ANALISA MEKANISME HAND-IN PADA SISTEM JARINGAN FEMTOCELL BERBASIS TEKNOLOGI LONG TERM EVOLUTION

ABSTRAK

ANALISA MEKANISME HAND-IN PADA SISTEM JARINGAN

FEMTOCELL BERBASIS TEKNOLOGI LONG TERM EVOLUTION

Oleh

ANGGI NOVRIADI

Femtocell merupakan solusi yang tepat untuk meningkatkan cakupan dan kapasitas khususnya pada area indoor. Pada implementasi femtocell memiliki banyak tantangan, khususnya pada pada saat peralihan dari macrocell ke femtocell. Mekanisme ini lebih dikenal sebagai hand-in, ini menjadi cukup rumit karena adanya kemungkinan terdapat jumlah femtocell yang besar dan masih termasuk dalam cakupan macrocell (eNodeB). Oleh karena itu, prosedur yang efisien dari handover pada skenario seperti ini sangat penting untuk dianalisa dan ditingkatkan untuk mendukung terintegrasinya jaringan macrocell dan femtocell yang handal (reliable). Pada tugas akhir ini, proses komunikasi saat hand-in dianalisa dan dibahas. Skenario hand-in termasuk inter dan intra-Radio Access Technology (RAT) yaitu dari macrocell-LTE ke FAP-LTE dan dari macrocell eNodeB ke UMTS berbasis FAP. Tugas akhir ini juga menghitung dan menganalisa RSRP dan RSRQ sebagai parameter pengukuran dari LTE serta RSCP dan Ec/No pada jaringan UMTS. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa kondisi ideal RSRP yang baik pada saat UE berada pada posisi terdekat dari FAP. UE cenderung akan memilih bandwidth yang terbesar yaitu 20 MHz, karena nilai RSRQ merepresentasikan bandwidth yang digunakan.

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... ii

HALAMAN JUDUL ... iii

LEMBAR PERSETUJUAN... v

LEMBAR PENGESAHAN ... vi

RIWAYAT HIDUP ... vii

PERSEMBAHAN ... ix

SANWACANA ... xi

DAFTAR ISI ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR TABEL ... xviii

