ELEKTRO INDONESIA Edisi ke Sepuluh, November 1997
DS-CDMA adalah salah satu teknik akses spread spectrum yang mempunyaikelebihan kebal terhadap interferensi dan jamming. Teknologi inipertama kali digunakan pada militer dan kemudian dikembangkan ke komunikasiluar angkasa. Pada tahun 1995, CDMA mulai digunakan secara komersial terutamasesudah diperkenalkannya standard IS-95 pada tahun 1992 oleh QUALQOMM.Sistim ini rencana akan digunakan oleh Komselindo [1]. Tulisan ini membahasteori dasar CDMA, kelebihan serta kemungkinan masa depannya.
Spread spectrum adalah teknik memancarkan sinyal pada pita frekuensiyang jauh lebih lebar dari pita frekuensi yang dibutuhkan pada transmisistandard (misal; TDMA, FDMA). Sebagai contoh adalah CDMA IS-95 menggunakanlebar pita frekuensi 1.25 MHz, sedangkan AMPS hanya 30 kHz untuk menyalurkansinyal suara. Proses pelebaran pita frekuensi ini disebut dengan spreading.Terdapat 2 teknik utama dalam spread spectrum yaitu frequencyhopping dan DS-CDMA (yang lebih dikenal sebagai CDMA saja diperlihatkanpada gambar 1.
Frequency hoping diperoleh dengan merubah-rubah frekuensi pembawaberdasarkan waktu dengan pola yang mendekati acak, pseudo random.Sedangkan CDMA diperoleh dengan memodulasi sinyal informasi dengan spreadingsequence yang dikenal sebagai pseudo noise (PN) sinyal digitalyang menjadikan sinyal informasi berpita lebar dan berbentuk seperti derau (noise). .
a. Frequency hoping b. CDMA Gambar 1. Bentuk spektrum sinyalFrequency Hoping dan CDMA.
Setiap kanal/pengguna (user) pada CDMA menggunakan waktu danfrekuensi secara bersamaan. Untuk membedakan setiap kanal/pengguna makadigunakan kode yang unik yang juga digunakan untuk melebarkan sinyal. Kodeini disebut Pseudo Random Noise (PN Code) yang merupakan deretandata berkecepatan tinggi yang berharga polar (-1 & +1) ataunon polar (0 & 1). Proses dasar spreading dan despreadingdiperlihatkan gambar 2.
a. Proses spreading b. Proses despreading
Gambar 2. Proses spreading & despreading
Pada gambar 3 diperlihatkan proses transmisi CDMA dengan sebuah basestation (BN) dan 2 buah kanal/pengguna. Sinyal informasi d1(t)dan d2(t) dimodulasi oleh frekuensi yang sama fo,kemudian sinyal termodulasi ini dikalikan dengan PN-Code yang berbeda yaituC1(t) dan C2(t). Dengan dikalikannyad(t) dengan C(t) maka pita frekuensi yang diperlukan akanmenjadi lebih lebar.
Pada penerima, sinyal yang datang akan dikalikan dengan PN-Code yangsama yang melalui proses EXNOR. Dengan asumsi PN Code yang diterima danyang dibangkitkan di penerima adalah sama (tidak ada delay) makahasil perkalian kedua PN-Code, C1(t)C1(t),ini adalah 1 yang berarti menghilangkan PN-Code (perangkat yang melakukanproses ini disebut correlator). Sinyal ini kemudian dilewatkan padaband pass filter yang akan menghilangkan hasil perkalian PN-Codekanal tersebut dengan PN-Code kanal yang lain.
Gambar 3. Proses transmisi sinyal CDMA
PN-Code yang mempunyai satuan chips, merupakan sinyal pemerlebarsinyal informasi dan digunakan untuk membedakan antara kanal/pengguna satudengan yang lainnya. Pemilihan PN-Code harus dilakukan dengan hati-hatidengan memperhatikan beberapa kriteria [2,3] sbb:
a. Mudah diterapkan
b. Mempunyai 2 level (-1 & 1) atau (0 & 1)
c. Mempunyai autocorrelation yang tajam untuk memungkinkan sinkronisasikode.
d. Mempunyai beda jumlah '0' dan '1' hanya satu (one zero balance)untuk memperoleh spectrum density yang bagus.
e. Harga cross correlation yang rendah. Dengan semakin rendah hargacross correlation maka jumlah kanal dalam satu pita frekuensi semakintinggi.
Secara umum, PN-Codes dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis [4]; yaitulinear dan non-linear. Kode linear dibangkitkan denganmengkombinasikan keluaran feedback shift register dalam fungsi yangtetap yang biasanya bermudulo 2. Sedangkan kode non-linear diperolehdengan melakukan feedback shift register sebagai fungsi waktu.
