GSM, part 1 of 3

By vlado, June 23, 2009

Global System for Mobile Communication (GSM) merupakan sebuah teknologi komunikasi selular yang bersifat digital. Teknologi GSM banyak diterapkan pada mobile communication, khususnya handphone. Teknologi ini memanfaatkan gelombang mikro dan pengiriman sinyal yang dibagi berdasarkan waktu, sehingga sinyal informasi yang dikirim akan sampai pada tujuan. GSM dijadikan standar global untuk komunikasi selular sekaligus sebagai teknologi selular yang paling banyak digunakan orang di seluruh dunia.

Sejarah dan Perkembangan GSM

Teknologi komunikasi selular sebenarnya sudah berkembang dan banyak digunakan pada awal tahun 1980-an, diantaranya sistem C-NET yang dikembangkan di Jerman dan Portugal oleh Siemens, sistem RC-2000 yang dikembangkan di Prancis, sistem NMT yang dikembangkan di Belanda dan Skandinavia oleh Ericsson, serta sistem TACS yang beroperasi di Inggris. Namun teknologinya yang masih analog membuat sistem yang digunakan bersifat regional sehingga sistem antara negara satu dengan yang lain tidak saling kompatibel dan menyebabkan mobilitas pengguna terbatas pada suatu area sistem teknologi tertentu saja (tidak bisa melakukan roaming antar negara).

Teknologi analog yang berkembang, semakin tidak sesuai dengan perkembangan masyarakat Eropa yang semakin dinamis, maka untuk mengatasi keterbatasannya, negara-negara Eropa membentuk sebuah organisasi pada tahun 1982 yang bertujuan untuk menentukan standar-standar komunikasi selular yang dapat digunakan di semua Negara Eropa. Organisasi ini dinamakan Group Special Mobile (GSM). Organisasi ini memelopori munculnya teknologi digital selular yang kemudian dikenal dengan nama Global System for Mobile Communication atau GSM.

GSM muncul pada pertengahan 1991 dan akhirnya dijadikan standar telekomunikasi selular untuk seluruh Eropa oleh ETSI (European Telecomunication Standard Institute). Pengoperasian GSM secara komersil baru dapat dimulai pada awal kuartal terakhir 1992 karena GSM merupakan teknologi yang kompleks dan butuh pengkajian yang mendalam untuk bisa dijadikan standar. Pada September 1992, standar type approval untuk handphone disepakati dengan mempertimbangkan dan memasukkan puluhan item pengujian dalam memproduksi GSM. Pada awal pengoperasiannya, GSM telah mengantisipasi perkembangan jumlah penggunanya yang sangat pesat dan arah pelayanan per area yang tinggi, sehingga arah perkembangan teknologi GSM adalah DCS (Digital Cellular System) pada alokasi frekuensi 1800 Mhz. Dengan frekuensi tersebut, akan dicapai kapasitas pelanggan yang semakin besar per satuan sel. Selain itu, dengan luas sel yang semakin kecil akan dapat menurunkan kekuatan daya pancar handphone, sehingga bahaya radiasi yang timbul terhadap organ kepala akan dapat di kurangi. Pemakaian GSM kemudian meluas ke Asia dan Amerika, termasuk Indonesia. Indonesia awalnya menggunakan sistem telepon selular analog yang bernama AMPS (Advances Mobile Phone System) dan NMT (Nordic Mobile Telephone). Namun dengan hadir dan dijadikannnya standar sistem komunikasi selular membuat sistem analog perlahan menghilang, tidak hanya di Indonesia, tapi juga di Eropa. Pengguna GSM pun semakin lama semakin bertambah. Pada akhir tahun 2005, pelanggan GSM di dunia telah mencapai 1,5 triliun pelanggan. Akhirnya GSM tumbuh dan berkembang sebagai sistem telekomunikasi seluler yang paling banyak digunakan di seluruh dunia.

