Belajar Telecom Engineer - Cellular Technologies (2G-4G)

#Pendahuluan

Setelah di episode 3 kalian menguasai RF fundamentals — spektrum, propagasi, antena, dan link budget — sekarang kita naik satu lapis: bagaimana gelombang radio itu disusun menjadi sistem seluler yang bisa melayani jutaan pelanggan. Kita akan menelusuri tiga generasi yang masih hidup di jaringan nyata hari ini: GSM (2G), UMTS (3G), dan LTE (4G).

Mengapa masih perlu belajar teknologi "lama"? Tiga alasan praktis. Pertama, 2G/3G masih beroperasi untuk fallback suara dan IoT (meski sedang dimatikan bertahap). Kedua, spesifikasi LTE/5G dibangun di atas konsep-konsep generasi sebelumnya — tanpa paham GSM kalian akan tersesat membaca 3GPP. Ketiga, interview telecom engineer hampir selalu menyentuh evolusi ini karena ia adalah narasi utama industri.

#Generasi demi Generasi

#GSM (2G) — Suara Digital dan Sim Card

GSM (Global System for Mobile communications) mempopulerkan SIM card dan roaming internasional. Multiple access-nya gabungan FDMA + TDMA: frekuensi dibagi carrier 200 kHz, tiap carrier dibagi 8 timeslot.

Elemen jaringannya:

Elemen	Peran
BTS	Radio transceiver di site
BSC	Mengatur channel, handover intra-BSS, paging
MSC	Switching panggilan, mobility inter-BSC
VLR	Database pengunjung (pelanggan yang berada di area MSC)
HLR/AuC	Database langganan & autentikasi pusat

Suara lewat TDM circuits (64 kbps per call setelah transcoding ~13 kbps), SMS lewat signaling channel. Semuanya circuit-switched — dunia pra-internet-seluler.

#GPRS/EDGE (2.5G)

GSM diberi kemampuan data packet dengan menambahkan SGSN dan GGSN ke jaringan core (disebut PS domain). EDGE meningkatkan modulasi sampai 8PSK (~200-400 kbps realistis). Lambat menurut standar kini, tapi konsep SGSN/GGSN inilah nenek moyang MME/SGW/PGW di LTE.

#UMTS (3G) — WCDMA

UMTS mengganti udara ke WCDMA: semua pengguna menumpuk di carrier 5 MHz yang sama, dipisahkan oleh kode (CDMA), bukan waktu/frekuensi. Elemen radio berganti nama:

Pemetaan elemen 2G → 3G

BTS → NodeB        (radio saja, cerdasnya pindah atas)
BSC → RNC          (cerdas & mengendalikan handover soft handover)
MSC/VLR tetap      (CS domain)
HLR  → HSS         (plus data IP multimedia)

Kelebihan WCDMA: soft handover halus. Kelemahan: efisiensi spektrum rendah pada beban tinggi — semua pengguna saling menjadi interferensi satu sama lain. HSPA/HSPA+ menyelamatkannya sementara dengan scheduling cepat dan modulasi lebih tinggi (hingga ~42 Mbps teoritis).

#LTE (4G) — All-IP dan OFDMA

LTE melompat besar: semua trafik jadi packet-switched, suara pun via VoLTE (IP). Udara pakai OFDMA downlink / SC-FDMA uplink — subcarrier 15 kHz yang saling ortogonal sehingga efisien dan tahan multipath. Arsitektur jauh lebih flat:

Elemen LTE	Peran
eNodeB	BTS + otak radio; langsung terhubung core — tidak ada BSC/RNC
MME	Control plane: attach, autentikasi, paging, handover
SGW	User plane anchor intra-EPC
PGW	Gerbang ke internet; alokasi IP, charging, policy
HSS	Database pelanggan
PCRF	Kebijakan & kontrol charging (QoS per layanan)

Interface penting yang wajib kalian kenali saat baca trace: Uu (UE↔eNB), X2 (eNB↔eNB, handover), S1-MME (signaling ke MME, protokol S1AP over SCTP), S1-U/GTP-U (user data tunneling), S6a (ke HSS, protokol Diameter).