Untuk sistim dengan kecepatan informasi yang sama dapat digunakan kodeGOLD dan MAKSIMAL, tetapi untuk multirate telah diperkenalkan olehViterbi [5] 'low rate orthogonal convolutional' untuk menghasilkancross correlation yang rendah.
Processing gain pada spread spectrum adalah parameterutama yang merupakan ukuran kebagusan sistim (figure of merit) yangdapat dihitung bila lebar pita frekuensi yang digunakan (spread bandwidth),BWrf, dan kecepatan informasi Rb diketahui. Processinggain, Pg, dapat diperhitungkan dengan persamaan berikut
.......(1)
Processing gain ini dikenal juga sebagai spreading factoryang akan menentukan jumlah kanal/pengguna yang dapat ditanggani pada sebuahsistim. Sebagai contoh adalah IS-95, yang mempunyai pita frekuensi 1.25MHz dengan chip rate 1.288 MHz, maka dengan kecepatan data 9600bps maka diperoleh processing gain sebesar 21 dB (134 kali).
Untuk menghitung kapasitas sistim CDMA satu sel, diasumsikan sistimyang digunakan adalah star dimana base station berkomunikasidengan semua kanal/pengguna dan setiap kanal/pengguna akan menempati seluruhalokasi spektrum frekuensi yang sama. Perbandingan sinyal dan derau kanal/penggunanomor satu pada penerima di BS diperlihatkan oleh persamaan 2 dimana Sadalah daya yang diterima dan 
adalah white noise gaussian serta N adalah jumlah terminal/kanalyang dapat diperlihatkan oleh gambar 4,
...........(2)
Gambar 4. Sistim star dengan satu BS dan N kanal/pengguna
Dari persamaan 2 diatas terlihat bahwa kualitas sistim tergantung padadaya yang diterima dari kanal/pengguna lainnya. Apabila setiap penggunamempunyai daya pancar yang sama, maka pengguna yang lokasinya berdekatandengan penerima BS akan mendominasi daya derau. Maka, S/N pengguna yanglokasinya jauh dari BS dapat menjadi sangat jelek dan terputus hubungannya.Hal ini akan menjadi lebih jelek lagi mengingat path loss (karakteristikpropagasi) pada daerah urban [6] dapat berbanding terbalik dengan jarakdipangkatkan 4 yang berakibat walau jarak antara 2 kanal/pengguna tidakterlalu jauh tapi redaman udaranya bisa terpaut jauh.
Untuk mengatasi masalah near far ini, maka digunakan powercontrol pada perangkat pemancar yang mengatur daya pancar sedemikianrupa sehingga daya yang diterima penerima BS dari setiap kanal/penggunaadalah sama. Pada sistim IS-95, pengendalian daya pancar ini dilakukansetiap 1.25 ms dengan perubahan daya per satu dB.
Dengan asumsi bahwa power control yang digunakan sempurna makakita dapat beranggapan bahwa daya setiap kanal/pengguna yang diterima BSadalah sama, S=S1=S2=....=SN, maka persamaan2 diatas dapat ditulis menjadi: 
...........(3)
Bila S kita bagi dengan kecepatan informasi, Rb, dan derau dengan lebarpita frekuensi transmisi spread bandwidth, BWrf, makapersamaan diatas dapat menjadi: 
........(4)
Pada sebuah sistim yang mempunyai kanal/pengguna banyak, maka derau akandidominasi oleh kanal/pengguna lainnya (<IMG SRC="r-n.gif">/S<<(N-1))dan derau white noise gaussian dapat diabaikan. Oleh karena itu jumlahkanal/pengguna pada suatu pita frekuensi dalam satu sel adalah sbb: .......(5)
Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa kapasitas sistim berbandingterbalik dengan Eb/No yang dibutuhkan. Padasistim sel tunggal dengan pita selebar 1,25 MHz (IS-95) dengan kecepatandata informasi 9,6 kbps dan Eb/No adalah 6dB maka jumlah kanal CDMA adalah 32 kanal dan memberikan efisiensi frekuensisebesar 39 kHz/kanal. Sedangkan, AMPS yang mempunyai spasi dan efisiensifrekuensi 30 kHz/kanal akan dapat diperoleh 42 kanal, sehingga apa kelebihanCDMA?
Keuntungan utama sistim CDMA adalah pita frekuensi dapat digunakan padasetiap sel (frequency reuse) serta dapat dilakukan peningkatan kapasitassel dengan menggunakan VOX dan konsep sektorisasi antenna, seperti diterangkandibawah ini.
