Analisis Kinerja Algoritma Suboptimal Handover Pada Sistem Komunikasi Wireless

(1)

ANALISIS KINERJA

ALGORITMA SUBOPTIMAL HANDOVER

PADA SISTEM

KOMUNIKASI

WIRELESS

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Telekomunikasi

Oleh:

RUDY CHANDRA

NIM : 090402034

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

ABSTRAK

Handover adalah peristiwa pengalihan layanan BTS terhadap mobile.

Dalam sistem komunikasi seluler sangatlah penting untuk menentukan kapan

suatu handover dilakukan, handover yang terlalu banyak akan meningkatkan

biaya dari sistem danhandoveryang sedikit mungkin menurunkan kualitas sinyal.

Terdapat banyak algoritma untuk meningkatkan efektivitas dari sistem dan pada

tulisan ini dianalisis algoritmasuboptimal handover.

Algoritmasuboptimal handovermelakukan proses pengambilan keputusan

handoverdengan mengolah sinyal kuat terima (Relative Signal Strength)dari BTS

berdasarkan prediksi satu langkah (k+1) ke depan darimobile. Terdapat tiga jenis

variasi dari suboptimal handover yang dibandingkan kinerjanya yaitu Signal

Degradation Handover (SDH), Delay Handover (DH), dan Delay Handover

Signal Degradation (DHSD).

Dari hasil simulasi dengan memvariasikan nilai cost (0,0015 ; 0,0025;

0,0045; 0,0065’ 0,0080; 0,015; 0,025; 0,045; 0,065; 0,08; 0,15; 0,25; 0,45; 0,65;

0,80) dari ketiga varian suboptimal handoverdidapatkan bahwa algoritma DHSD

(nilai minimum; link degradation= 0,5511,delay=4 meter) memiliki nilai terbaik

dibandingkan algoritma DH (nilai minimum; link degradation= 0,5511, delay=4

meter pada nilai cost tinggi nilai algoritma DH lebih tinggi) dan algoritma SDH

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan ke hadiratTuhan Yang Maha Esa

yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

ANALISIS KINERJA ALGORITMASUBOPTIMAL HANDOVER PADA SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya

Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan

dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terima kasih kepada:

1. Bapak Maksum Pinem, ST,MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir,

atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir

ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST,MT

selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir.Riswan Dinzi, MT sebagai Dosen Wali penulis, yang selalu

(4)

4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro yang telah memberikan

bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Kepada Bapak dan Ibu tercinta yang selalu merawat, menjaga, dan

mendoakan dan memberikan segalanya kepada penulis sehingga penulisan

Tugas Akhir ini dapat diselesaikan

6. Abang-kakak tercinta: Gunawan Chandra, Elisa Chandra, Theresia, dan

Juliana dan seluruh Keluarga Besar yang menjadi inspirasi dan selalu

memberikan motivasi, perhatian dan doanya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

7. Sahabat-sahabat seperjuangan: Nicholas, Daniel Hermanto Marpaung,

Frans Christian Sitompul, Candra V.Tambunan, Chairunisa, Haditia, Meta

Sinaga dan seluruh stambuk 2009, serta Bg Leonardo Siregar, Bg Ary

Purwanto, dan Bg Sandy, semoga silaturrahmi kita terus terjaga.

8. Teman tercinta saya : JessicaChow. yang selalu mendukung dan

mendoakan saya hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.

9. Para teman-teman terbaik Blue Table: JM, Akau, Frans Zier, Dave

Cellyne, Phulip, William Weeney yang tetap memberikan support terbaik

kepada saya.

(5)

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk

menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.

Akhir kata penullis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi

para pembaca.

Medan, Oktober 2013

Penulis,

Rudy Chandra

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK………i

KATA PENGANTAR……….ii

DAFTAR ISI………v

DAFTAR GAMBAR………..viii

DAFTAR TABEL………x

DAFTAR ISTILAH………xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang………..1

1.2 Rumusan Masalah……….2

1.3 Tujuan Penulisan………...3

1.4 Manfaat Penulisan……….3

1.5 Batasan Masalah………4

1.6 Metodologi Penelitian…….………..4

1.7 Sistematika Penulisan………4

BAB II SISTEM KOMUNIKASI SELULER 2.1 Arsitektur Sistem..………6

2.2 Prinsip Seluler. ………9

2.2.1 RasioCarrier-to-Interferrence………..……….10

2.2.2 FormasiCluster……….……….11

2.3 Parameter Propagasi Sinyal………14

2.4 Handover……...………...17

(7)

2.4.2 KeputusanHandover………..……….19

2.4.3 Jenis-jenis AlgoritmaHard Handover……….20

BAB III METODE PENGUJIAN 3.1 Persiapan Penelitian………..………...24

3.2 Level Kuat Sinyal Terima (RSS) …………..……….…25

3.3 MetodeHandover……….………...…….…….….…...26

3.3.1 AlgoritmaSignal Degradation-Handover (SDH)…..…27

3.3.2 Algoritma Delay-Handover (DH)….………..…..…30

3.3.3 AlgoritmaDelay Handover Signal Degradation (DHSD)..……….………32

3.4 Parameter KinerjaHandover……….………...…….…34

BAB IV ANALISIS KINERJA ALGORITMA SUBOPTIMAL HANDOVERPADA SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS 4.1 Rancangan Sistem……….……….…….36

4.2 Proses Simulasi………...…....38

4.3 Parameter Simulasi………..………39

4.4 Hasil Simulasi………..…...40

4.4.1 Kinerja Algoritma Suboptimal Signal Degradation Handover………....40

4.4.2 Kinerja AlgoritmaSuboptimal Delay Handover…..……….………...42

(8)

4.5 Perbandingan Kinerja AlgoritmaSuboptimal Handover……...47

4.6 Perbandingan BTS dalam melayanimobile………...53

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan……….56

5.2 Saran………...………57

DAFTAR PUSTAKA………...58

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Arsitektur Sistem GSM…….………..……….7

Gambar 2.2 Model dari jaringan seluler dengan penggunaanfrequency reuse…10 Gambar 2.3 Formasiclusterdanfrequency reuse.………..………...12

Gambar 2.4 Gambaran nyata dari sel.………....14

Gambar 2.5 Pergerakan MS dari BS1 ke BS2 melewati BS3.………...22

Gambar 3.1 Tahapan Simulasi…....………...24

Gambar 3.2Delayyang terjadi padamobilesejauhd………...35

Gambar 4.1 Model sistem………..36

Gambar 4.2 Kuat sinyal yang diterima MS ………...………37

Gambar 4.3 Flow chart simulasi ………..……….38

Gambar 4.4 Grafiklink degradationterhadap perubahan nilaicost pada algoritmaSuboptimal SDH………..………40

Gambar 4.5 Grafik jarakdelayterhadap perubahan nilaicost pada algoritmaSuboptimal SDH……….………..41

Gambar 4.6 Grafiklink degradationterhadap perubahan nilaicost pada algoritma Suboptimal DH ………..……..43

Gambar 4.7 Grafik jarakdelayterhadap perubahan nilaicost pada algoritmaSuboptimal DH………...43

Gambar 4.8 Grafiklink degradationterhadap perubahan nilaicost-1 pada algoritma Suboptimal DH………..………...45

(10)

Gambar 4.10 Perbandingan ketiga algoritmasuboptimalberdasarkan

nilailink degradation……….48

Gambar 4.11 Perbandingan ketiga algoritmasuboptimalberdasarkan

nilailink degradation………...…49

Gambar 4.12RatioBTS yang melayanimobilepada algoritmaSuboptimal

SDH……….………...…54

Gambar 4.13RatioBTS yang melayanimobilepada algoritmaSuboptimal

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Parameter simulasi sistem………..38

Tabel 4.2 Pengaruh perubahan nilaicostpada algoritmaSuboptimal Signal

Degradation Handover (SDH)………...………...41

Tabel 4.3 Pengaruh perubahan nilaicostpada algoritmaSuboptimal Delay

Handover (DH)………..………….…...44

Tabel 4.4 Pengaruh perubahan nilaicost-1pada algoritmaSuboptimal Delay

Handover Signal Degradation (DHSD)……….46

Tabel 4.5 Rasio perbandingan algoritmasuboptimal SDHdenganDHSD

berdasarkanlink degradation ………..………....50

Tabel 4.6 Rasio perbandingan algoritmasuboptimal SDHdenganDHSD

berdasarkandelay ……….………...….51

Tabel 4.7 Rasio perbandingan algoritmasuboptimal DHdenganDHSD

berdasarkanlink degradation………..……….……….52

Tabel 4.8 Rasio perbandingan algoritmasuboptimal DHdenganDHSD

(12)

DAFTAR ISTILAH

Base Station(BS)

Istilah umum yang digunakan untuk mendiskripsikan pengertian dari antar muka

(interface) pada sisi stationary (tetap, tak dapat bergerak atau pindah) sebuah

jaringan bergerak (mobile).

