Memahami Code Division Multiple Access (CDMA): Pendekatan Unik untuk Komunikasi Seluler

Dalam evolusi teknologi telekomunikasi seluler, dua nama besar sering disebut berdampingan: GSM (Global System for Mobile Communications) dan CDMA (Code Division Multiple Access). Sementara GSM menjadi standar dominan di sebagian besar dunia, CDMA menawarkan pendekatan yang sangat berbeda dan inovatif untuk mengelola banyak pengguna secara bersamaan di pita frekuensi yang sama. Meskipun saat ini perannya telah banyak digantikan oleh teknologi 4G LTE dan 5G, pemahaman tentang CDMA sangat penting untuk mengapresiasi bagaimana jaringan seluler berevolusi dan bagaimana tantangan kapasitas ditangani.

CDMA bukanlah standar jaringan keseluruhan seperti GSM, melainkan sebuah metode akses saluran (channel access method). Artinya, ini adalah cara bagaimana banyak pengguna dapat berbagi satu sumber daya komunikasi (dalam hal ini, spektrum radio) secara efisien tanpa saling mengganggu. Konsep dasarnya berakar pada teknologi spread spectrum yang dikembangkan untuk komunikasi militer, di mana sinyal disebarkan di atas pita frekuensi yang lebar, membuatnya lebih tahan terhadap jamming dan lebih sulit dideteksi.

Bagaimana CDMA Bekerja: Kekuatan Kode Unik

Perbedaan fundamental CDMA dari metode akses lain seperti FDMA (Frequency Division Multiple Access) yang membagi frekuensi menjadi kanal-kanal sempit, atau TDMA (Time Division Multiple Access) yang membagi waktu menjadi time slot, terletak pada caranya mengizinkan banyak pengguna untuk berbicara pada frekuensi yang sama dan pada waktu yang sama. Bagaimana ini mungkin? Jawabannya ada pada penggunaan kode unik.

Bayangkan sebuah ruangan penuh orang yang berbicara pada saat yang sama. Jika mereka semua berbicara dalam bahasa yang sama, itu akan menjadi kekacauan. Namun, jika setiap kelompok orang berbicara dalam bahasa yang berbeda (meskipun semua orang berbicara pada saat yang sama), mereka dapat berkomunikasi satu sama lain karena mereka hanya mendengarkan “bahasa” (kode) yang mereka pahami. Inilah inti dari CDMA.

Berikut adalah langkah-langkah dasar cara kerja CDMA:

1. Pengkodean Sinyal (Spreading):
   • Setiap bit data suara atau data dari pengguna (misalnya, dari panggilan telepon atau streaming data) dikalikan dengan kode spreading unik yang disebut kode Walsh atau kode pseudorandom noise (PN).
   • Kode ini memiliki laju chip (bit per detik) yang jauh lebih tinggi daripada laju data asli. Proses perkalian ini “menyebarkan” sinyal asli di atas pita frekuensi yang jauh lebih lebar daripada yang dibutuhkan oleh sinyal asli. Ini disebut teknik spread spectrum.
   • Misalnya, jika Anda memiliki 1 bit data, ia mungkin dikalikan dengan 64 chip dalam kode spreading. Jadi, satu bit data sekarang diwakili oleh 64 chip.
2. Transmisi Bersamaan:
   • Sinyal yang disebarkan dari banyak pengguna (masing-masing dengan kode spreading uniknya sendiri) ditransmisikan secara bersamaan melalui pita frekuensi yang sama. Meskipun sinyal-sinyal ini tumpang tindih, server CDMA mampu membedakannya.
3. Dekode Sinyal (Despreading):
   • Di sisi penerima (baik BTS atau ponsel), penerima mengetahui kode spreading unik dari pengirim yang diinginkan.
   • Penerima mengalikan sinyal gabungan yang diterima (yang berisi sinyal dari banyak pengguna) dengan kode spreading yang sama yang digunakan oleh pengirim yang diinginkan.
   • Karena sifat matematika dari kode-kode ini, hanya sinyal yang dikalikan dengan kode spreading yang cocok yang akan “mendekompilasi” kembali ke sinyal aslinya dan muncul sebagai suara atau data yang koheren. Sinyal dari pengguna lain yang menggunakan kode berbeda akan tetap tersebar dan muncul sebagai kebisingan latar belakang yang rendah, yang secara efektif diabaikan oleh penerima.
4. Kontrol Daya (Power Control):
   • Salah satu tantangan kritis dalam CDMA adalah efek near-far. Jika seorang pengguna berada dekat dengan menara seluler dan pengguna lain berada jauh, sinyal pengguna yang dekat akan jauh lebih kuat dan dapat menenggelamkan sinyal pengguna yang jauh.
   • Untuk mengatasi ini, sistem CDMA menggunakan kontrol daya yang sangat presisi. OLT (atau lebih tepatnya, Base Station Controller/BSC dalam arsitektur CDMA) terus-menerus memantau kekuatan sinyal dari setiap ponsel dan menginstruksikan ponsel untuk menyesuaikan daya transmisinya. Ponsel yang dekat dengan menara mengurangi daya, sementara ponsel yang jauh meningkatkan daya, memastikan semua sinyal tiba di menara dengan kekuatan yang relatif sama. Ini sangat penting untuk kinerja jaringan CDMA.