DAFTAR SINGKATAN ... xix

I. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 3

1.3 Manfaat Penelitian ... 3

1.4 Rumusan Masalah... 4

1.5 Batasan Masalah ... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Tinjauan Literatur ... 6

2.2 Femtocell ... 7

2.2.1 Konsep Dasar Femtocell ... 7

2.2.2 Perkembangan Femtocell ... 7

2.2.3 Arsitektur Dasar Femtocell ... 8

2.2.4 Akses Mode Femtocell ... 9

2.3 Handover ... 10

2.3.1 Skenario Handover Pada Jaringan Femtocell ... 11

2.4 LTE (Long Term Evolution) ... 12

2.4.1 Arsitektur LTE ... 12

2.4.2 Handover Pada 3GPP-LTE Macrocell ... 15

2.5 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ... 18

2.5.1 Arsitektur UMTS-WCDMA... 18

2.5.2 HandoverFemtocell berbasis UMTS ... 21

III. METODE PENELITIAN ... 24

3.1 Waktu dan Tempat... 24

3.2 Jadwal Penelitian ... 24

3.3 Tahap Penelitian ... 25

3.4 Skenario HandoverMacrocell ke Femtocell ... 26

3.4.1 Skenario Mekanisme Hand-in MBS-LTE ke FAP-LTE ... 26

3.4.2 Skenario Mekanisme Hand-in MBS-LTE ke FAP-UMTS .... 29

xv

4.1 Prosedur dan Pensinyalan Mekanisme Hand-in ... 33

4.1.1 MBS-LTE ke FAP-LTE ... 35

4.1.2 LTE-MBS ke FAP-UMTS ... 39

4.2 Tahap Measurement Pada Prosedur Handover LTE ... 44

4.2.1 Analisa RSRP Terhadap Jarak UE-FAP ... 44

4.2.2 Analisa RSRQ Terhadap Perbedaan Bandwidth ... 45

4.3 Tahap Measurement Pada Prosedur Handover UMTS ... 46

4.3.1 Analisa RSCP Terhadap Jarak UE-FAP ... 46

4.3.2 Analisa Ec/No Terhadap Jarak UE-FAP ... 46

V. SIMPULAN DAN SARAN ... 49

5.1 Kesimpulan ... 49

5.2 Saran ... 50

1.1 Latar Belakang Masalah

Teknologi telekomunikasi saat ini berkembang dengan sangat cepat

terutama di bidang sistem komunikasi nirkabel (wireless). Sistem wireless

memiliki kemampuan untuk melayani pengguna di wilayah yang luas dengan

infrastruktur jaringan yang relatif lebih murah. Namun, kelemahan utama dari

sistem ini ada pada ketersediaan lebar pita (bandwidth) dan area cakupan yang

relatif terbatas. Perkembangan riset dan pengembangan dalam sistem komunikasi

wireless telah sampai pada platform teknologi generasi ke-4 atau lebih dikenal

dengan terminologi 4G. Salah satu platform teknologi 4G saat ini adalah teknologi

Long Term Evolution (LTE).

Sementara itu, rekayasa topologi jaringan wireless juga mengalami

perkembangan yang pesat. Setelah sukses dengan topologi macrocell pada awal

pengembangan, kemudian diikuti dengan pengembangan microcell dan picocell.

Teknologi termutakhir dari konsepsi topologi jaringan wireless dikenal dengan

nama femtocell. Femtocell muncul sebagai salah satu solusi untuk mengatasi

beberapa kelemahan yang ada pada jaringan macrocell, yaitu dengan

meningkatkan cakupan (coverage) dan kapasitas sel pada jaringan khususnya

2

Penggunaan teknologi femtocell dapat memberikan beberapa keuntungan,

baik untuk pengguna maupun untuk operator itu sendiri. Bagi pengguna, sinyal

yang baik dan kuat akan selalu tersedia, sehingga dapat meningkatkan kehandalan

transmisi dan kapasitas jaringan. Selain itu implementasi femtocell juga

menawarkan fitur hemat energi. Sementara itu untuk operator sistem, femtocell

mengatasi kekurangan sumber daya radio dan mengurangi beban macrocell.

Keuntungan lainnya adalah penghematan biaya pembangunan Base Transceiver

Station (BTS). Dengan adanya femtocell disetiap rumah, kantor, mall dan

tempat-tempat publik lainnya, maka operator tidak perlu membangun BTS tambahan

yang berbiaya tinggi.

Meskipun femtocell memiliki banyak keuntungan dalam penggunaannya,

tetapi juga memiliki banyak tantangannya, khususnya pada mekanisme handover

saat peralihan dari macrocell ke femtocell atau mekanisme ini disebut hand-in.

Pada mekanisme hand-in, koneksi User Equipment (UE) akan dipindahkan dari

Macrocell Base Station (MBS) yang sedang melayaninya ke salah satu femtocell

atau juga bisa disebut Femto Access Point (FAP) yang terdapat dimana area UE

berada. Prosedur hand-in ini menjadi cukup rumit karena adanya kemungkinan

terdapat jumlah FAP yang besar dan masih termasuk dalam cakupan MBS. Oleh

karena itu, prosedur handover pada skenario seperti ini sangat penting untuk

dianalisis dan ditingkatkan efisiensinya untuk mendukung terintegrasinya jaringan

macrocell dan femtocell yang handal (reliable).

Pada tugas akhir ini, proses komunikasi saat hand-in akan dibahas,

termasuk serah terima atau handover secara horizontal dan vertikal dari MBS

(UMTS) serta menganalisa proses measurement pemilihan target FAP dari

prosedur hand-in.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah:

1. Memperlihatkan prosedur komunikasi yang terjadi pada UE, FAP dan MBS/eNodeB

pada proses hand-in.