Spesifikasi Teknis GSM

Di Eropa, pada awalnya GSM di desain untuk beroperasi pada frekuensi 900 Mhz. Pada frekuensi ini, frekuensi uplinksnya digunakan frekuensi 890–915 MHz , sedangkan frekuensi downlinksnya menggunakan frekuensi 935–960 MHz. Bandwith yang digunakan adalah 25 Mhz (915–80 = 960–35 = 25 Mhz), dan lebar kanal sebesar 200 Khz. Dari keduanya, maka didapatkan 125 kanal, dimana 124 kanal digunakan untuk suara dan satu kanal untuk sinyal. Pada perkembangannya, jumlah kanal 124 semakin tidak mencukupi dalam pemenuhan kebutuhan yang disebabkan pesatnya pertambahan jumlah pengguna. Untuk memenuhi kebutuhan kanal yang lebih banyak, maka regulator GSM di Eropa mencoba menggunakan tambahan frekuensi untuk GSM pada band frekuensi di range 1800 Mhz dengan frekuensi 1710-1785 Mhz sebagai frekuensi uplinks dan frekuensi 1805-1880 Mhz sebagai frekuensi downlinks. GSM dengan frekuensinya yang baru ini kemudian dikenal dengan sebutan GSM 1800, dimana tersedia bandwidth sebesar 75 Mhz (1880-1805 = 1785–1710 = 75 Mhz). Dengan lebar kanal yang tetap sama yaitu 200 Khz sama, pada saat GSM pada frekuensi 900 Mhz, maka pada GSM 1800 ini akan tersedia sebanyak 375 kanal. Di Eropa, standar-standar GSM kemudian juga digunakan untuk komunikasi railway, yang kemudian dikenal dengan nama GSM-R.

Arsitektur Jaringan GSM

Pada arsitektur GSM kita mengenal tiga subsystem utama yang memiliki tugas dan peran sendiri-sendiri di antaranya :

1. Base Station Subsystem (BSS), memiliki fungsi utama sebagai pengirim dan penerima sinyal radio dari dan menuju Mobile Station (MS).
2. Network and Switching Subsystem (NSS), berperan dalam melakukan pengawan dan control switch pada BSS.
3. Operation and Maintenance Center (OMC), merupakan bagian yang berfungsi untuk mengoperasikan dan menyediakan Operating System (OS) bagi keduanya (BSS dan NSS).
4. Mobile Station (MS) merupakan alat komunikasi yang dibutuhkan pelanggan untuk dapat mengakses layanan yang telah disediakan oleh operator GSM. MS dapat berupa alat komunikasi yang terpasang pada kendaraan atau yang mudah dibawa (portable handheld). MS terdiri atas Mobile Equipment (ME) dan Subscriber Identification Module (SIM) card. SIM card merupakan kartu identitas bagi pelanggan. Tanpa adanya SIM, maka mobile equipment tidak dapat beroperasi. Dalam SIM card terdapat microprosesor dan memori untuk menyimpan data pelanggan. MS biasanya dianggap sebagai bagian dari BSS.

1. Bases Station Subsystem (BSS)
Base Station Subsystem (BSS), atau yang biasa dikenal sebagai radio subsystem adalah penyedia dan pengatur transmisi radio dari system selular. Fungsi utama dari BSS adalah menghubungkan antara MS dengan NSS. Interface antara MS dengan subsistem lain dari GSM juga diatur melalui BSS. BSS terdiri dari 3 bagian utama, yaitu:

• Base Transmission Station (BTS). BTS berfungsi untuk mengkoneksikan Mobile Station dengan Base Station Controller (BSC). Sebuah BTS terdiri dari pemancar dan penerima radio serta antena.
• Base Station Controller (BSC). BSC mengatur semua fungsi hubungan radio dari jaringan GSM. BSC adalah switch berkapasitas besar yang menyediakan fungsi seperti handover HP, penyediaan chanel radio, dan kumpulan dari konfigurasi data beberapa cell. Beberapa BSC dapat dikontrol oleh setiap MSC.
• Transcoder and Adapter Unit (TRAU). Transcoder and Rate Adapter Unti (TRAU) merupakan bagian dari Base Station Subsystem. TRAU terletak antara BSC dan MSC dimana untuk berkomunikasi menggunakan A interface. TRAU berfungsi untuk melakukan transcoding (de-/compressing) sinyal suara dan data rate adaptation (mengadaptasi kecepatan data yang diakses).