Cost

Parameter tradeoff non negatif dalam algoritma suboptimal handover yang

merupakan fungsi daya yang ditambahkan ke dalam sistem untuk memaksimalkan

kualitaslink.Contoh: Penambahan daya pada sistem akan meningkatkan performa

sehinggahandoverlebih jarang terjadi namun akan meningkatkan biaya.

Delay

Jarak tunda mobile karena tidak dilayani oleh BTS terdekat dari posisi mobile.

Delaydihitung dalam satuan meter.

Fading

Gangguan saluran transmisi, terutama pada sistem gelombang mikro ketika

sinyal-sinyal yang dikirim melalui berbagai jalur ke penerima dan mengalami

perubahan karena kondisi atmosfer.

GSM

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

(13)

Hard handover

Suatu metode dimana kanal pada sel sumber dilepaskan dan setelah itu baru

menyambung dengan sel tujuan. Sehingga koneksi dengan sel sumber terputus

sebelum menyambung dengan sel target – untuk alasan tersebut hard handover

juga dikenal dengan sebutan “break-before-make”.

Hysteresis

Selisih antara kuat sinyal dari base station yang sedang melayani dengan base

stationtetangga.

Interferensi

Kondisi dimana dua gelombang atau lebih berjalan melalui bagian yang sama dari

suatu ruangan pada waktu yang bersamaan, hal ini mengakibatkan terjadinya

superposisi dari gelombang-gelombang tersebut sehingga menghasilkan pola

intensitas baru.

Link

Hubungan radio antara pengirim dan penerima.

Link Budget

Sebuah perhitungan yang meliputi faktor-faktor perolehan (gain) dan kehilangan

(loss) yang berhubungan dengan antena-antena, pengirim-pengirim, jalur

transmisi dan seputar propagasi yang digunakan untuk menentukan jarak

maksimum dimana pengirim dan penerima bisa beroperasi dengan sukses.

Link Degradation

Peluang kuat sinyal dari BTS yang sedang melayani mobilejatuh di bawah nilai

(14)

LOS (Line of Sight)

Gambaran untuk lintasan atau hubungan radio tanpa halangan antara antena

pengiriman dan antena penerimaan pada sistem komunikasi.

Mobile Station(MS)

Istilah yang digunakan untuk mendiskripsikan terminal pelanggan dalam jaringan

nirkabel.

Multipath

Fenomena dimana sinyal dari pengirim (transmitter) tiba di penerima (receiver)

melalui dua atau lebih lintasan yang berbeda.

Neighbouring Set

Daftar daribase stationyang sinyal pilotnya diukur secara kontinu tetapi nilainya

tidak cukup kuat untuk dimasukkan ke dalamactive set.

Path Loss

Tingkat dimana sinyal yang ditransmisikan kehilangan daya rata-rata dari

kekuatan awalnya selama sinyal tersebut merambat.

Propagasi

Proses perambatan gelombang radio di udara, berawal saat sinyal radio

dipancarkan di titik pengirim dan berakhir saat sinyal radio tersebut ditangkap di

titik penerima.

Shadow Fading

Fenomena yang terjadi ketika sebuah mobile station berpindah ke belakang

(15)

Soft handover(SHO)

Suatu metode dimana kanal pada sel sumber tetap tersambung dengan user

sementara secara paralel juga menghubungi kanal pada sel target. Pada kasus ini,

sambungan ke target harus berhasil dahulu sebelum memutus sambungan dengan

sel sumber, karena itulah softhandoverjuga disebut “make-before-break”.

Threshold

Level kuat sinyal minimum yang dibutuhkan untuk memberikan kualitas

pelayanan komunikasi yang baik.

Wireless

Teknologi komunikasi data dengan koneksi yang tidak menggunakan kabel untuk

menghubungkan antar suatu perangkat dengan perangkat lainnya. Mengacu pada

(16)

ABSTRAK

Handover adalah peristiwa pengalihan layanan BTS terhadap mobile.

Dalam sistem komunikasi seluler sangatlah penting untuk menentukan kapan

suatu handover dilakukan, handover yang terlalu banyak akan meningkatkan

biaya dari sistem danhandoveryang sedikit mungkin menurunkan kualitas sinyal.

Terdapat banyak algoritma untuk meningkatkan efektivitas dari sistem dan pada

tulisan ini dianalisis algoritmasuboptimal handover.

Algoritmasuboptimal handovermelakukan proses pengambilan keputusan

handoverdengan mengolah sinyal kuat terima (Relative Signal Strength)dari BTS

berdasarkan prediksi satu langkah (k+1) ke depan darimobile. Terdapat tiga jenis

variasi dari suboptimal handover yang dibandingkan kinerjanya yaitu Signal

Degradation Handover (SDH), Delay Handover (DH), dan Delay Handover

Signal Degradation (DHSD).

Dari hasil simulasi dengan memvariasikan nilai cost (0,0015 ; 0,0025;

0,0045; 0,0065’ 0,0080; 0,015; 0,025; 0,045; 0,065; 0,08; 0,15; 0,25; 0,45; 0,65;

0,80) dari ketiga varian suboptimal handoverdidapatkan bahwa algoritma DHSD

(nilai minimum; link degradation= 0,5511,delay=4 meter) memiliki nilai terbaik

dibandingkan algoritma DH (nilai minimum; link degradation= 0,5511, delay=4

meter pada nilai cost tinggi nilai algoritma DH lebih tinggi) dan algoritma SDH

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Algoritma handover paling sederhana adalah algoritma berdasarkan

kekuatan sinyal dimana algoritma ini bekerja berdasarkan tes kekuatan sinyal

yang relatif terhadap mobile dan mobile akan memilih BTS dengan kekuatan

sinyal paling tinggi. Metode ini memperlihatkan banyaknya handover yang tidak

semestinya dilakukan karena BTS yang melayani masih mampu bekerja secara

optimal dan tentu saja ini menimbulkancostyang tinggi. Selain itu karena adanya

noise dan parameter gangguan lainnya maka sinyal yang diterima oleh mobile

akan berfluktuasi sehingga dapat menimbulkan efek ping-pong dimana mobile

akan mengalamihandoverterus menerus padaBTSyang berdekatan.

Tujuan utama dari algoritma handoveradalah untuk memberikan kualitas

sinyal yang baik. Sebuah algoritma handoverdikatakan optimal jika ia mencapai

tradeoff yang terbaik diantara kelas dari semua algoritma handover. Tradeoff

merupakan tolak ukur dalam melakukan perbandingan antara algoritma yang ada

misalnya seperti signal degradation, jumlah handover ataupun besarnya jarak

delaydari suatuhandover.

Pada Tugas Akhir ini, penulis memilih menganalisis algoritma suboptimal

handover dengan memvariasikan karakteristik dari algoritma tersebut seperti

Suboptimal Signal Degradation Handover, Suboptimal Delay Handover, dan

(18)

(SDH) namun diterapkan pada lintasan yang berbeda dan nilaicost yang berbeda

pula. Jumlah handover, sinyal degradasi dan delay adalah parameter yang

ditentukan sebagai ukuran untuk mengevaluasi kinerja algoritma yang ada. Nilai

dari ketiga parameter kinerja tersebut berhubungan langsung dengan kinerja

proseshandoverdan sangat perlu dioptimalkan.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh nilaicost (c) dari masing-masing jenis algoritma

berpengaruh terhadap kinerja algoritma suboptimal SDH, DH dan

DHSD.