2. Memodelkan mekanisme pensinyalan pada proses hand-in berbasis LTE-MBS ke

FAP dan LTE-MBS ke UMTS-FAP.

3. Melakukan perhitungan dan mengalisa parameter dari tahap measurement pada

prosedur hand-in di jaringan macrocell-femtocell yang terintegrasi.

1.3 Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai

berikut:

1. Memahami prosedur komunikasi yang terjadi pada UE, FAP dan

eNodeB/NodeB pada proses hand-in.

2. Memberikan suatu referensi mengenai mekanisme hand-in pada pada jaringan

femtocell berbasis LTE dan UTMS.

1.4 Rumusan Masalah

Permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah bagaimana

4

1.5 Batasan Masalah

Permasalahan yang diteliti pada tugas akhir ini dibatasi pada hal-hal

berikut:

1. Mekanisme handover yang menjadi obyek penelitian berbasis pada teknologi

3GPP LTE (4G) dan UMTS (3G) serta fokus hanya pada mekanisme hand-in,

yaitu handover dari eNodeB/NodeB (macrocell) ke FAP (femtocell).

2. Analisa meliputi aliran pensinyalan & prosedur hand-in untuk tiap FAP.

3. Membahas hanya pada tahap measurement pada saat pemilihan target FAP

untuk hand-in.

4. Prosedur hand-in tidak mengacu kepada parameter tertentu melainkan

mengacu kepada prosedur handover dari tiap RAT.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada tugas akhir ini yaitu :

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini memuat latar belakang, tujuan, perumusan masalah, batasan

masalah, manfaat dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini diuraikan mengenai tinjauan literatur dari beberapa hasil

penelitian terdahulu yang berhubungan dengan topik tugas akhir ini.

Bab ini memuat langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian,

diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, dan proses

pembuatan dan simulasi sistem.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini memuat hasil dari pengerjaan penelitian ini dan membahas hasil

yang didapat dari penelitian.

BAB V SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini memuat kesimpulan yang penulis dapatkan dari hasil penelitian

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Literatur

Penelitian dan pengembangan teknologi mengenai prosedur hand-in

(proses handover dari macrocell ke femtocell) telah dilakukan secara luas dalam

beberapa tahun terakhir. Para penulis didalam artikelnya [1], mengajukan

prosedur strategi baru untuk handover antara femtocell dan macrocell pada

jaringan LTE dalam mode akses hybrid. Pada penelitiannya ini, penulis

mempertimbangkan beberapa parameter handover yaitu berdasarkan kecepatan,

QoS dan interferensi sehingga didapat sebuah algoritma yang sederhana dan

efektif untuk handover. Hal serupa juga dilakukan pada [2] untuk

mengintegrasikan femtocell ke jaringan, tetapi hal ini dilakukan pada jaringan

UMTS. Dalam penelitiannya, menunjukkan bahwa penggunaan mekanisme Call

Admission Control (CAC) adalah cara yang efektif untuk menghindari pemicu

serah terima yang tidak perlu.

Prosedur handover HeNB dan eNodeB berdasarkan prediksi pergerakan

pengguna dan prediksi target-FAP, diusulkan dalam [3], sebagai cara untuk

2.2 Femtocell

2.2.1 Konsep Dasar Femtocell

Femtocell adalah sebuah BTS mini yang ditempatkan pada wilayah

bersinyal rendah sehingga dapat meningkatkan ketersediaan, konektivitas,

mobilitas, serta kinerja layanan jaringan dengan kebutuhan daya yang rendah.

Femtocell dapat juga disebut FAP sedangkan pada jaringan LTE, femtocell

disebut Home eNode B (HeNB) dan Home Node B (HNB) pada jaringan UMTS.