#Protocol Stack LTE

Perbandingan stack user plane yang ringkas — hafalkan ini:

Stack user plane LTE

UE                          eNodeB              SGW/PGW
├─ APP                      ├─ PDCP             ├─ GTP-U
├─ IP                       ├─ RLC               └─ UDP/IP ... internet
├─ PDCP  (enkripsi, header) └─ MAC
├─ RLC   (segmentasi, ARQ)     │
├─ MAC   (scheduling, HARQ)    │
└─ PHY   (OFDMA, coding)  ─────┘

Poin-poin penting tiap lapis: PHY menangani modulasi/coding dan resource block allocation; MAC menjadwalkan siapa boleh kirim kapan; RLC menyusun ulang segmen; PDCP mengenkripsi dan kompresi header. Di 5G NR stack-nya mirip — belajar LTE sekali, dua kali paham.

#Praktik: Analisis Sinyal dan Paket

#Melihat Gelombang: IQ dan Spektrogram

Dengan SDR murah (RTL-SDR ~ratusan ribu rupiah), kita bisa benar-benar melihat sinyal GSM/LTE di sekitar. Contoh merekam IQ dan membuat spektrogram dengan Python:

spectrogram.py

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy import signal as sig
 
# Rekam IQ via rtl_sdr -f 1842500000 -s 2000000 samples.bin (band 3)
data = np.fromfile("samples.bin", dtype=np.uint8)
iq = (data.astype(float) - 127.5) / 128.0
i, q = iq[0::2], iq[1::2]
complex_iq = i + 1j * q
 
f, t, Sxx = sig.spectrogram(complex_iq[:2_000_000], fs=2e6, nperseg=1024)
plt.pcolormesh(t, f / 1e6, 10 * np.log10(Sxx + 1e-12), shading="auto")
plt.ylabel("Frekuensi (MHz offset)"); plt.xlabel("Waktu (s)")
plt.title("Spektrogram LTE band 3"); plt.colorbar(label="dB")
plt.savefig("spektrum.png", dpi=120)

Peak yang lebar ±9-10 MHz di tengah adalah carrier LTE 10 MHz — persis seperti diagram di buku, tapi kini dari udara kalian sendiri.

Warning

Merekam spektrum untuk pembelajaran sah, tetapi mendekripsi trafik orang lain ilegal. Selain itu LTE mengenkripsi user plane (PDCP) — yang bisa kalian amati publik hanya pola signaling dan level daya. Gunakan RTL-SDR hanya sebagai alat lihat, bukan intip.

#Melihat Paket Signaling

Di lab Open5GS + UERANSIM (dari episode 0), capture trafik antara gNB simulator dan core:

Capture signaling NGAP/SCTP

sudo tcpdump -i any -w ngap.pcap 'sctp'
tshark -r ngap.pcap -Y 'ngap' -T fields \
  -e frame.number -e ngap.procedureCode 2>/dev/null | head -20

Prosedur NGAP awal yang kalian lihat (NG Setup, Initial UE Message) adalah padanan langsung prosedur S1AP di LTE — konsep yang sama, generasi baru. Untuk LTE sungguhan, tools komersial seperti QXDM/QCAT dipakai engineer untuk membaca log UE level layer 3.

#Common Pitfalls

Mengira LTE "lebih baik" karena all-IP lalu mengabaikan CS domain: banyak operator masih jalankan VoLTE fallback ke 2G/3G (CSFB); insiden suara sering ada di sana.
Menukar bearer dan channel: bearer adalah konsep QoS end-to-end (EPS bearer); channel fisik (PRB) adalah sumber daya udara. Keduanya sering tertukar di diskusi kapasitas.
Belajar dari diagram tanpa interface: hafalan elemen tanpa nama interface (S1/X2/Uu/S6a) membuat kalian diam saat troubleshooting bersama tim NOC.

#Penutup

Inti yang harus dibawa pulang:

Evolusi multiple access: FDMA/TDMA (GSM) → WCDMA (3G) → OFDMA/SC-FDMA (LTE) — masing-masing menyelesaikan kelemahan pendahulunya.
Arsitektur makin flat: BTS+BSC+MSC era 2G menyusut jadi eNodeB + EPC di LTE.
Protocol stack LTE (PHY→MAC→RLC→PDCP) adalah fondasi langsung 5G NR.
Kalian sudah bisa menganalisis sinyal (spektrogram IQ) dan paket signaling (SCTP/NGAP) dengan tools open-source.

Di episode 5 kita masuk generasi terkini: arsitektur 5G — NR dan beamforming massive MIMO, Service-Based Architecture di 5G Core, network slicing, dan praktik mendesain jaringan 5G mini dengan Open5GS. Sampai jumpa!