2. Bagaimana perbandingan kinerja algoritmasuboptimal SDH, DH,dan

DHSD.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisis

kinerja dari ketiga jenis algoritmasuboptimal handover.

1.4 Manfaat Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat sebagai informasi atau

mungkin acuan dalam memodelkan algoritma Suboptimal Handoverpada sistem

komunikasi bergerak berdasarkan parameter propagasi dan kinerja yang

(19)

1.5 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan dalam tulisan ini, maka dibuat

pembatasan masalah sebagai berikut :

1. Model pengamatan adalah tiga BTS yang terpisah pada jarak yang

sudah ditentukan dengan bentuk sel segi enam dan BTS berada di

pusat.

2. BTSberoperasi dengan daya yang sama.

3. MS bergerak dari satu sel ke sel lain dengan lintasan lurus pada

kecepatan yang konstan.

4. Algoritma yang digunakan adalah berbasis RSS (Received Signal

Strength) yaitu kuat sinyal pilot yang diterima.

5. Model darishadow fadingyang digunakan adalah model analitik.

1.6 Metodologi Penelitian

Metodologi penelitian yang digunakan dalam menyusun Tugas Akhir ini

adalah sebagai berikut :

1. Studi Literatur

Mempelajari dan memahami buku-buku dan jurnal-jurnal yang telah ada

sebelumnya untuk dijadikan sebagai acuan dan referensi guna membantu

penyelesaian Tugas Akhir ini.

2. Simulasi dan Analisa Data

Metode ini dimulai dari membuat sistem pengambilan keputusanhandover

(20)

dengan menggunakan program MATLAB 7.13.0.564 (R2011b).

Langkah-langkah dalam melakukan simulasi dapat dijabarkan sebagai berikut:

a. Menentukan parameter-parameter dalam simulasi seperti jarak,

kuat sinyal, nilai redaman ataupath lossdan lainnya.

b. Melakukan simulasi kuat sinyal yang diterima mobile dari ketiga

BTS dalam lintasan yang telah ditentukan.

c. Melakukanaveragingagar kuat sinyal yang diterima lebih halus.

d. Melakukan proses penentuan handover dengan algoritma

Suboptimal SDH, DHdanDHSD.

e. Melakukan perbandingan ketiga algoritma tersebut dengan melihat

nilaisignal degradation,jumlahhandoverdan lamanyadelay.

f. Hasil yang diharapkan dari analisis ini adalah perbandingan kinerja

paling bagus dari ketiga jenis algoritmaSuboptimal Handover.

1.7 Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini ditulis dan disusun dalam urutan sebagai

berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisikan latar belakang, rumusan masalah, tujuan

dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan,

(21)

BAB II SISTEM KOMUNIKASI SELULER

Bab ini memberikan gambaran singkat tentang arsitektur

sistem GSM, prinsip seluler seperti re-use channel dan

rasio carrier-to-interferrence, parameter propagasi sinyal

dan teorihandover.

BAB III METODE PENGUJIAN

Bab ini menjelaskan tentang tahapan dalam mengerjakan

simulasi, level kuat sinyal terima, kinerja darihandoverdan

rumus dasar suboptimal handover. Hal-hal inilah yang

kemudian menjadi dasar dalam menyusun simulasi dengan

menggunakan programMATLAB.

BAB IV ANALISIS KINERJA ALGORITMASUBOPTIMAL

HANDOVERPADA SISTEM KOMUNIKASIWIRELESS

Bab ini memaparkan tentang simulasi dengan hasil numerik

dengan menggunakan MATLAB 7.14 yang akan

menunjukkan analisis kinerja algoritma suboptimal

handover berdasarkan data parameter kinerja yang

dihasilkan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran yang

(22)

BAB II

SISTEM KOMUNIKASI SELULER

2.1 Arsitektur Sistem

Komponen fundamental dari suatu sistem GSM (Global System for Mobile

Communication) dapat dilihat pada Gambar 2.1. Seorang pengguna memakai

perangkat telekomunikasi yang kemudian disebut sebagai Mobile Station (MS),

dimana MS berkomunikasi melalui udara dengan sebuah base station yang

kemudian disebutBase Tranceiver Station (BTS)dalam GSM. Sebuah BTS terdiri

dari perangkat transmitter dan receiver seperti antena, amplifier dan komponen

lainnya yang berhubungan dengan sinyal dan pengolahan protokol. Sebagai

contohnya, kode proteksi kesalahan (error protection coding) dilakukan di BTS,

dan protokol level link untuk pensinyalan pada jalur radio diputuskan disini.

(23)

Untuk menjaga agar ukuran BTS tidak terlalu besar maka bagian kontrol

yang penting dilakukan oleh Base Station Controller (BSC). Sebuah BSC terdiri

dari fungsi kontrol untuk kanal radio, pengaturan kanal dan pengaturan handover.

Umumnya beberapa BTS dikontrol oleh sebuah BSC. Pada prakteknya, BTS dan

BSC dikoneksikan melalui hubungan kabel langsung (fixed lines) ataupun

hubungan radio point-to-point. BTS dan BSC bersama-sama membentuk Radio

Access Network (RAN).

Kumpulan trafik dari pengguna dirutekan melalui sebuah switch, yang

disebut juga Mobile Switching Center (MSC). Pada MSC dilakukan pencarian

jalur, pengolahan data dan segala fungsi switching dari sebuah node switching

pada sebuah jaringan telepon tetap seperti pada jaringan Integrated Services

Digital Network (ISDN). Perbedaan utama ISDN dan MSC adalah pada MSC

harus diperhitungkan alokasi dan administrasi dari kanal radio dan mobilitas dari

pengguna. Selain itu, sebuah MSC harus menyediakan fungsi tambahan untuk

registrasi lokasi pengguna dan handover dari sebuah koneksi apabila pengguna

bergerak dari sel yang satu ke sel lainnya.

Sebuah jaringan seluler dapat memiliki beberapa MSC dengan setiap MSC

bertanggung jawab sebagai sebuah bagian dari jaringan contohnya di perkotaan

atau daerah metropolitan yang mempunyai trafik padat. Panggilan yang berasal

dari jaringan telepon lokal akan ditangani oleh Gateway MSC (GMSC). Bagian

yang mengatur hubungan antara jaringan telepon lokal (PSTN) dengan jaringan

seluler (ISDN) adalah Interworking Function (IWF) dimana pada bagian ini

(24)

Sambungan antara MS dengan jaringan internasional dilakukan oleh International

Switching Center (ISC)dengan negara yang akan dihubungkan.[1]

Sebuah jaringan GSM juga memiliki beberapa jenis database. Home

Location Register (HLR) danVisitor Location Register (VLR) menyimpan lokasi

terkini dari sebuah MS. Ini diperlukan karena jaringan harus mengetahui dimana

posisi sel yang digunakan oleh pengguna untuk membangun panggilan ke BTS

yang tepat. Sebagai tambahan, registerini menyimpan profil dari pengguna, yang

kemudian digunakan untuk keperluan administrasi dan pencatatan biaya

penggunaan dari jaringan. Database lainnya berfungsi untuk tujuan keamanan

seperti Authentication Center (AUC) yang menyimpan data yang berhubungan

dengan keamanan seperti kunci yang digunakan untuk enkripsi dan autentikasi;

Equipment Identity Register (EIR)menyimpan data peralatan.

Pengelolaan dan manajemen dari jaringan dilakukan di suatu tempat di

pusat yang disebut sebagai Operation and Maintenance Center (OMC). Fungsi

dari OMC adalah sebagai administrasi dari pengguna, terminal, data pembayaran,

konfigurasi jaringan, operasi, pengawasan performa dan pemeliharaan jaringan.

Bagian OMC bekerja berdasarkan konsep dari Telecommunication Management

Network (TMN)yang distandarisasi oleh ITU-T seri M.30.