Rentang daya femtocell adalah antara 13—20 dBm pada keadaan lingkungan yang

sama, cakupan maksimum adalah sekitar 15 sampai 50 meter (lokasi dan

lingkungan yang sebenarnya akan mempengaruhi cakupan) [1]. Femtocell dibuat

sebagai salah satu solusi alternatif bagi operator seluler dalam memperluas

jaringan aksesnya hingga perumahan-perumahan atau perkantoran yang seringkali

tidak terjangkau oleh jaringan BTS konvensional atau pada area dengan tingkat

densitas trafik yang sangat tinggi. Bagi operator kehadiran femtocell dapat

menurunkan biaya pembangunan infrastruktur serta memberikan layanan yang

lebih prima kepada pelanggan pada area-area tersebut. Pemasangan perangkat

femtocell tidak hanya pada tempat-tempat ruangan tertutup dari suatu gedung,

tetapi juga dapat diterapkan pada daerah terpencil dan wilayah sekitar terjadinya

bencana sehingga dapat meningkatkan mobilitas jaringan seluler dengan mudah

dan cepat.

2.2.2 Perkembangan Femtocell

Pada tahun 2002, sekelompok insinyur di Motorola tertarik dengan ide

membuat BTS seluler layaknya access point pada WiFi. BTS tersebut dibuat

8

Tahun 2004, beberapa perusahaan lain mulai tertarik untuk melakukan penelitian

teknologi ini. Pada Tahun 2005, makin banyak perusahaan yang tertarik pada

ide femtocell ini, hingga semakin berkembang pada tahun 2007. Akhirnya pada

tahun 2007 mulai berdiri organisasi Femto Forum untuk mendukung

perkembangan femtocell di seluruh dunia.

Pada 7 April 2009 akhirnya 3GPP, Femto Forum, dan Broadband Forum

mempublikasikan standar untuk femtocell yang kemudian disebut dengan Home

Node B (HNB) dan Home enhanced Node B (HeNB).

2.2.3 Arsitektur Dasar Femtocell

Pada jaringan femtocell terdapat 3 elemen utama yang terdapat di setiap

arsitektur jaringan, yaitu :

1. FemtocellAccess Point

Femtocell Access Point (FAP) adalah node utama dalam suatu jaringan

femtocell yang berada di sisi pengguna (misalnya, dirumah atau dikantor).

FAP mengimplementasikan fungsi dari Base Station (BS) dan terhubung ke

jaringan operator melalui jaringan backhaul yang aman melalui internet.

2. Security Gateway (SeGW)

SeGW adalah node jaringan yang mengamankan koneksi internet antara

pengguna femtocell dan jaringan inti operator seluler. SeGW Menggunakan

protokol keamanan internet standar seperti IPSec dan IKEv2 untuk otentikasi

dan otorisasi femtocell dan memberikan dukungan enkripsi untuk semua

3. Femtocell Device Management System (FMS)

Manajemen sistem femtocell terletak di jaringan operator, yang juga

memiliki peran penting dalam manajemen pengadaan, aktivasi dan

operasional femtocell. Sistem manajemen merupakan simpul yang paling

penting dalam memastikan skalabilitas jaringan femtocell ke jutaan

perangkat.

Gambar 2.1. Arsitektur Dasar Femtocell [4]

2.2.4 Akses Mode Femtocell

Mode akses jaringan femtocell ini dibagi menjadi tiga, yaitu Open Access,

Closed Subscriber Group (CSG), dan Hybrid [5].

1. Open Access Mode

Metode akses terbuka ini juga dikenal dengan Open Subscriber Group

(OSG). Dalam skenario ini, semua pengguna mendapat izin akses ke HeNB

10

2. Closed Access Mode

Mode akses tertutup ini juga disebut dengan Closed Subscriber Group

(CSG). Dalam skenario ini, femtocell melayani sejumlah pengguna yang

telah ditetapkan sebelumnya pada daftar akses kontrolnya. Jadi pengguna

yang bukan anggota CSG tidak dapat mengakses femtocell CSG tersebut.

3. Hybrid Mode

Dalam skenario ini, sebagian dari sumber femtocell dicadangkan untuk

pengguna CSG dan sumber daya yang tersisa dialokasikan secara terbuka.