2. Network Switching Subsystem (NSS)
Network Switch Subsystem (NSS) berperan dalam mengkoneksikan antar user dalam sebuah jaringan atau ke jaringan yang lain. NSS terdiri dari lima komponen jaringan di antaranya :

• Mobile Switching Center (MSC). MSC merupakan inti dari network subsystem, yang berperan untuk interkoneksi hubungan antar BSS, antar MSC atau dengan jaringan telepon kabel PSTN, ataupun dengan jaringan data.
• Home Location Register (HLR). HLR berfungsi untuk penyimpan semua data dan informasi mengenai pelanggan yang tersimpan secara permanen, tidak tergantung pada posisi pelanggan. HLR bertindak sebgai pusat informasi pelanggan yang setiap waktu akan diperlukan oleh VLR untuk merealisasi terjadinya komunikasi pembicaraan. VLR selalu berhubungan dengan HLR dan memberikan informasi posisi pelanggan berada.
• Visitor Location Register (VLR). VLR berfungsi untuk menyimpan data dan informasi pelanggan. Adanya informasi mengenai pelanggan dalam VLR memungkinkan MSC untuk melakukan hubungan Incoming (panggilan masuk) maupun Outgoing (panggilan keluar). VLR bertindak sebagai database pelanggan yang bersifat dinamis karena selalu berubah setiap waktu, menyesuaikan dengan pelanggan yang memasuki atau berpindah naungan MSC. Data yang tersimpan dalam VLR secara otomatis akan selalu berubah mengikuti pergerakan pelanggan. Dengan demikian akan dapat dimonitor secara terus menerus posisi dari pelanggan, dan hal ini akan memungkinkan MSC untuk melakukan interkoneksi pembicaraan dengan pelanggan lain. VLR selalu berhubungan secara intensif dengan HLR yang berfungsi sebagai sumber data pelanggan.
• Authentication Center (AuC). AuC menyimpan semua informasi yang diperlukan untuk memeriksa keabsahan pelanggan, sehingga usaha untuk mencoba mengadakan hubungan pembicaraan bagi pelanggan yang tidak sah dapat dihindarkan. Di samping itu, AuC berfungsi untuk menghindarkan adanya pihak ketiga yang secara tidak sah mencoba untuk menyadap pembicaraan. Dengan fasilitas ini,maka kerugian yang dialami pelanggan sistem selular analog saat ini akibat banyaknya usaha memparalel, tidak mungkin terjadi lagi pada GSM. Sebelum proses penyambungan switching dilaksanakan sistem akan memeriksa terlebih dahulu, apakah pelanggan yang akan mengadakan pembicaraan adalah pelanggan yang sah. AuC menyimpan informasi mengenai authentication dan chipering key.Karenae fungsinya yang mengharuskan sangat khusus, authentication mempunyai algoritma yang spesifik, disertai prosedur chipering yang berbeda untuk masing-masing pelanggan. Kondisi ini menyebabkan AuC memerlukan kapasitas memory yang sangat besar. Wajar apabila GSM memerlukan kapasitas memory sangat besar pula. Karena fungsinya yang sangat penting, maka operator selular harus dapat menjaga keamanannya agar tidak dapat diakses oleh personil yang tidak berkepentingan. Personil yang mengoperasikan dilengkapi dengan chipcard dan juga password identitas dirinya.
• Equipment  Identity  Register  (EIR). EIR  adalah  basis  data  yang  berisi informasi   tentang   identitas   dari   perlengkapan   mobile   untuk   mencegah panggilan  dari  pencurian,  unauthorized,  atau  stasion  bergerak  yang  rusak. AUC  dan  EIR  di  implementasikan  sebagai  node  yang  berdiri  sendiri  atau kombinasi node AUC/EIR.

3. Operating and Support Subsystem (OSS)
OSS digunakan untuk melakukan remote monitoring dan manajemen jaringan. Pada OSS terdapat Operation and Monitoring Center (OMC) yang berfungsi melakukan monitoring unjuk kerja jaringan dan melakukan konfigurasi remote dan pengaturan aktivitas kesalahan seperti alarm dan monitoring. Adapun OMC dibagi menjadi dua yaitu OMC-R yang merupakan OMC bagi BSS dan OMC-S yang merupakan OMC bagi NSS. OMC pada umumnya memiliki fungsi-fungsi sebagai berikut :

• Fault Management: Memonitor keadaan/kondisi tiap-tiap network element yang terhubung dengannya. Dalam hal ini, OMC akan selalu menerima alarm dari network element yang menunjukan kondisi di network element yang dimonitor, apakah ada probelm di newtwork element atau tidak.
• Configuration Management: sebagai interface untuk melakukan/merubah configurasi network element yang terhubung dengannya.
• Performance Management : Berapa OMC ada yang dilengkapi juga dengan fungsi performance management, yaitu fungsi untuk memonitor performance dari network element yang terhubung dengannya.
• Inventory Management: OMC juga dapat berfungsi sebagai inventorty management, karena di database OMC terdapat informasi tentang aset yang berupa network element, seperti jumlah dan konfigurasi seluruh network element, dan juga kapasitas network element.