Sebuah jaringan GSM dapat dibagi menjadi tiga subjaringan yaitu: Radio

Access Network, Core Network dan Management Network ketiga subjaringan ini

biasa disebut subsistem dalam jaringan GSM. Ketiga subsistem ini disebut juga

Base Station Subsystem (BSS), Network Switching Subsystem (NSS) dan

(25)

2.2 Prinsip Seluler

Karena keterbatasan band frekuensi yang bisa digunakan, jaringan radio

hanya mempunyai sedikit kanal yang tersedia. Sebagai contohnya, sistem GSM

mempunyai alokasibandwidth sebesar 25 Mhz pada jangkauan 900 Mhz, dimana

kanal maksimum yang dapat dipergunakan hanya 125 kanal dengan bandwidth

tiap kanal 200 khz. Dengan delapan kali multipleks dapat disediakan 1000 kanal

yang kemudian dikurangi dengan kanal kontrol pada spektrum frekuensi dan

overheadyang terjadi pada saatsignalling.Untuk melayani ratusan bahkan ribuan

pengguna maka harus digunakanlah pembagian frekuensi atau biasa disebut

dengan frequency reuse. Penggunaan dari frequency reuse telah membuat

perkembangan yang signifikan pada nilai ekonomis dari frekuensi. Karakteristik

dari jaringan seluler dapat dijelaskan sebagai berikut[1] :

a. Area yang dilayani oleh sebuah BTS dibagi menjadi sel. Sel ini biasanya

dimodelkan dalam bentuk segi-enam (heksagonal) dengan BTS terdapat

tepat di tengah dari setiap sel.

b. Dua sel yang saling bersebelahan tidak boleh menggunakan frekuensi

yang sama karena dapat menyebabkanco-channel interference.

c. Hanya pada jarak D (jarakfrequency reuseyang diperbolehkan) frekuensi

yang sama boleh dipergunakan, seperti pada Gambar 2.2. Ketika

merancang sistem jaringan radio, jarak D harus diperhitungkan agak besar

(26)

Gambar 2.2Model dari jaringan seluler dengan penggunaanfrequency reuse[1]

d. Ketika pengguna yang sedang melakukan percakapan bergerak dari satu

sel ke sel lainnya, akan terjadi pergantian frekuensi secara otomatis atau

biasa disebut dengan handover dan akan tetap menjaga koneksi

percakapan.

2.2.1 RasioCarrier-to-Interference

Kualitas sinyal dari suatu koneksi dihitung dengan membandingkan daya

sinyal yang diterima dengan daya interferensi yang diterima karena co-channel

dan dirumuskan dengan rasio Carrier-to-Interference (CIR atau C/I) pada

persamaan 2.1 [1]:

(27)

Intensitas dari interferensi sangat bergantung pada jarak D dari frequency

reuse. Dari sudut pandang MS, interferensi co-channel diakibatkan karena BTS

yang berada pada jarak D dari BTS yang sedang melayaninya. Pada keadaan

terburuk untuk level CIR, sebuah MS sedang berada pada jarak R yang

merupakan ujung dari suatu area cakupan dari sebuah BTS dan diasumsikan enam

dari sel yang bersebelahan mentransmisikan daya yang sama, dapat dilihat pada

persamaan 2.2 :

(2.2)

Dengan daya yang dikirim adalah sama kita dapatkan kondisi terburuk dari

CIR dengan fungsi jari-jari sel yaitu R, maka pada persamaan 2.3 jarak reuse D

dan eksponen attenuasi adalah:

(2.3)

Nilai dari CIR sangat bergantung pada rasio R/D. Dengan syarat ini untuk

merancang suatu jaringan seluler, haruslah diperhitungkan jarak minimum untuk

frequency reuse agar interferensi akibat co-channel dapat tetap berada di batas

ambang.[1]

2.2.2 Formasicluster

Sebuahclusteradalah kumpulan dari sel dimana sel-sel dalam satucluster

tidak boleh menggunakan frekuensi yang sama dan sel yang berada di cluster

yang lain bisa menggunakan kembali frekuensi tersebut. Ukuran dari suatucluster

(28)

Gambar 2.3 menunjukkan contoh dari cluster dan penggunaan frequency reuse

dari setiapcluster.[1]

Gambar 2.3Formasiclusterdanfrequency reuse[1]

Karakteristik dari setiapcluster:

a. Sebuah cluster dapat berisi semua frekuensi yang terdapat dalam sistem

komunikasi radio.

b. Dalam sebuah cluster tidak boleh digunakan frekuensi yang sama dalam

setiap selnya.

c. Semakin besar ukuran sebuah cluster, maka jarak frequency reuse dan

nilai CIR juga akan semakin besar dan semakin banyak nilai k, maka

jumlah kanal yang tersedia akan semakin sedikit dan jumlah pengguna

yang dapat dilayani di setiap sel akan berkurang.

Rumus jarak frequency reuse D dapat diperoleh dari persamaan 2.4

dengan model segi-enam dan bergantung pada nilai k dan jari-jari dari sel :

(29)

Nilai CIR dapat diperoleh sebagai persamaan 2.5:

(2.5)

Dengan hasil tersebut, kita dapat menentukan ukuran cluster yang

optimum dengan memasukkan nilai (C/I) yang minimum dengan rumus pada

persamaan 2.6:

(2.6)

Berdasarkan pada data perhitungan yang ada, kualitas percakapan yang

bagus mempunyai nilai . Dengan mengasumsikan koefisien

propagasinya maka ukuran cluster minimumnya dapat diperoleh pada

persamaan 2.7 dan 2.8:

(2.7)

(2.8)

Model seluler yang dibahas sejauh ini sangat ideal untuk analisis dan

ilustrasi, akan tetapi pada kenyataanya sel bukanlah berupa lingkaran maupun

segi-enam melainkan merupakan bentuk tak beraturan karena kondisi dari

propagasi yang sangat acak. Pada Gambar 2.4 dapat dilihat gambaran nyata dari

suatu jaringan dan dapat dilihat pembagian dari kanal yang dialokasikan beserta

frequency reuse. Perbedaan ukuran dari tiap sel bergantung pada area dari sel itu

(30)

Gambar 2.4Gambaran nyata dari sel[1]

2.3 Parameter Propagasi Sinyal

Gelombang elektromagnetik dari sinyal radio merambat dengan kondisi

ideal di ruang bebas dengan pola radial simetris. Daya yang diterima

berbanding terbalik dengan pangkat dua dari jarak dari pemancar. Secara

spesifik, daya yang diterima dapat dijabarkan dalam model ruang bebas sebagai

fungsi dari daya yang dipancarkan, jarak dan panjang gelombang dari sinyal

radio sebagai persamaan 2.9 [1]:

(2.9)

dimana dan adalah gain pemancar dan penerima. Rumus 2.9 belum

memasukkan efek terrestrial dari perambatan radio seperti sinyal yang

terhamburkan dan terpantulkan karena halangan seperti bangunan, gunung,

pepohonan, dan permukaan air. Pada sisi penerima, sinyal yang diterima

(31)

sinyal yang dipantulkan dan kemudian dapat ditulis pada persamaan 2.10

merupakan fungsi linier dari dan gabungan dari gain kanal :

(2.10)

Gainkanal dapat dibagi menjadi 3 komponen seperti pada persamaan 2.11 :

(2.11)

dimana setiap komponen merupakan faktor utama dari parameter propagasi.

a. Gain berdasarkan jarak (path gain) : Komponen ini biasanya

dimodelkan sebagai fungsi deterministik dari jarak antara pemancar dan

penerima. memberikan nilai rata-rata yang diterima pada jarak

dari pengirim (jika diasumsikan . Model umum daripath gain

dapat dituliskan sebagai persamaan 2.12 :

(2.12)

Dimana adalah jarak referensi dan adalah eksponen attenuasi,

tergantung pada lingkungan propagasi. Nilai biasanya diantara 3 dan 5.

b. Gain karena efek shadowing ( shadowing gain )( ) : Shadowing

merupakan efek fluktuasi dari daya yang diterima di nilai rata-ratanya, ini

terjadi karena adanya halangan seperti bangunan maupun pepohonan.