Arsitektur Jaringan CDMA (IS-95 / cdmaOne)

Meskipun CDMA adalah metode akses, itu diimplementasikan dalam standar jaringan lengkap. Standar CDMA 2G yang paling terkenal adalah IS-95, yang kemudian dikenal secara komersial sebagai cdmaOne. Arsitektur ini memiliki beberapa kemiripan dengan GSM tetapi dengan perbedaan kunci:

1. Mobile Station (MS):
   • Sama seperti GSM, ini adalah perangkat ponsel. Namun, perbedaan kunci adalah bahwa di cdmaOne, informasi pelanggan (identitas dan otentikasi) secara tradisional terprogram langsung ke dalam perangkat ponsel, bukan di kartu SIM yang dapat dilepas seperti GSM. Ini berarti ponsel CDMA cenderung “terkunci” ke operator tertentu. (Meskipun kemudian, ada pengembangan R-UIM/CSIM yang mirip SIM untuk memungkinkan portabilitas).
   • Setiap ponsel memiliki nomor identifikasi unik, ESN (Electronic Serial Number).
2. Base Station Subsystem (BSS) / Radio Access Network (RAN):
   • Base Transceiver Station (BTS) / Base Station (BS): Mirip dengan GSM BTS, ini adalah unit radio yang berkomunikasi dengan MS. Setiap BS memancarkan sinyal pilot channel yang digunakan oleh MS untuk menemukan dan menyinkronkan dengan jaringan.
   • Base Station Controller (BSC) / Packet Control Function (PCF): BSC bertanggung jawab atas manajemen sumber daya radio, kontrol daya, dan handover. Dalam konteks data, ada juga komponen PCF yang menangani antarmuka ke jaringan data paket.
3. Network and Switching Subsystem (NSS) / Core Network:
   • Mobile Switching Centre (MSC): Mirip dengan GSM MSC, MSC bertanggung jawab atas switching panggilan suara, routing, manajemen mobilitas, dan penagihan.
   • Home Location Register (HLR) & Visitor Location Register (VLR): Fungsi HLR dan VLR pada dasarnya sama seperti di GSM, menyimpan informasi pelanggan permanen dan sementara.
   • Authentication Center (AC): Bertanggung jawab untuk otentikasi ponsel dan pembuatan kunci enkripsi.
   • Interworking Function (IWF): Modul ini bertindak sebagai jembatan atau gateway antara jaringan CDMA nirkabel dan jaringan telepon publik berkabel (PSTN) atau jaringan data paket.
   • Packet Data Serving Node (PDSN): Dalam evolusi ke layanan data (misalnya, di CDMA2000), PDSN adalah gateway yang menghubungkan jaringan akses radio ke internet atau jaringan IP lainnya, memungkinkan konektivitas data berbasis paket.
   • Home Agent (HA) & Foreign Agent (FA): Komponen ini digunakan dalam Mobile IP untuk memungkinkan mobilitas IP, terutama dalam jaringan CDMA2000 yang mendukung packet data services.

Jenis-Jenis CDMA dan Evolusi

CDMA telah mengalami beberapa evolusi dan standar:

• IS-95 (cdmaOne): Ini adalah standar CDMA 2G pertama dan paling mendasar, menawarkan kecepatan data hingga 14.4 kbps. Ini adalah fondasi untuk pengembangan CDMA selanjutnya.
• CDMA2000: Ini adalah standar 3G yang dikembangkan dari IS-95, bersaing dengan standar 3G UMTS (yang merupakan evolusi dari GSM). CDMA2000 dibagi lagi menjadi beberapa rilis:
  • 1xRTT (Single Carrier Radio Transmission Technology): Sering disebut sebagai 2.5G atau bahkan 3G awal. Ini meningkatkan kecepatan data IS-95 dan memungkinkan panggilan suara dan data secara simultan (kemampuan yang tidak dimiliki GSM 2G). Kecepatan puncaknya sekitar 144 kbps.
  • 1xEV-DO (Evolution-Data Optimized): Ini adalah teknologi yang berfokus sepenuhnya pada data berkecepatan tinggi, tidak membawa lalu lintas suara circuit-switched (suara diatur oleh 1xRTT). EV-DO Release 0 menawarkan kecepatan downlink hingga 2.4 Mbps, dan EV-DO Rev. A hingga 3.1 Mbps downlink dan 1.8 Mbps uplink. Ini memungkinkan layanan broadband seluler yang sebenarnya. EV-DO Rev. B menawarkan kecepatan yang lebih tinggi lagi.
• WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access): Meskipun namanya mengandung “CDMA”, WCDMA sebenarnya adalah bagian dari jalur evolusi GSM menuju 3G (UMTS). Ini menggunakan teknik spread spectrum CDMA pita lebar, tetapi arsitektur jaringannya lebih mirip dengan GSM. WCDMA adalah dasar untuk HSPA (High-Speed Packet Access).

Keunggulan dan Kekurangan CDMA

Keunggulan:

• Kapasitas Tinggi: CDMA memiliki apa yang disebut “kapasitas lembut” (soft capacity). Artinya, tidak ada batasan jumlah pengguna yang ketat. Seiring bertambahnya pengguna, kinerja sistem mungkin akan sedikit menurun (“noise floor” meningkat), tetapi panggilan tidak akan terputus secara tiba-tiba. Ini berbeda dengan GSM di mana kapasitas time slot bisa habis.
• Kualitas Suara Unggul: Karena sinyal yang disebarkan lebih tahan terhadap interferensi dan fading, serta mekanisme soft handover, CDMA sering menawarkan kualitas suara yang lebih jernih, terutama di daerah fringe cakupan.
• Keamanan Inheren: Sifat spread spectrum dan penggunaan kode unik membuat sinyal CDMA lebih sulit untuk disadap atau di-jam dibandingkan dengan sistem pita sempit.
• Efisiensi Spektrum: CDMA dapat menggunakan spektrum frekuensi dengan lebih efisien, memungkinkan lebih banyak pengguna per MHz dibandingkan dengan FDMA atau TDMA dalam kondisi tertentu.
• Soft Handoff: Kemampuan ponsel untuk berkomunikasi dengan lebih dari satu base station secara bersamaan saat bergerak antara sel mengurangi drop calls secara signifikan.
• Dukungan Data yang Kuat (di Evolusi 3G): Evolusi seperti 1xEV-DO secara khusus dirancang untuk data berkecepatan tinggi, menjadikannya pilihan yang kuat untuk broadband seluler awal.

Kekurangan:

• Implementasi Kontrol Daya yang Kompleks: Kontrol daya yang sangat presisi sangat penting dalam CDMA, dan implementasinya bisa rumit dan membutuhkan infrastruktur yang canggih.
• Efek Near-Far: Tanpa kontrol daya yang tepat, sinyal pengguna yang dekat dapat mengalahkan sinyal pengguna yang jauh, mengurangi kapasitas sistem secara drastis.
• Kurangnya Portabilitas SIM Card: Secara historis, ponsel CDMA terikat pada operator dan tidak menggunakan SIM card yang dapat diganti, membatasi fleksibilitas pengguna (meskipun ini berubah dengan R-UIM).
• Cakupan Internasional Terbatas: GSM menjadi standar global yang dominan, membuat roaming internasional dengan ponsel CDMA menjadi tantangan di banyak negara.
• Biaya Peralatan Awal: Biaya awal untuk menerapkan jaringan CDMA bisa lebih tinggi karena kompleksitas teknologi.
• Masalah Sinkronisasi: Semua base station dalam jaringan CDMA harus disinkronkan dengan sangat presisi (seringkali menggunakan sinyal GPS) untuk memastikan bahwa kode spreading disinkronkan dengan benar.

— Apa itu GSM —

Kesimpulan

Code Division Multiple Access (CDMA) adalah metode akses saluran yang revolusioner yang memainkan peran krusial dalam sejarah komunikasi seluler, menawarkan pendekatan unik untuk mengelola kapasitas dan kualitas panggilan. Dengan kemampuannya untuk mengizinkan banyak pengguna berbagi frekuensi yang sama secara bersamaan melalui penggunaan kode unik dan kontrol daya yang canggih, CDMA memberikan keunggulan dalam hal kapasitas, kualitas suara, dan keamanan dibandingkan dengan teknologi pendahulunya.

Referensi : https://nds.id/jaringan-gsm-dan-cdma/