Mode akses hybrid mirip dengan mode akses tertutup, tetapi ada beberapa

pembatasan akses pada pengguna non-CSG.

Gambar 2.2. Arsitektur HeNB berbasis LTE [6]

2.3 Handover

Handover adalah suatu mekanisme yang memungkinkan user pindah

tanpa adanya pemutusan hubungan dan terjadi pemindahan frekuensi/kanal secara

otomatis yang dilakukan oleh sistem.

Faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya handover karena adanya

parameter-parameter yang mencapai ambang batas yang ditentukan, sehingga MS

atau BTS melakukan permintaan untuk handover. Pada umumnya

parameter-parameter tersebut yaitu Received Signal Strength Indicator (RSSI), Rasio

keefektifan sinyal atau Carrier-to-Interference plus Noise Ratio (CINR), Bit Error

Rate (BER) dan lainnya. Hampir semua teknologi wireless (GSM, LTE, WiFi,

WiMAX) menggunakan parameter-parameter ini sebagai trigger proses handover.

Pada jaringan yang heterogen, handover berlangsung dalam dua cara sesuai

dengan teknologi radio akses yaitu horizontal handover dan vertikal handover

untuk mendukung seamless mobility yaitu akses komunikasi tanpa batas.

2.3.1 Skenario Handover Pada Jaringan Femtocell

Prosedur handover sangat penting untuk mendukung mobilitas pengguna

dalam semua sistem mobile termasuk jaringan femtocell. Handover

memungkinkan komunikasi selama pergerakan user di antara jaringan. Ada tiga

skenario handover pada jaringan femtocell [6], yaitu:

1. Hand-in, merupakan skenario serah terima di mana UE berpindah keluar dari

Macrocell Base Station (MBS) ke femtocell/FAP.

2. Hand-out, merupakan penyerahan yang dilakukan dari femtocell/FAP ke

MBS.

12

Gambar 2.3. Skenario handover pada femtocell

2.4 Long Term Evolution (LTE)

LTE adalah sebuah nama baru dari layanan yang mempunyai kemampuan

tinggi dalam sistem komunikasi bergerak (mobile) yang merupakan langkah

menuju generasi keempat (4G) dari teknologi seluler. LTE dikembangkan oleh

3GPP (The Third Generation Partnership Project).

2.4.1 Arsitektur LTE

Arsitektur jaringan LTE terdiri dari dua jaringan dasar yaitu E-UTRAN

(evolved UMTS Teresterial Radio Acces Network) dan EPC (Evolved Packet

Gambar 2.4. Arsitektur dasar LTE

Perbedaan yang mendasar pada jaringan LTE yaitu tidak memerlukan

RNC (Radio Network Controller) sehingga eNodeB langsung terhubung dengan

MME (Mobility Management Entity) melalui antarmuka S1, sedangkan sesama

eNodeB terhubung dengan antarmuka X2. Antarmuka X2 juga berfungsi sebagai

antarmuka dalam proses handover antar sesama eNodeB. Semua antarmuka pada

jaringan LTE berbasis Internet protocol (IP).

Arsitektur LTE terdiri dari beberapa subsistem yaitu:

1. UE (User Equipment)

UE adalah perangkat yang berada disisi end user untuk melakukan proses

komunikasi dan berfungsi sebagai terminal (pengirim dan penerima sinyal)

untuk berkomunikasi dengan perangkat lainnya.

2. E-UTRAN

14

Management (RRM) dan sebagai transceiver yang bertugas mengontrol dan

mengawasi pengiriman sinyal, serta menguji kelayakan data yang melewati

eNodeB.

3. Evolved Packet Core (EPC)

EPC adalah core network berbasis flat all-IP yang dapat diakses melalui 3GPP

radio access (LTE, 3G, 2G) maupun akses radio non-3GPP (WiMAX,

WLAN). Terdapat beberapa elemen didalam EPC adalah sebagai berikut:

a. Mobility Management Entity (MME)

MME merupakan elemen kontrol utama yang terdapat pada EPC pada

jarigan LTE, MME bisa dianalogikan sebagai MSC pada jaringan GSM.

