAX meliputi beberapa gelombang, dengan jadwal , di mana produk komersial WiMAX dapat diluncurkan pada awal tahun 2006 yang didasarkan pada gelombang pertama sertifikasi.

Dilihat dari jadwal sertifikasi, para vendor dan operator jaringan dapat memiliki pendekatan yang berbeda. Vendor-vendor seperti Airspan, Aperto, Proxim, Redline langsung masuk pada sertifikasi gelombang pertama untuk pengujian air interface. Ada pula vendor yang menunggu, atas dasar nilai ekonomis, sampai terdapat pengujian dengan fitur-fitur yang lebih lengkap, misalnya yang mendukung QoS, portability, mobility, dsb. Alvarion menunggu sampai pengujian yang mendukung QoS, sedangkan beberapa vendor lainnya seperti Alcatel, Motorola, Nortel akan fokus pada sertifikasi yang mendukung mobility. Jadwal sertifikasi ini juga penting untuk rencana bisnis dari operator jaringan, karena jenis dan kualitas layanan yang akan disediakan akan terkait dengan fitur-fitur yang akan disediakan oleh perangkat-perangkat WiMAX yang disertifikasi.

Perlu diketahui juga bahwa selain WiMAX terdapat pula beberapa standard wireless broadband access yang sifatnya proprietary yang digolongkan sebagai pre-WiMAX, misalnya WiBro yang dikembangkan di Korea, dan CCSA di Cina. Standard-standard ini diprediksi akan konvergen menuju mobile WiMAX yang mengacu ke standard IEEE802.16e

Mobile WiMAX dirancang untuk mendukung mobilitas penuh (full mobility), dengan fasilitas handover dan roaming ke wilayah jangkauan base station atau provider yang lain menggunakan teknologi yang sama. Mobilitas pada jaringan yang menggunakan teknologi yang sama disebut dengan homogeneous mobility. Selain mobilitas seperti di atas, teknologi nirkabel masa depan mengharapkan adanya mobilitas dari pengguna dari jaringan yang satu ke yang lain dan transparan dengan teknologi yang digunakan, atau dikenal dengan heterogeenous mobility. Untuk tahap awal, WiMAX Forum fokus pada homogeneous mobility dengan pengembangan arsitektur jaringan yang lebih tinggi yang mendukung handover dan roaming. Sedangkan heterogeneous mobility masih dalam tahap riset awal, dan masih menunggu matangnya teknologi mobile WiMAX yang didasarkan atas standard IEEE802.16e.

F. Perbandingan WiMAX dengan Wi-Fi

Sebagai suatu teknologi yang sedang dalam tahap perkembangan, adalah penting untuk membandingkan WiMAX dengan teknologi nirkabel lainnya yang telah sukses di pasar, salah satunya adalah teknologi Wi-Fi (Wireless Fidelity) yang didasarkan atas standard IEEE802.11.  Dapat terlihat bahwa fitur-fitur Wi-Fi senantiasa bertambah, baik dalam hal kecepatan transfer data,  penambahan fitur keamanan jaringan dan quality of service (QoS). Bahkan spesifikasi yang terbaru, IEEE802.11n, telah menargetkan kecepatan transfer data melebihi 100 Mbps. Selain itu, di pasar juga telah tersedia sistem Wi-Fi yang telah di-customised, dan dengan menggunakan antena terarah dapat memperluas jarak jangkau jaringan.

Hal terpenting yang membatasi peningkatan kemampuan transfer data dan jarak jangkaun dari Wi-Fi adalah pada mekanisme MAC (Medium Acces Control) yang digunakan, yaitu mekanisme suatu node untuk berhubungan dan berkomunikasi dengan node yang lain. Penggunaan Wi-Fi untuk jarak jangkau yang luas rentan dengan faktor interferensi, dikarenakan Wi-Fi dirancang spesifik untuk local area network. Oleh karena konsep dasar dari Wi-Fi berbeda dengan WiMAX, maka dapat disimpulkan di sini bahwa Wi-Fi dan WiMAX berada pada domain yang berbeda namun dapat berfungsi untuk saling melengkapi.