Untuk sistim sel banyak (multi cell) dikenal adanya faktor penggunaanulang frekuensi, F, yang didefinisikan sebagai perbandingan antara totaldaya interferensi (yang berasal dari sel itu sendiri dan sel-sel tetangganya)dibagi dengan daya interferensi dari sel itu sendiri [7]. Qualqomm [8]melaporkan bahwa interferensi dari sel lain adalah sekitar 61% sehinggafaktor penggunaan ulang frekuensi adalah sekitar 1,6.
'Frequency reuse factor' ideal adalah 1 yang dapat terjadi apabilapemisahan antar sel cukup besar. Mengingat, F tergantung pada karakteristikpropagasi yang merupakan fungsi lingkungan, topografi dimana sistim iniditerapkan, maka F dapat berbeda untuk setiap lokasi.
)Mengingat kapasitas sistim CDMA dibatasi oleh daya interferensi makadapat disimpulkan bahwa bila suatu percakapan tidak selalu memancarkansinyal radio (saat kanal/pengguna tidak aktif akan mengurangi interferensi.Oleh karena itu, secara teori CDMA akan mempunyai kapasitas yang lebihbesar. Dari hasil pengukuran oleh Bell laboratories [7] diketahui bahwapengguna hanya aktif selama 35-40% dari waktu percakapan. Angka ini dikenalsebagai 'Voice Activation Factor', (lebih sering dikenal sebagai vox) dan bernilai sekitar 0,4. yang berartikanal yang memancar pada saat bersamaan hanyalah 0,4N atau dengankata lain kapasitas naik 2.5 kalinya.
Teknik lain untuk meningkatkan kapasitas sel adalah dengan melakukansektorisasi antena. Dua konfigurasi sektorisasi antenna telah dihitungyaitu 3 sektor dan 6 sektor oleh Gilhounsen [9]. Untuk 3 sektor sel akanmempunyai antena beamwidth 120 derajat. Sehingga, interferensi yang dilihatoleh antena tersebut kurang lebih 1/3 dari yang dilihat oleh antena omniyang kemudianakan kapasitas dasar sebsar 3 kalinya. Tetapi mengingat terdapatoverlapping cakupan antena untuk menjamin tidak adanya daerah yangkosong (tidak tercakup) maka peningkatan kapasitas karena sektorisasi G,menjadi 2,55.
Dengan kelebihan-kelebihan diatas maka kapasitas per sel pada sistimmulti cell CDMA pada suatu pita frekuensi diperlihatkan oleh persamaandibawah: 
..........(6) .
Dengan IS-95, bit rate 9,6 kbps, Eb/No=6 dB,dan bila sistim menggunakan F=1,6, =2,5, G= 2,55, maka dengan pita frekuensi hanya 1,25 MHz yang digunakanpada setiap sel akan memberikan efisiensi kurang lebih 9,54 KHz/kanal (131kanal/sel). Apabila menggunakan AMPS, maka 1,25 MHz hanya akan memberikan6 kanal/pengguna per sel.
Slain kelebihan diatas, maka Qualcomm [10] menyebutkan kelebihan lainyang diperoleh dari penerapan CDMA pada sistim komunikasi bergerak sbb:
Keterangan kelebihan diatas dapat juga ditemui di Gematel on-line [11].
Setelah dioperasikannya kurang lebih 2 tahun di Korea, Hongkong danAmerika, maka Global Telephony [12] melaporkan bahwa kapasitas yang diklaimoleh Qualqom 10-20 kali kapasitas AMPS tidak terlalu tepat. Hal ini mengingatbahwa, secara operasional CDMA hanya memberikan kapasitas sebesar kuranglebih 6.5-18 kali AMPS tergantung pada lingkungan penerapan.
Disamping itu juga terdapat masalah optimasi cakupan karena cakupanCDMA dapat mengembang dan menciut. Gejala ini dikenal dengan istilah breathingyang diperlihatkan pada gambar 5. Pada kondisi normal dimana jumlah kanal/penggunasesuai dengan rancangan maka derau dari pengguna lain tidak terlalu banyak.,Tetapi, pada saat jumlah kanal/pengguna meningkat pada beberapa sel, makaderau dari kanal/pengguna juga akan meningkat sehingga power control akanmemerintahkan untuk menaikkan daya pancar untuk memperoleh Eb/Noyang diinginkan (lihat konsep power controll) 
Gambar 5. Perubahan besarnya sel karena peningkatan trafik.
Dengan meningkatkan daya derau dari kanal/pengguna lain, maka kanal/penggunayang lokasinya agak jauh dengan base station tentunya dapat kehabisan dayapancar (sudah maksimum) yang kemudian tidak bisa mempertahankan Eb/Nodan hubungan terputus. Akibat dari ini, secara sistim dapat dilihat sebagaimenciutnya cakupan suatu sel. Bila beberapa sel yang berdampingan menciutmaka daerah perbatasan antar sel tersebut menjadi tidak tercakup (blankspot).