Fungsi utama MME yaitu menangani lalu lintas persinyalan,

autentifikasi dan autorisasi. MME juga berfungsi untuk mengatur

handover yaitu memilih MME lain untuk handover, atau memilih

Serving GPRS Support Node (SGSN) untuk handover dengan jaringan

akses 2G/3G.

b. Serving Gateway (S-GW)

SGW terdiri dari dua bagian, yaitu 3GPP Anchor dan SAE Anchor.

3GPP Anchor berfungsi sebagai gateway paket data yang berasal dari

jaringan 3GPP, sedangkan SAE Anchor berfungsi sebagai gateway

jaringan non-3GPP. SGW merutekan dan meneruskan paket data user,

juga berfungsi sebagai mobility anchor saat handover antar eNodeB dan

.

c. Packet Data Network Gateway (P-GW)

P-GW menangani layanan IP seperti lalu lintas routing, pengalamatan,

manajemen keamanan dan menyiapkan akses untuk jaringan 3GPP.

2.4.2 Handover Pada 3GPP-LTE Macrocell

3GPP-LTE untuk sistem bergerak 4G menentukan prosedur dan

mekanisme handover untuk mendukung mobilitas pengguna [3]. Proses handover

dibagi menjadi empat bagian seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5. Prosedur handover pada LTE [3]

UE mengukur kekuatan sinyal downlink (garis biru 1), pengolahan hasil

pengukuran (2) dan mengirimkan laporan pengukuran ke eNodeB sumber (jalur

hijau 3). Sumber eNodeB kemudian membuat penyerahan keputusan berdasarkan

pada laporan pengukuran yang diterima (garis merah 4) [3].

Diagram urutan pesan prosedur handover pada LTE ditunjukkan pada

Gambar 2.6. Prosedur handover ini terdiri dari 3 bagian [3], yaitu:

16

Pada bagian ini, UE, eNodeB sumber dan eNodeB target membuat persiapan

sebelum UE terhubung ke sel baru. Pesan utama dan proses dijelaskan sebagai

berikut:

1) Measurement control/report (pesan 1/2)

Pada tahap ini eNodeB sumber mengkonfigurasi dan memicu prosedur

pengukuran UE dan UE mengirimkan pesan laporan pengukuran kepada

eNodeB sumber.

2) Keputusan Handover (pesan 3/4)

Tahap ini eNodeB sumber menawarkan keputusan penyerahan

berdasarkan pesan laporan pengukuran yang diterima dari UE.

3) Admission control (pesan 5/6)

Tahap ini eNodeB target melakukan kontrol masuk tergantung pada

informasi Quality of Service (QoS) dan mempersiapkan handover dengan

L1/L2.

4) Perintah Handover (pesan 7)

Tahap ini eNodeB sumber mengirimkan perintah penyerahan kepada UE.

 Eksekusi Handover; pada bagian eksekusi, proses yang digambarkan sebagai berikut:

5) Melepas sel yang lama dan menyinkronkan dengan sel yang baru (pesan 8

s.d 10), UE melaksanakan sinkronisasi ke sel target dan mengakses sel

Gambar 2.6. Diagram urutan pesan prosedur handover pada 3GPP-LTE

 Handover selesai, bagian ini mencakup proses-proses berikut:

6) Handover confirm and path switch (pesan 11—16), Serving-Gateway

beralih jalur data downlink ke sisi target. Untuk ini, Serving-Gateway

melakukan pertukaran pesan dengan MME.

7) Release resource (pesan 17/18), pada saat menerima pesan release,

18

Selanjutnya, eNodeB target dapat mengirimkan paket data downlink.

2.5 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)

2.5.1 Arsitektur UMTS

UMTS adalah salah satu teknologi seluler pada generasi ketiga yang

menggunakan teknologi Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA).