Besar tidaknya pengaruh dari efek shadowing sangat bergantung pada

jumlah dan jenis dari halangan diantara pemancar dan penerima.

Perubahan nilai dari shadowing terjadi dalam satuan meter, seperti

contohnya ketika pengguna berbelok dari suatu persimpangan ketika

(32)

dengan model statistik, menjabarkangain shadowing( ) sebagai variabel

acak terdistribusi log-normal. Untuk itu, gain shadowing dalam satuan

desibel didistribusikan dengan distribusi Gaussian seperti pada persamaan

2.13 :

(2.13)

Standar deviasi menentukan seberapa besar pengaruh shadowing dan

bergantung pada lingkungan yang akan dimodelkan. Berdasarkan data

pengukuran, nilai yang umum untuk adalah diantara 5 sampai 10 dB.

c. Gainkarena efekmultipath fading( : Sumber lain yang menyebabkan

fluktuasi daya yang diterima di sekitar nilai rata-ratanya diakibatkan oleh

multipath fading. Pada lingkungan perkotaan, biasanya sinyal yang

diterima berasal dari sinyal yang diterima dari beberapa jalur propagasi.

Gabungan dari sinyal-sinyal yang diterima dari jalur propagasi yang

berbeda-beda tersebut mengakibatkan timbulnya medan gelombang

disekitar penerima. Panjang gelombang dari kuat sinyal yang diterima di

medan gelombang ini berubah tergantung pada tempat-tempat dimana

superposisi dari sinyal destruktif dan konstruktif terjadi. Hasil dari variasi

sinyal yang diterima dimodelkan oleh variabel acak yaitu pada

persamaan 2.14 :

(2.14)

Distribusi dari variabel acak bergantung pada lingkungan propagasi. Jika

tidak ada hubungan line of sight antar pemancar dan penerima, maka

(33)

2.4 Handover

Keleluasaan untuk melakukan dan menerima panggilan dimanapun dan

kapan pun telah menciptakan sebuah dimensi baru dalam sistem komunikasi

wireless dimana pengguna dapat bergerak dari satu tempat ke tempat lain ketika

sedang melakukan panggilan.Handoveradalah bagian terpenting yang mendasari

mobilitas dari pengguna.[6]

Handover adalah proses memutuskan suatu koneksi yang lama dan

menggantikannya dengan koneksi yang baru dimana pengguna itu berada yang

kemudian disebut sebagai sel tujuan. Umumnya handover dilakukan ketika

kualitas sinyal yang diterima mobile daribase station berkurang di bawah batas

tertentu.

Dari informasi mengenai kualitas sinyal radio yang diperoleh, dapat

ditentukan kapan handover diperlukan ke sel lainnya. Pengetahuan mengenai

alokasi ketersediaan sinyal radio pada sel tujuan dan pelepasan kanal yang tepat

setelahhandoverselesai dilakukan sangatlah mendukung tingkat keberhasilan dari

suatuhandover.

Ketika jaringan tidak berhasi membangun koneksi dengan sel tujuan maka

handover tersebut dinyatakan gagal. Kegagalanhandover terjadi ketika tidak ada

ketersediaan kanal baru di sel tujuan atau terjadinya dropped call. Dropped call

terjadi ketika kualitas sinyal radio telah jatuh dibawah batas tertentu sebelum

(34)

2.4.1 JenisHandover

Ada beberapa jenis handover yaitu hard handover, soft handover dan

softer handover. Proseshandoverdimulai ketika MS mendeteksi sinyal pilot yang

secara signifikan lebih kuat dibandingkan dengan kanal trafik forward lain yang

ditujukan kepadanya. MS tersebut akan mengirimkan pesanpilot measurementke

base station kandidat dengan sinyal terkuat sekaligus menginstruksikan untuk

memulai proses handover. Cell tersebut akan mengirimkan pesan handover

directionke MS, mengarahkan untuk melakukanhandover.Setelah mengeksekusi

pesanhandovertersebut, MS akan mengirimkan pesanhandover completionpada

kanal trafik yang baru. Perbedaan dari masing-masing jenishandover[6]:

a. Hard Handover

Hard handoverterjadi pada dua frekuensi yang berbeda. Pada hard handoverini,

terjadi proses “break before make” yang berarti hubungan mobile station dengan

base station yang lama harus diputuskan terlebih dahulu sebelum membangun

hubungan kembali dengan base station yang baru. Hard handover dapat

dilakukan pada sistem komunikasi analog, sistem FDMA (Frequency Division

Multiple Access), sistem TDMA (Time Division Multiple Access), dan sistem

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).

b. Soft Handover

Pada soft handover terjadi proses “make before break” yang berarti mobile

station harus membangun hubungan dengan base station yang baru terlebih

dahulu sebelum memutuskan hubungan dengan base station yang lama. Soft

(35)

karena handover pada sistem CDMA terjadi antara dua code channel yang

berbeda bukan dua frekuensi yang berbeda.

c. Softer Handover

Softer Handover hanya terjadi di antar sektor pada base station yang melayani

mobile station. Softer handover merupakan proses “make before break”

menggunakan perbedaan duacode channel.

2.4.2 KeputusanHandover

Dalam kehidupan sehari-hari sering terjadi suatu mobile yang sedang

melakukan panggilan bergerak menjauhi base station yang sedang melayaninya.

Begitumobilebergerak menuju batas terluar dari area cakupan yang dilayanibase

station maka kualitas dan kuat sinyal yang diterima oleh mobile akan menurun.

Pada saat yang sama, ketika mobile berada di batas terluar dari cell, mobile

tersebut menerima sinyal yang lebih kuat dari base station di sekitarnya. Pada

tahap ini kontrol dari mobile akan dialihkan ke base station baru, peristiwa ini

disebut jugahandover.Terdapat beberapa jenis keputusanhandoverdalam sistem

seluler yaitu[3]:

1. Network Controlled Handover (NCHO)

NCHO digunakan pada generasi pertama sistem seluler seperti Advanced

Mobile Phone System (AMPS)dimana pusatswitching mobilebertanggung jawab

terhadap seluruh keputusan handover. Pada NCHO, jaringan melayani

pengukuran kuat sinyal yang diperlukan dan pelaksanaan handover sangat

(36)

2. Mobile Assisted Handover (MAHO)

Pada NCHO beban dari jaringan akan sangat berat karena jaringan

menangani seluruh keputusan handover sendiri. Untuk mengurani beban pada

jaringan, pada sistem MAHO mobile bertanggung jawab untuk melakuan

pengukuran kuat sinyal yang diterima dan mengirimkannya kepada base station.

Dengan berdasarkan pada pengukuran yang diterima, base station atau

MSC(Mobile Switching Center) akan memutuskan apakah handover akan

dilakukan atau tidak. Sistem MAHO digunakan pada sistem GSM (Global System

for Mobile Communication).Pelaksanaanhandoverakan berlangsung selama satu

detik.

3. Mobile Controlled Handover (MCHO)

Pada sistem MCHO, peran dari mobile diperbanyak dengan memberikan

fungsi kontrol pada mobile. Mobile dan base station bersama-sama melakukan

pengukuran dan base stationakan mengirimkan hasil pengukuran kepada mobile.

Kemudian mobile akan memutuskan kapan dilakukan handover berdasarkan

informasi yang diterima daribase station. Sistem MCHO digunakan pada DECT

(Digital European Cordless Telephone) dengan lama pelaksanaan handover

selama 100-500 milisekon.