Untuk mengatasi hal ini maka secara operasional Eb/Noyang digunakan pada perencanaan adalah 3 - 6 dB lebih tinggi dari Eb/Nominimum yang dipersyaratkan. Dengan adanya margin tambahan ini, kapasitaskanal/pengguna per sel akan menurun. Perhitungan margin akan semakin rumitapabila sel-nya kecil dan kanal/pengguna bergerak relatif cepat, sehinggamargin untuk setiap daerah dapat berbeda tergantung pada trafik, tingkatmobilitas pengguna serta kemacetan lalu lintas mengingat banyak terjadikomunikasi dilakukan pada saat lalu lintas macet.
Dengan kelebihan dan kekurangan diatas, CDMA masih mempunyai peluangyang sangat besar sebagai teknologi komunikasi bergerak generasi ke-3 dimasa depan [12]. Beberapa negara mempunyai keinginan mengembangan CDMAyang berbeda-beda, misalnya; Korea akan mengembangkan CDMA disesuaikandengan IMT 2000, Jepang (NTT) telah mengemukaan bahwa akan mengembangkanWide Band CDMA mengingat PHS tidak akan cocok sebagai wireless generasike-3.
Tetapi CDG (CDMA development Group) cenderung mengembangkan standardIS-95. Tetapi, Ericsson mengatakan bahwa mereka akan mengembangkan CDMAyang lebih baik dari IS-95. Selain beberapa vendor/negara diatas, Siemens[13] melihat bahwa dengan kelebihannya CDMA akan dapat digunakan untukmentransmisikan ATM (Asynchronous Transfer Mode) pada jaringan aksespelanggan (WLL).
Dari keterangan diatas terlihat bahwa teknologi CDMA masih terus berkembangmenuju kematangan. CDMA juga merupakan teknologi yang cukup menjanjikanuntuk digunakan pada teknologi masa depan. Beberapa tantangan yang masihharus diselesaikan dalam sistim CDMA adalah kemungkinan penggunaan multirate(satu pita frekuensi digunakan oleh beberapa kecepatan data) serta masalahoptimasi network diatas.
Untuk penggunaan di Indonesia tentunya karakteristik propagasiperlu dikenal lebih baik untuk mendapatkan perencanaan network yang optimum.Hal ini mengingat kondisi geografis Indonesia yang relatif berbeda dengannegara asal CDMA. Disamping itu juga bahan bangunan gedung dan perumahanyang berbeda yang mungkin membuat perambatan gelombangnya berbeda.
Dengan teori dasar dan perkembangan teknologi CDMA pada tulisan ini,diharapkan semakin banyak pembaca yang mengenal CDMA sehingga penguasaanCDMA dapat ditingkatkan. Dengan internet memberikan bahan referensi yangcukup, maka penelitian & pengembangkan teknologi ini juga dapat diperluas..
[1] http://www.cdg.org/maps/asia.html
[2] Bozward, D, "DS-SS Multipleksing in PCN", MSc TelecommunicationsPCN Course Note, Aston University, Feb 94.
[3] Glass, Jack, "The principles of Spread Spectrum communications",diambil dari http://olt.et.tudelft.nl/~glass/ssc/tech/techniques.html,1996
[4] Dixon, R.C., "Spread Spectrum System", John Wiley & Sons,1976
[5] Evans, B.G. et. al. "Multimedia Advanced CDMA Systems", the4th IEE Conference on Telecommunications, 1993, pp11-16
[6] Schilling, D.L. et.al. "PCN Field Test Experiments Using BroadbandCDMA", IEEE Transaction on Vehicular Technology, 1992, pp321-324.
[7] Beberapa tulisan pada http://www.cdg.org/a.ross/
[8] Qualcomm, Inc., "An Overview of the Application of CDMA to DigitalCellular systems and Personal Cellular Network", May 1992.
[9] Gilhousen, K.S., et. al., "On the capacity of Celluler CDMA system",IEEE Transaction on Vehicular Technology Vol 40 No 2, pp303-312, May 1991
[10] "CDMA's Worldwide Acceptance Grows", diambil dari http://qualcomm.com/cdmatech/article.html
[11] Gematel Online Nomor 1 "Teknologi CDMA dan Kemungkinannya sebagaialternatif teknologi WLL" & Nomor 2 "Peluang CDMA sebagaikandidat Basis Teknologi Multiple Acess" diambil dari http://www.gematel.com/
[12] Titch, Steven, "CDMA Crusades", Global Telephony, Oktober1997, hal. 21-36.
[13] Zimmerman, T. et. al. "CDMA and ATM - ideal partner", SiemensTelcom report international 18 (1995), diambil dari http://www.jou.ufl.edu/siemens/articles/1895/
Oleh : Tonda Priyanto
Artikel lainnya VSAT Multimedia