Asitektur jaringan UMTS terlihat pada Gambar 2.7 berikut ini:

Gambar 2.7. Arsitektur Jaringan UMTS [7].

Dari gambar diatas terlihat bahwa arsitektur jaringan UMTS terdiri dari

perangkat-perangkat yang saling mendukung, yaitu User Equipment (UE), UMTS

Terresterial Radio Access Network (UTRAN) dan Core Network (CN).

2.5.1.1 User Equipment (UE)

UE merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan untuk dapat

memperoleh layanan komunikasi bergerak seperti handphone, modem,

smartphone dan lainnya. UE dilengkapi dengan smart card yang dikenal dengan

2.5.1.2 UMTS Terresterial Radio Access Network (UTRAN)

Jaringan akses radio menyediakan koneksi antara terminal mobile dan

Core Network. Dalam UMTS jaringan akses dinamakan UTRAN. sebuah Radio

Network Subsystem (RNS) merupakan suatu sub-jaringan dalam UTRAN dan

terdiri dari Radio Network Controller (RNC) dan satu atau lebih Node-B. RNS

dihubungkan antar RNC melalui suatu antarmuka Iur dan Node-B dihubungkan

dengan antarmuka Iub [8].

1. Radio Network Controller (RNC)

RNC bertanggung jawab mengontrol radio resources pada UTRAN yang

membawahi beberapa Node-B, menghubungkan Core Network (CN) dengan

user, dan merupakan tempat berakhirnya protokol RRC (Radio Resource

Control) yang mendefinisikan pesan dan prosedur antara mobile user dengan

UTRAN.

2. Node-B

Node-B sama dengan Base Station di dalam jaringan GSM. Node-B

merupakan perangkat pemancar dan penerima yang memberikan pelayanan

radio kepada UE. Fungsi utama Node-B adalah melakukan proses pada layer 1

antara lain : channel coding, interleaving, spreading, de-spreading, modulasi,

demodulasi dan lain-lain. Node-B juga melakukan beberapa operasi RRM

(Radio Resouce Management), seperti handover dan power control.

2.5.1.3 Core Network (CN)

Jaringan inti (Core Network) menggabungkan fungsi kecerdasan dan

transport. Core Network ini mendukung pensinyalan dan transport informasi dari

20

dihubungkan dengan jaringan telekomunikasi lain, jadi sangat memungkinkan

tidak hanya antara pengguna UMTS, tetapi juga dengan jaringan yang lain [8]:

1. MSC (Mobile Switching Center)

MSC didesain sebagai switching untuk layanan berbasis circuit switch seperti

video, video call.

2. VLR (Visitor Location Register)

VLR merupakan database yang berisi informasi sementara mengenai

pelanggan terutama mengenai lokasi dari pelanggan pada cakupan area

jaringan.

3. HLR (Home Location Register)

HLR merupakan database yang berisi data-data pelanggan yang tetap.

Data-data tersebut antara lain berisi layanan pelanggan, service tambahan serta

informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir (Update Location).

4. SGSN (Serving GPRS Support Node)

SGSN merupakan gerbang penghubung jaringan BSS/BTS ke jaringan

General Packet Radio Service (GPRS). Fungsi SGSN adalah sebagai berikut :

 Mengantarkan paket data ke UE.

 Update pelanggan ke HLR.

 Registrasi pelanggan baru.

 GGSN ( Gateway GPRS Support Node ) yang berfungsi sebagai gerbang

2.5.2 Handover Femtocell berbasis UMTS

Kemampuan perpindahan secara mulus antara femtocell (FAP/HNB) dan

jaringan macrocell merupakan pendorong utama untuk penyebaran jaringan

femtocell. Prosedur handover untuk jaringan 3GPP disajikan dalam [9]-[10].