2.4.3 Jenis-jenis AlgoritmaHard Handover

Hard handover terjadi ketika koneksi dengan BS yang lama terputus

sebelum koneksi dengan BS yang baru dibangun. Sinyal yang diterima dapat

dirata-ratakan untuk menghilangkan fluktuasi yang cepat dari multipath alami

(37)

dari base stationyang lama (BS1) kebase stationyang baru (BS2) dan melewati

base station yang berada di antara BS1 dan BS2. Kuat sinyal rata-rata dari BS1

menurun ketika MS menjauh dari BS1. Kuat sinyal rata-rata dari BS2 meningkat

ketika MS mendekati BS2. Sedangkan kuat sinyal rata-rata dari BS3 meningkat

pada pertengahan dari jalur yang dilalui oleh MS. Melalui Gambar 2.5 , beberapa

pendekatan akan dijelaskan sebagai berikut[10] :

a. Relative signal strength, selalu memilih sinyal terkuat yang diterima dari

BS. Keputusan berdasarkan pada rata-rata pengukuran sinyal terima. Pada

Gambar 2.5,handoverakan terjadi pada posisi A. Karena adanya fluktuasi

sinyal yang diterima maka metode ini terlihat menimbulkan terlalu banyak

handover yang tidak penting ketika sinyal dari BS sekarang masih

memadai. Handover yang tidak perlu ini disebut juga sebagai efek

ping-pongyang membuat beban dan biaya dari trafik bertambah.

b. Relative signal strength dengan threshold, membolehkan user untuk

handover hanya jika sinyal BS sekarang cukup lemah (kurang dari

threshold) dan sinyal dari BS lain lebih kuat dari sinyal BS sekarang. Jika

threshold lebih rendah dari nilai T2pada Gambar 2.5, MS akan menunda

handover sampai kuat sinyal sekarang melewati threshold pada posisi B.

Pada kasus T2, penundaan mungkin cukup lama karena MS bergerak jauh

ke dalam sel baru. Hal ini mengurangi kualitas link komunikasi dan dapat

mengakibatkan drop call. Selain itu, hal ini menyebabkan interferensi

tambahan kepada co-channel user. Sehingga skema ini dapat

(38)

c. Relative signal strength dengan hysteresis, membolehkan user untuk

handover hanya jika BS baru cukup lebih kuat daripada BS sekarang

sebesar nilaihysteresisyang sudah ditetapkan. Pada kasus ini, apabila MS

saat ini dikelola oleh BS1 maka handover akan terjadi pada titik C dan

apabila MS dikelola oleh BS3 maka handover akan terjadi pada titik E.

Teknik ini mencegah “efek ping-pong”, yaitu handover yang terjadi

berulang kali di antara base stationakibat fluktuasi yang cepat pada kuat

sinyal terima daribase stationyang ada.

d. Relative signal strength dengan hysteresis dan threshold,

meng-handoverkanuserke BS baru hanya jika kuat sinyal sekarang jatuh / turun

di bawahthresholddan BS target lebih kuat daripada BS sekarang dengan

hysteresis marginyang diberikan. Pada Gambar 2.5,handoverakan terjadi

pada titik D jikathresholdyang digunakan T2.

Gambar 2.5Pergerakan MS dari BS1 ke BS2 melewati BS3

Hysteresis Kuat Sinyal

Pilot (dB)

Jarak T1

T2

(39)

e. Teknik prediksi, keputusan handover berdasarkan pada perkiraan nilai

kuat sinyal terima untuk waktu berikutnya. Sebuah teknik yang telah

diusulkan dan disimulasikan untuk menunjukkan hasil yang lebih baik,

pada pengurangan jumlah handover yang tidak penting, daripada metode

relative signal strengthbaik dengan atau tanpahysteresisdanthreshold.

f. Penggunaan pendekatan nonstandard untuk mekanisme handover seperti

neural network, fuzzy logic, uji hypotesis, dynamic programming dan

lain-lain.

Pada Tugas Akhir ini, akan dibahas tiga pendekatan nonstandard yaitu

Suboptimal Signal Degradation Handover (SDH), Suboptimal Delay Handover

(40)

BAB III

METODE PENGUJIAN

3.1 Persiapan Penelitian

Sumber penelitian diperoleh dari studi literatur, yaitu: jurnal-jurnal

internasional dan ebook. Alat yang digunakan dalam melakukan simulasi yaitu:

laptop dan software Matlab R2011b. Penelitian mengenai algoritma handover

memerlukan level kuat sinyal yang diterima oleh BTS. Untuk memperoleh level

kuat sinyal yang sama seperti nilai aslinya digunakan rumus kuat sinyal terima

yang terdapat pada jurnal dan kemudian dirata-ratakan dengan metodewindowing

untuk menghasilkan sinyal yang lebih halus.

Pengukuran level kuat sinyal dilakukan dengan menentukan posisi mobile

dan posisi BTS, pada simulasi ini posisi mobile berada tepat di tengah dari sel

yang dikelola oleh BTS1 kemudian mobile akan bergerak dengan lintasan lurus

menuju BTS2 dan melewati BTS3 yang berada di tengah. Sesudah diperoleh kuat

sinyal yang menyerupai nilai asli dari ketiga BTS maka selanjutnya sinyal akan

diproses ke dalam algoritma Suboptimal Signal Degradation Handover, Delay

Handover dan Delay Handover Signal Degradation. Hasil proses dari setiap

algoritma kemudian akan dibandingkan berdasarkan parameter yang telah

ditetapkan yaitu : nilai sinyal degradasi,nilaidelaydan banyaknyahandoveryang

terjadi. Tahapan dalam melakukan simulasi dapat dilihat pada diagram blok

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.

(41)

3.2 Level Kuat Sinyal Terima (RSS)

Model yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah kuat sinyal pilot

yang diterima dari ketiga BTS kemudian diukur berdasarkan algoritma yang telah

ditetapkan. Kuat sinyal pilot yang diterima dari BTS-i berdasarkan fungsi waktu

dapat dituliskan sebagai persamaan 3.1 :[4]

(3.1)

Dimana (dBm) adalah daya pilot lokal rata-rata pada waktu k dan

(dBm) adalah shadow fading pada waktu k. Daya pilot lokal rata-rata

bervariasi log-linier dengan jarak dari BS-i, adalah daya yang

ditransmisikan oleh BSidan eksponenpath loss.

Shadow fadingdimodelkan dengan persamaan (3.2) sebagai berikut:\

(3.2)

dimana W(0,1) adalah variabel random normal yang dipendekkan (truncated),

adalah standar deviasi dan adalah koefisien korelasi dari , yaitu pada

persamaan 3.3.

(3.3)

dimana v adalah kecepatan MS, ts adalah waktu pencuplikan, dan adalah

korelasi jarakshadow fading[12][13].

Hasil pengukuran kuat sinyal kemudian dirata-ratakan untuk

(42)

merata-(3.4)

dimana; adalah kuat sinyal terima yang telah dirata-ratakan dan adalah

kuat sinyal sebelum proses perataan. M adalah jumlah sampel dan Wm adalah

besar window yang digunakan untuk mensampling. Nilai dari Wm = 1 untuk

semua n jika metode yang digunakan adalah metode segi empat (rectangular),

sedangkan untuk metode eksponensial nilai Wmsesuai dengan persamaan 3.5

(3.5)

dimana Q adalah adalah parameter bentuk tambahan.

3.3 MetodeHandover

Pada Tugas Akhir ini akan dianalisis algoritma suboptimal handover.

Dalam algoritmasuboptimal handoverterdapat tiga parameter penting yang harus

dikontrol untuk memperoleh hasil yang optimal, yaitu jumlah degradasi sinyal

yang terjadi , jumlah handover yang terjadi dan jumlah delay yang

terjadi . Ketiga parameter dapat dilihat dari persamaan 3.6 , 3.7 dan 3.8 [4][5]

. (3.6)

(3.7)

(3.8)

Degradasi sinyal adalah suatu kondisi dimana kuat sinyal yang diterima

dari BTS yang sedang melayani berada dibawah nilai threshold . Tujuan dari

(43)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

Dimana dan adalah parameter parameter tradeoff non negatif

dalam algoritma suboptimal handover yang merupakan fungsi daya yang

ditambahkan ke dalam sistem untuk memaksimalkan kualitas link.dan adalah

delay costyang terupdate, seperti persamaan 3.12.

(3.12)

dengan parameter , sebagai cost variabel terhadap delay

berdasarkan seberapa jauh BTS yang melayani dari titik pertengahan. Dapat

dilihat bahwa optimisasi dari masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan

metode pemrograman dinamik. Namun solusi optimal yang diperoleh tidak praktis

karena pada prakteknya pergerakan darimobiletidak dapat diketahui lebih lanjut.