4. Mobile Station
Mobile Station (MS) merupakan perangkat yang dapat berkomunikasi dengan menggunakan jaringan GSM. Telepon Selular dan PCMCIA plug-in cards. Meskipun MS bukan merupakan bagian dari wired network, MS mempunyai peran yang penting dalam fungsionalitas jaringan. MS membantu jaringan dalam mengukur kualitas sinyal radio untuk menentukan handover.
Dalam jaringan telepon konvensional, telepon direpresentasikan sebagai pelanggan ketika terhubung dalam jaringan. Pada GSM, identitas pelanggan dan peralatan komunikasinya terpisah. Subscriber Identity Module (SIM) merepresentasikan identitas pelanggan terhadap jaringan. MS tidak akan berfungsi tanpa sebuah SIM. Algoritma proses otentifikasi dan ekripsi disimpan pada SIM bersama informasi pelanggan. Mobile Station merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk melakukan pembicaraan. Terdiri atas:

• Mobile Equipment (ME) atau handset, merupakan perangkat GSM yang berada di sisi pengguna atau pelanggan yang berfungsi sebagai terminal transceiver (pengirim dan penerima sinyal) untuk berkomunikasi dengan perangkat GSM lainnya.
• Subscriber Identity Module (SIM) atau SIM Card, merupakan kartu yang berisi seluruh informasi pelanggan dan beberapa informasi pelayanan. ME tidak akan dapat digunakan tanpa SIM didalamnya, kecuali untuk panggilan darurat. Data yang disimpan dalam SIM secara umum, adalah:
  • IMMSI (International Mobile Subscriber Identity), merupakan penomoran pelanggan.
  • MSISDN (Mobile Subscriber ISDN), nomor yang merupakan nomor panggil pelanggan.

4.1 Mobile Equipment
Mobile Equipment (ME) atau handset adalah perangkat GSM yang berada di sisi pelanggan yang berfungsi sebagai terminal transceiver (pengirim dan penerima sinyal) untuk berkomunikasi dengan perangkat GSM lainnya. Secara international, ME diidentifikasi dengan IMEI (International Mobile Equipment Identity) dan data IMEI ini disimpan oleh EIR untuk keperluan authentikasi, apakah mobile equipment yang bersangkutan dijinkan untuk melakuan hubungan atau tidak. Gambar di bawah ini menunujukan format penomoran IMEI.

• TAC (Type Approval Code), adalah kode yang diberikan pada saat Mobile Equipment ditest sebelum ME tersebut dijual ke pasar.
• FAC (Final Assembly Code), menunjukan kode manufaktur/pabrik.
• SNR (Serial Number)
• SP (Spare field)
• SV (Software Version)

4.2 Subscriber Identity Module (SIM)
Subscriber Identity Module (SIM) adalah sebuah smart card yang berisi seluruh informasi pelanggan dan beberapa informasi service yang dimilikinya. Mobile Equipment (ME) tidak dapat digunakan tanpa ada SIM card di dalamnya, kecuali untuk panggilan emergency (SOS) dapat dilakukan tanpa menggunakan SIM card. Secara umum informasi/data yang disimpan di dalam SIM adalah sebagai berikut :

IMSI (International Mobile Subscriber Identity) adalah penomoran pelanggan yang akan selalu unik di seluruh dunia. Gambar di bawah ini menunjukan format penomoran IMSI.

• MCC (Mobile Country Code)
• MNC (Mobile Network Code)
• MSIN (Mobile Subscriber Identification Number)

MSISDN (Mobile Subscriber ISDN). MSISDN adalah nomor yang merupakan nomor panggil pelanggan.

• CC (Country Code)
• NDC (National Destination Code)
• SN (Subscriber Number)

Sebagai contoh MSISDN 62 817 123456 => CC= 62, NDC = 817, SN = 123456.

• Authentication Key (Ki), alogorithma authentikasi A3 dan A8, PIN dan PUK (PIN Unblocking Key).
• Data network yang bersifat temporer/sementara, seperti : TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), LAI (Location Area Identity), Kc, Forbidden PLMN.
• Data yang terkait dengan service, seperti : SMS, setingan bahasa dan sebagainya.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.