Perbandingan WiMAX dan Wi-Fi dapat dilakukan pada physical dan MAC layer dari standard IEEE802.11 dan 802.16. Pada physical layer, standard IEEE802.16 memungkinan variasi ukuran kanal, sedangkan untuk Wi-FI dibuat tetap. Pemakaian Wi-Fi optimal untuk jarak penggunaan sampai 100 meter karena dirancang untuk local area networks, sedangkan WiMAX memiliki jangkaun yang lebih jauh dan masih tetap berfungsi pada kondisi non-line of sight (NLOS). Dalam hal penggunaan frekuensi, spesifikasi Wi-Fi berada pada pita frekuensi yang tidak memerlukan lisensi, yaitu pada 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical ) dan 5 GHz UNII (Unlicensed National Information Infrastructure)

Pada MAC layer, terdapat perbedaan mendasar antara mekanisme akses di WiFi dan WiMAX. Untuk memulai komunikasi di Wi-Fi, node yang akan mengirim data lebih dahulu mendengarkan apakah ada node lainnya dalam wilayah jarak transmisinya (transmission range). Apabila tidak ada, node pengirim akan mengirim paket datanya, sedangkan apabila ada, node pengirim akan menunggu selama waktu yang diambil acak sebelum mencoba kembali. Apabila node penerima menerima beberapa paket sekaligus dari beberapa node pengirim, maka akan terjadi kesalahan penerimaan (packet collisions).

Teknik akses random ini umum disebut dengan CSMA/CA (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Sedangkan untuk WiMAX,   berlaku grant-request MAC dan scheduling, di mana node pengirim terlebih dahulu meminta koneksi kepada base station sesuai dengan QoS yang diinginkan, dan node pengirim dapat mengirimkan paket setelah diperintahkan oleh base station. Pada WiMAX, akses pada uplink menggunakan TDMA (Time Division Multiple Access), dan TDM (Time Division Multiplexing) pada downlink, sehingga lebih menjamin kualitas dan kapasitas transmisi walaupun mekanismenya lebih kompleks daripada transmisi secara random.

Perbandingan yang lebih detil antara WiMAX dan Wi-Fi :

Jarak


WiMAX (IEEE802.16)

• Optimal untuk jarak penggunaan di bawah 100 meter.
• Jangkauan dapat diperluas dengan menggunakan directional antenna.

Wi-Fi (IEEE802.11).

• Dapat digunakan sampai jarak 50 km.
• Ukuran cell yang optimal antara 7-10 km

Coverage

WiMAX (IEEE802.16) : Optimal untuk pemakaian di dalam ruangan
Wi-Fi (IEEE802.11).

• Dirancang untuk penggunaan di luar ruangan
• Dapat digunakan dalam kondisi NLOS (Non-Line of Sight).

Skalabilitas

WiMAX (IEEE802.16)

• Tersedia 3 kanal yang non-overlapping pada IEEE802.11b
• Tersedia 5 kanal pada IEEE802.11a.
• Kanal bandwidth dibuat tetap.

Wi-Fi (IEEE802.11).

• Kanal hanya dibatasi oleh spektrum frekuensi yang tersedia.
• Kanal bandwidth dibuat fleksibel dari 1,5 MHz sampai 20 MHz.
• Dapat dilakukan frequency re-use pada perancangan cell.

Bit rate

WiMAX (IEEE802.16) : 2,7 bps/Hz peak data rate. Dapat mencapai 54 Mbps pada kanal 20 MHz.
Wi-Fi (IEEE802.11) :5 bps/Hz peak data rate. Dapat mencapai 100 Mbps pada kanal 20 MHz.

• Contention-based MAC.
• Rancangan awal tidak mendukung QoS.

Quality of Service (QoS)

WiMAX (IEEE802.16)

• Contention-based MAC.
• Rancangan awal tidak mendukung QoS.

Wi-Fi (IEEE802.11)

• Grant-request MAC.
• QoS dirancang untuk voice/video, dan differentiated services.

G. Arsitektur Jaringan

Perangkat-perangkat umum yang membentuk arsitektur jaringan WiMAX terdiri dari Base Station (BS) atau Access Point (AP), Subscriber Station (SS), dan interface ke Core Networks, dan network management. Dalam hal interkoneksi jaringan, WiMAX memberi dukungan penuh kepada layanan IP (Internet Protocol), dan terutama untuk penggunaan IPv6 untuk implementasi ke depannya.

Dari segi topologi jaringan, teknologi WiMAX dapat digunakan untuk konfigurasi jaringan “point to point”, “point to multi point” dan “mesh atau ad-hoc”. Namun untuk konfigurasi mesh, saat ini belum diperoleh banyak dukungan dari para vendor perangkat WiMAX.

Point to Point

Pada konfigurasi ini, dua node WiMAX berhubungan secara langsung.  Koneksi backhaul dilalui oleh traffic keseluruhan dari traffic yang dihasilkan di tiap wilayah kerja base station (cell). Oleh karena itu diperlukan koneksi dengan kapasitas yang besar, dan umumnya menggunakan media kabel serat optik atau koneksi microwave. Penggunaan WiMAX untuk backhaul dapat memberikan solusi dengan implementasi yang lebih murah dan cepat dibandingkan dengan penggunaan kabel serat optik..