Dengan membuat batasan pengambilan keputusan berdasarkan waktu dan

maka solusi suboptimal dapat diperoleh. Algoritma suboptimal handover

dibagi menjadi tiga yaitu Suboptimal Signal Degradation-Handover (DH),

Suboptimal Delay-Handover (DH), dan Suboptimal Delay-Handover-Signal

Degradation (DHSD).

3.3.1 AlgoritmaSignal Degradation-Handover (SDH)

Algoritma Signal Degradation-Handover (SDH) menganalisa tradeoff

yang terjadi antara kualitas panggilan dengan jumlah handover. Untuk itu pada

(44)

(3.13)

(3.14)

dimana dan menotasikan nilai ekspektasi dari stokastik variabel ,

dan probabilitas dari kejadian . Untuk itu algoritma ini bertujuan memilih

keputusan dari fungsi sehingga diperoleh tradeoff

terbaik dari ] dan . Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan

pemrograman dinamis. Untuk memperoleh solusi optimal, definisikan sesuai

persamaan 3.15 dan 3.16.

(3.15)

dan

(3.16)

Jika didefinisikan lebih jauh, maka akan diperoleh persamaan 3.17.

(3.17)

kemudian dapat dilihat bahwa cost optimum adalah sama dengan .

Sekarang dengan pemrograman dinamis dapat diperoleh fungsi keputusan

optimum yaitu pada persamaan 3.18.

(3.18)

dan untuk maka menjadi persamaan 3.19.

(45)

solusi pada persamaan 3.19 hanya bisa digunakan sebagai perbandingan, karena

pada prakteknya pergerakan darimobiletidak dapat diketahui lebih lanjut. Dengan

membatasi proses pengambilan keputusan dengan dan maka solusi

suboptimal dapat diperoleh pada persamaan 3.20.

(3.20)

dimana adalah informasi yang tersedia pada waktu . Karena kondisional

distribusi dari diberikan dan adalahGaussian, probabilitas

dari persamaan 3.20 secara keseluruhan ditentukan oleh means dan variances

seperti pada persamaan 3.21 dan 3.22.

(3.21)

(3.22)

Peraturan pengambilan keputusan suboptimal yang kemudian disebut sebagai

algoritma suboptimal Signal Degradation-Handover (SDH) dapat ditulis sebagai

persamaan 3.23.

(3.23)

dimana:

(46)

Berdasarkan Persamaan 3.23, maka metode suboptimal SDH untuk inisiasi

handoverpada 3 BTS, yaitu :

1. Mengasumsikan keadaan sebelumnya menangani M

a. Syarathandover: →

b. Syarathandover: →

2. Mengasumsikan keadaan sebelumnya menangani MS

Dimana:

: fungsi dari pada sampel ke- .

(47)

3.3.2 AlgoritmaSuboptimal Delay-Handover (DH)

Algoritma Suboptimal Delay-Handover (DH) menganalisa tradeoff yang

terjadi antara delay handover dengan jumlahhandover. Cost yang terjadi karena

banyaknya jumlah handover menggunakan nilai yang sama dengan algoritma

suboptimal SDH. Untuk cost yang terjadi karena banyaknya delay, digunakan

variabel cost yang bergantung pada seberapa jauh jarak yang ditempuh mobile

dari BTS yang dikehendaki yaitu sesuai dengan persamaan 3.12. Untuk

menemukan solusi dari permasalahan ini, harus ditemukan nilai cost minimum

dari . Dimanacadalah parametertradeoff nonnegative.[4][5]

Untuk mendapatkan solusinya maka digunakan pemrograman dinamis,

definisikan untuk sebagai

dan

dimana

kemudian tentukan seperti di persamaan 3.17. Fungsi pengambilan

keputusan optimum diperoleh sebagai persamaan 3.24.

(3.24)

(48)

(3.25)

Solusi 3.25 adalah solusi pemrograman dinamis yang tidak praktis untuk

diimplementasikan, tapi karena proses pengambilan keputusan dibatasi untuk nilai

k dan , yang merupakan solusi suboptimal, dan merupakan algoritma

Suboptimal Delay-Handover (DH)seperti pada persamaan 3.26.

(3.26)

Berdasarkan Persamaan 3.26, maka metode suboptimal DH untuk inisiasi

handoverpada 3 BTS, yaitu :

(49)

Dimana:

Handover : → menyatakanhandoverterjadi dari ke .

3.3.3 AlgoritmaDelay-Handover-Signal Degradation-Handover (DHSD) Algoritma suboptimal DH menyediakan nilai tradeoff delay handover

terbaik, akan tetapinoiseyang timbul dari sistem menurunkan kualitas dari sinyal

(signal degradation) sedangkan algoritma suboptimal SDH menyediakan nilai

tradeoff kualitas sinyal terbaik namun mengalami delay handover yang cukup

lama. Oleh karena itu diperlukan algoritma yang menyediakan nilai tradeoff

terbaik dari ketiga parameter . Solusi suboptimal DHSD dapat diperoleh

dari persamaan 3.27.[4][5]

(3.27)

Dapat dilihat persamaan DHSD ini berubah menjadi algoritma SDH jika

nilai adalah nol dan dapat berubah menjadi algoritmaDHapabila nilai adalah

nol. Hal ini harus diperhatikan apabila algoritma DHSDdigunakan pada keadaan

(50)

Dimana:

(51)

3.4 Parameter KinerjaHandover

Parameter kinerja darihandoverdapat dijabarkan sebagai berikut:

a. Link Degradation, yaitu peluang kuat sinyal dari BTS yang sedang

melayani mobile jatuh di bawah nilai threshold dan ini menyebabkan

turunnya kualitas link dari suatu panggilan. Nilai link degradation dapat

dihitung dengan persamaan 3.13

b. Delay,adalah jarak tunda mobile karena tidak dilayani oleh BTS terdekat

dari posisi mobile. Pada Gambar 3.2 dapat dilihat mobile telah melintas

sejauh d dari area terluar dari BTS1, dimana mobile telah berada di area

sel dari BTS2 dan seharusnya dilayani oleh BTS2.

Gambar 3.2Delayyang terjadi padamobilesejauhd

c. JumlahHandoveradalah banyaknyahandoveryang terjadi.

BTS1 BTS2

(52)

BAB IV

ANALISIS KINERJA ALGORITMASUBOPTIMAL HANDOVER PADA SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS

4.1 Rancangan Sistem

Sistem yang akan dibuat dapat dilihat pada Gambar 4.1. Pada model ini

terdapat tiga BTS yang terpisah sejauh jarak D dan masing-masing akan

memancarkan kuat sinyal yang sama sebesar P. Ketiga BTS diasumsikan berada

tepat di tengah-tengah dari sel segienam heksagonal yang merupakan pancaran

sinyal yang dibangkitkan BTS. Pada prakteknya area cakupan dari BTS tidaklah

mutlak merupakan segienam, namun merupakan bentuk tidak beraturan yang

hampir menyerupai segienam. MS akan bergerak dengan kecepatan konstanvdari

titik tengah BTS1 menuju BTS2 melewati BTS3 dan setiap jarak 1 meter MS

akan mensampling kuat sinyal yang diterima dari ketiga BTS.

Gambar 4.1Model sistem

(53)

Dengan mengasumsikan jarak setiap BTS adalah 2000 meter, kuat sinyal

yang dibangkitkan disetiap titik sampel sepanjang seluruh lintasan yang

merupakan jalur MS bergerak, yaitu: , dimana

merupakan kuat sinyal yang dipancarkan oleh masing-masing BTS

sedangkan merupakan eksponen path lossyang terjadi di sepanjang

lintasan , merupakan jarak MS (meter) pada sampel ke- terhadap ;

adalah distribusi Gaussian yang merepresentasikan efek shadowing.

=30 meter menyatakan korelasi jarak shadowing; menyatakan

kecepatan MS; menyatakan waktu setiap titik sinyal disampel;

menyatakan standar deviasi shadow fading. Dari parameter tersebut

(54)

4.2 Proses Simulasi

Simulasi yang akan dijalankan terlihat pada Gambar 4.3. Flow chart

dibuat berdasarkan pada proses utama yang dilakukan oleh sistem.

Gambar 4.3Flow chart simulasi BangkitkanShadow Fading

danpath loss

Hitung dan Rata-ratakan kuat sinyal terima

Bandingkan dengan algoritma dan hitung

parameter kinerja INPUT:

 NilaiCostpada algoritma SDH

 NilaiCostdan parameter pada algoritma DH

NilaiCost1danCost2pada algoritma DHSD

START

END

OUTPUT:

 Jumlahhandover

 Lajulink degradation

(55)

Simulasi sistem dilakukan dengan menggunakan bantuan software

MATLAB versi 7.13.0.564 (R2011b). Simulasi dimulai dengan membangkitkan

daya sinyal yang dipancarkan dikurang dengan path loss dan shadow fading.

Sesudah itu daya sinyal diperhalus dengan metode windowing untuk mengurangi

banyaknya riak dari sinyal. Karena bilangan yang dibangkitkan merupakan

bilangan acak maka simulasi dilakukan sebanyak 300 kali. Kemudian daya sinyal

yang diterima oleh MS akan dimasukkan ke dalam algoritma suboptimal

handover yang terdiri dari SDH, DH, dan DHSD. Setiap kali simulasi akan

dihitung parameter jumlah handover, laju link degradation dan lamanya delay

kemudian rata-ratanya akan diambil sebagai hasil akhir.

4.3 Parameter Simulasi

Parameter yang digunakan dalam sistem dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1Parameter simulasi sistem

D = 2000 m Jarak diantara dua BS yang bersebelahan µi= 105 dBm Daya transmisi BS

ηi=40 dBm Eksponen rugi rugi lintasan

σi=5 dB Standar deviasi shadow fading

v =5 m/s Kecepatan MS

=30 Korelasi jarak

ts=0.5s Waktu pencuplikan

(56)

4.4 Hasil Simulasi

4.4.1 Kinerja AlgoritmaSuboptimal Signal Degradation Handover (SDH) Pada simulasi algoritma Suboptimal SDH ini akan diamati tiga kinerja

yaitu banyaknya jumlah handover yang terjadi, besarnya link degradation dan

lamanya delay. Parameter yang divariasikan dari algoritma ini adalah nilai cost

sedangkan nilai dan tetap. Dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan Gambar

4.5 grafik perubahan nilai cost berpengaruh terhadap link degradation dan

lamanyadelay.

Gambar 4.4Grafiklink degradationterhadap perubahan nilaicostpada

algoritma Suboptimal SDH

Pada Gambar 4.4 diperlihatkan semakin besar nilai cost maka link

degradationjuga semakin bertambah besar. Setelah nilai costmelewati 0,1 maka

nilailink degradationmeningkat yang berarti pada algoritma SDH nilaicostharus

(57)

Gambar 4.5Grafik jarakdelayterhadap perubahan nilaicostpada

algoritmaSuboptimal SDH

Pada Gambar 4.5 diperlihatkan semakin besar nilai cost makadelay juga

semakin bertambah besar. Setelah nilai cost melewati 0,1 maka nilai delay

meningkat yang berarti pada algoritma SDH nilai cost harus di bawah 0,1 agar

kinerjadelaytetap bagus.

Pada Tabel 4.2 diperlihatkan secara rinci setiap nilai dari perubahan cost

terhadap jumlahhandover, besarnyalink degradationdan jarakdelay.

Tabel 4.2Pengaruh perubahan nilaicostpada algoritmaSuboptimal Signal

Degradation Handover (SDH)

Cost Link Degradation Delay(meter) JumlahHandover

0,0015 _0,5703 ₄₈₉ 1

0,0025 _0,5703 ₄₈₉ 1

(58)

0,0080 _0,5707 ₄₉₁ 1

0,015 _0,5709 ₄₉₂ 1

0,025 _0,5712 ₄₉₃ 1

0,045 _0,5724 ₄₉₉ 1

0,065 _0,5726 ₅₀₀ 1

0,080 _0,5729 ₅₀₁ 1

0,15 _0,5838 ₅₆₈ 1

0,25 _0,5838 ₅₆₈ 1

0,45 _0,5841 ₅₆₉ 1

0,65 _0,5841 ₅₆₉ 1

0,80 _0,5843 ₅₇₀ 1

Pada Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa semakin besar nilai cost maka link

degradation dan lamanya delay akan semakin besar pula sedangkan handover

hanya terjadi sekali saja karena selain itu sinyal masih dapat melayani MS dengan

baik.

4.4.2 Kinerja AlgoritmaSuboptimal Delay Handoff (DH)

Pada simulasi algoritma Suboptimal DH ini akan diamati tiga kinerja yaitu

banyaknya jumlah handoveryang terjadi, besarnyalink degradationdan lamanya

delay. Parameter yang divariasikan dari algoritma ini adalah nilaicost sedangkan

nilai dan tetap. Dapat dilihat pada Gambar 4.6 dan Gambar 4.7 grafik

(59)

Gambar 4.6Grafiklink degradationterhadap perubahan nilaicostpada

algoritma Suboptimal DH

Pada Gambar 4.6 diperlihatkan semakin besar nilai cost maka link

degradationjuga semakin bertambah besar.

Gambar 4.7Grafik jarakdelayterhadap perubahan nilaicostpada

algoritmaSuboptimal DH

(60)

Tabel 4.3Pengaruh perubahan nilaicostpada algoritmaSuboptimal Delay

Handover (DH)

0,0015 _0,5511 ₄ 1

0,0025 _0,5511 ₅ 1

0,0045 _0,5511 ₈ 1

0,0065 _0,5511 ₁₀ 1

0,0080 _0,5511 ₁₃ 1

0,015 _0,5511 ₂₂ 1

0,025 _0,5511 ₃₆ 1

0,045 _0,5513 ₆₄ 1

0,065 _0,5514 ₉₁ 1

0,080 _0,5514 ₁₁₂ 1

0,15 _0,5518 ₂₀₇ 1

0,25 _0,5552 ₃₃₈ 1

0,45 _0,5866 ₅₇₇ 1

0,65 _0,6592 ₇₈₁ 1

0,80 _0,7250 ₉₁₄ 1

Pada Tabel 4.3 dapat dilihat bahwa semakin besar nilai cost maka link

degradation dan lamanya delay akan semakin besar pula sedangkan handover

(61)

4.4.3 Kinerja Algoritma Suboptimal Delay Handoff Signal Degradation (DHSD)

Pada simulasi algoritma Suboptimal DHSD ini akan diamati tiga kinerja

yaitu banyaknya jumlah handover yang terjadi, besarnya link degradation dan

lamanya delay.Parameter yang divariasikan dari algoritma ini adalah nilai cost-1

sedangkan nilai dan tetap. Dapat dilihat pada Gambar 4.8 dan

Gambar 4.9 grafik perubahan nilai cost berpengaruh terhadap link degradation

dan lamanyadelay.

Gambar 4.8Grafiklink degradationterhadap perubahan nilaicost-1pada

algoritma Suboptimal DH

Pada Gambar 4.8 dapat dilihat pada nilai cost diatas 0,3 nilai link

degradation meningkat dengan drastis. Nilai link degradation diharapkan lebih

(62)

Gambar 4.9Grafik jarakdelayterhadap perubahan nilaicost-1pada algoritma

Suboptimal DHSD

Pada Gambar 4.9 nilai cost diatas 0,4 cenderung statis di nilai 600 meter

dan semakin kecil nilai cost maka delay juga menurun. Pada Tabel 4.4

diperlihatkan secara rinci setiap nilai dari perubahan cost terhadap jumlah

handover, besarnyalink degradationdan lamanyadelay.

Tabel 4.4 Pengaruh perubahan nilai cost-1 pada algoritma Suboptimal Delay

Handover Signal Degradation (DHSD)

0,0015 _0,5511 ₄ 1

0,0025 _0,5511 ₅ 1

0,0045 _0,5511 ₈ 1

0,0065 _0,5511 ₁₀ 1