Point to Multi Point

Pada konfigurasi ini, node-node diorganisasikan ke struktur seluler yang terdiri atas base stations (BS) dan subscriber stations(SS). Kanal transmisi dibagi atas uplink (SS ke BS) dan downlink (BS ke SS), dan setiap SS harus berada pada jarak jangkauan (coverage) paling tidak satu BS.  Dengan struktur seluler dan jumlah kanal yang terbatas, diperlukan suatu rancangan yang optimal untuk pengulangan penggunaan kanal (channel-reuse). Selain itu, untuk mendukung mobilitas penuh seperti halnya mobile WiMAX, maka diperlukan koordinasi antar base station untuk mendukung handover dan roaming.

Mesh atau ad-hoc

Pada konfigurasi ini, setiap node WiMAX dapat berfungsi sebagai router untuk menyampaikan paket ke node tetangganya. Konfigurasi ini dapat dibentuk secara ad-hoc dan tidak mengharuskan adanya koneksi langsung antara base station dan subscriber station. Paket yang dikirim dari satu node dapat mencapai node tujuan secara multihop. Kelebihan dari topologi ini adalah dalam hal fleksibilitas, dan kecepatan dalam instalasi karena tidak diperlukan infrastruktur base station yang tetap yang umumnya memerlukan biaya besar. Selain itu, wilayah jangkauan juga dapat diperluas tanpa perlu meningkatkan power untuk transmisi. Kekurangannya, koneksitas dari topologi ini rentan dikarenakan fluktuasi kanal nirkabel yang acak (fading), dan throughput tiap node berkurang karena adanya aktivitas mengirimkan kembali paket yang diterima (relaying).

Sebagai gambaran dari beberapa produk yang dikembangkan oleh anggota WiMAX Forum dan telah memperoleh sertifikat kelayakan (ditujukan untuk pita frekuensi 3.5 GHz) adalah sbb:

Base Station

Menggunakan TDD (Time Division Multiplexing)
¨    PacketMAX 5000 oleh Aperto Networks (www.apertonet.com).
¨    RedMAX Base station oleh Redline Communications.
¨    SQN2010-RD oleh Sequans Communications.
¨    Tsunamy MP16 3500 oleh Proxim Wireless Corp.

Menggunakan FDD (Frequency Division Multiplexing)
¨    MacroMAX oleh AirSpan Networks.
¨    ExcelMAX BS oleh Axxcelera Broadband Wireless.
¨    WayMAX@vantage oleh Siemens SPA.

Subscriber Station

Menggunakan TDD (Time Division Multiplexing)
¨    RedMAX Subscriber Station oleh Redline Communications.
¨    SQN1010-RD oleh Sequans Communications.

Menggunakan FDD (Frequency Division Multiplexing)
¨    EasyST (Indoor SS) oleh Airspan Networks.
¨    ProST (Outdoor SS) oleh Airspan Networks.
¨    Gigaset SE461 WiMAX oleh Siemens SPA.
¨    SQN 1010-RD (FDD) oleh Sequans Communications.
¨    Wavesat miniMAX 3.5GHz oleh Wavesat Wireless Inc.

H. Penggunaan teknologi WiMAX

Seperti telah dijelaskan, teknologi WiMAX memberikan solusi broadband untuk Metropolitan Area Network (MAN), dengan kinerja yang dapat menyaingi solusi broadband dengan kabel, misalnya ADSL. Selain kinerja jaringan, biaya investasi dan prospek bisnis dari WiMAX juga patut diperhitungkan, apalagi untuk daerah-daerah dengan teledensitas rendah.  Dengan argumentasi seperti di atas, teknologi WiMAX memiliki banyak manfaat dalam penerapannya.

Untuk daerah urban, di mana penekanan lebih besar ke faktor kapasitas dibandingkan dengan jarak jangkauan (distance coverage), beberapa contoh penggunaan teknologi WiMAX adalah sebagai berikut :

• Wireless backhaul untuk WiFi hotspot.
• Broadband wireless access yang dapat menyaingi ADSL untuk kalangan korporasi, usaha kecil atau pun perorangan.
• Cellular base station backhaul.
• Jaringan khusus untuk pelayanan publik, keamanan, dsb.

Sedangkan untuk daerah rural atau terpencil di mana penekanannya lebih ke faktor jarak jangkauan (distance coverage), beberapa contoh penggunaan teknologi WiMAX adalah sebagai berikut :

• Perpanjangan akses melalui wireless ke jaringan kabel yang terdekat (last-mile connection).
• Pendistribusian secara lokal untuk komunikasi melalui satelit.

Teknologi nirkabel khususnya WiMAX juga dapat digunakan untuk sistem komunikasi yang dapat dipasang secara cepat dikarenakan lumpuhnya sistem komunikasi konvesional yang menggunakan kabel. Sebagai contoh adalah instalasi jaringan nirkabel yang dilakukan oleh Yayasan AirPutih di propinsi Nanggroe Aceh Darusalam untuk mempercepat pemulihan infstruktur komunikasi dalam rangka penanggulangan bencana tsunami. Perangkat-perangkat yang digunakan adalah berbasis Pre-WiMAX yang merupakan donasi dari Intel Consortium.

Hasil survey menunjukkan efektivitas penggunaan teknologi pre-WiMAX dalam hal kecepatan instalasi dan data throughput jaringan. Selain itu, tidak banyak kendala dalam pengoperasion jaringan pre-WiMAX ini. Justru, permasalahan yang sering timbul adalah dalam hal ketersediaan infrastruktur fisik (tower) dan listrik yang belum stabil. Hasil survey yang lebih detil ditampilkan pada daftar lampiran

I. Permasalahan Regulasi dalam Alokasi Frekuensi

Alokasi pita frekuensi (frequency bands) yang tepat diperlukan untuk menjamin interoperability perangkat yang bersifat global. Beberapa pita frekuensi yang dialokasikan oleh WiMAX Forum adalah 2,3-2,7 GHz dan 3,3-3,8 GHz  untuk pita frekuensi yang memerlukan lisensi (licensed bands), dan 5,75-5,85 GHz untuk pita frekuensi tanpa lisensi (unlicensed bands).

Penyeragaman pemakaian pita frekuensi tidaklah memungkinkan karena tiap negara memiliki regulasi tersendiri dalam pemilihan alokasi frekuensi. Selain itu, terdapat kemungkinan penggunaan pita frekuensi yang sama oleh layanan komunikasi yang lain. Untuk kasus Indonesia, pita-pita frekuensi tersebut juga digunakan oleh layanan komunikasi satelit dan jalur komunikasi microwave point-to-point [13,38,39].

Alokasi frekuensi adalah salah satu aspek yang utama pada regulasi WiMAX. Kepastian alokasi frekuensi dan batasan wilayah jangkauan akan menjadi masukan bagi operator untuk memprediksi peluang keuntungan yang dapat diperoleh dalam menyelenggarakan jasa komunikasi berbasis WiMAX. Sedangkan dari pihak vendor perangkat WiMAX, kepastian alokasi frekuensi akan menjadi dasar dalam perancangan perangkat yang dapat dipasarkan dalam skala ekonomi yang memadai.

Masyarakat pengguna, dalam hal ini penduduk Indonesia, tentunya mengharapkan layanan komunikasi yang bagus dan murah, dan tidak terikat dengan kebijakan dagang vendor-vendor dan operator-operator tertentu. Oleh karena itu, perlu adanya suatu kebijakan penggunaan teknologi WiMAX yang mendorong penyedian jasa komunikasi berkualitas dengan harga terjangkau. Skala ekonomi yang murah berhubungan dengan pemilihan frekuensi yang banyak dipakai di dunia, namun tanpa mengganggu layanan lain yang menggunakan frekuensi yang sama. Terkait dengan alokasi frekuensi, pemerintah sebagai regulator diharapkan dapat menyusun kebijakan yang ideal dengan mempertimbangkan faktor teknis dan non-teknis akibat dari penggunaan jasa-jasa komunikasi lainnya pada pita frekuensi yang direkomendasikan untuk WiMAX. Hal ini akan dijelaskan lebih lanjut pada Tulisan yang khusus membahas tentang regulasi.

Penutup

Pembahasan tulisan ini telah mengkaji teknologi WiMAX secara teknis, dengan membahas komponen-komponen yang membentuk teknologi WiMAX dan berbagai faktor yang dapat mempengaruhi kinerja dan penerapannya. Hasil kajian menunjukkan “potensi” penggunaan teknologi ini untuk akses broadband dengan kapasitas dan jarak jangkauan yang lebih luas, misalnya kalau dibandingkan dengan teknologi yang popular seperti Wi-Fi.

Namun Wi-Fi dan WiMAX dirancang untuk keperluan yang berbeda sehingga mereka dapat berfungsi untuk saling melengkapi. Juga telah dijelaskan tentang proses standardisasi teknologi WiMAX yang masih terus dalam tahap pengembangan, di mana hal ini harus diperhitungkan dalam implementasi jaringan berbasis WiMAX khususnya di Indonesia. Tulisan ini berupa pemahaman akan teknologi WiMAX, dan menangkap arah trend perkembangannya.



sumber : Kajian Teknologi Wimax Dan Regulasinya Di Indonesia, Puslitbang APTEL, SKDI, 2006