FGW memiliki peran penting pada proses ini. Informasi lokasi yang tepat

juga penting untuk handover. Pertukaran pesan antara FGW dan RNC terjadi

melalui CN. Dalam serah terima, Mobile Station (MS) perlu memilih sasaran FAP

yang tepat diantara banyaknya kandidat FAP. Juga tingkat interferensi harus

dipertimbangkan untuk keputusan handover. Serving-NodeB mengkordinasikan

handover MS dari NodeB ke FAP dengan memberikan informasi yang diizinkan

untuk mencari FAP untuk membuat sebuah daftar FAP disekitarnya. Setiap kali

MS mengirimkan laporan pengukuran FAP, juga harus berisi informasi tingkat

interferensi. Otorisasi harus diperiksa saat handover tahap persiapan.

Gambar 2.8. menunjukkan prosedur aliran pesan untuk handover

macrocell ke femtocell pada jaringan UMTS. Setiap kali MS dalam jaringan

macrocell mendeteksi sinyal dari femtocell, ia akan mengirimkan laporan

pengukuran ke NodeB yang terhubung (langkah 1, 2). Berdasarkan laporan, MS

memutuskan untuk handover (langkah 3). NodeB menyediakan daftar FAP

tetangga yang dioptimalkan dan diotorisasi (langkah 4).

NodeB memulai prosedur handover dengan mengirimkan pesan

Handover Request ke RNC yang melayaninya (langkah 5). Pesan Handover

Request diteruskan dari sumber NodeB ke target FAP melalui CN dan FGW

22

melakukan CAC, RRC dan juga membandingkan tingkat interferensi di daerah

femtocell saat ini dan target untuk mengakui panggilan (langkah 11). Kemudian

respon FAP untuk permintaan handover (langkah 12, 13, dan 14). Sebuah link

baru didirikan antara FGW dan target FAP (langkah 15, 16, 17, 18, dan 19).

Kemudian paket data akan diteruskan ke target FAP (langkah 20). Sekarang MS

membangun kembali saluran dengan target FAP, terlepas dari sumber NodeB, dan

disinkronkan dengan target FAP (langkah 21, 22, 23, 24, dan 25). Maka sumber

NodeB menghapus link lama dengan RNC (langkah 29, 30, dan 31). Sekarang

Gambar 2.8. Aliran pensinyalan dari handovermacrocell ke femtocell pada

III. METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilakukan dari bulan September 2012 s.d Oktober 2013,

bertempat di Laboratorium Teknik Telekomunikasi, Laboratorium Terpadu

Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung.

3.2 Jadwal Penelitian

Jadwal kegiatan penelitian seperti yang terlihat dalam tabel 3.1 berikut:

Tabel 3.1. Jadwal kegiatan Penelitian

Kegiatan Sep-12 Okt-12 Nop-12 Des-12

Kegiatan

Pada tahapan ini dilakukan pencarian informasi baik dari buku, jurnal, bahan

dari internet maupun sumber lain yang berkaitan dan pembelajaran mengenai

hal-hal yang berkaitan dengan arsitektur jaringan LTE, konsep dasar

femtocell, proses hand-in antara macrocell dan femtocell pada jaringan pada

LTE dan UMTS.

2. Diskusi dan Konsultasi

Melakukan diskusi dengan dosen pembimbing dalam pendefinisian masalah,

parameter yang digunakan dan penulisan pada tugas akhir ini.

26

Bertujuan melakukan analisisa dan memberikan penjelasan tentang sebab dan

hasil serta kesimpulan bertujuan untuk merangkum dan mengambil inti yang

diperoleh dari keseluruhan penelitian.

4. Pembuatan Laporan

Akhir dari tahap penelitian ini adalah pembuatan laporan dari semua kegiatan

yang telah dilakukan.

3.4 Skenario Handover Macrocell ke Femtocell

Dalam tugas akhir ini, penulis memulai penelitian dengan mempelajari

dan memahami prosedur komunikasi antar entity pada sistem komunikasi LTE

dan UMTS, setelah itu prosedur komunikasi tersebut di implementasikan dalam

sebuah arsitektur jaringan yang terdiri dari UE, FAP, dan eNodeB dengan asumsi

bahwa UE yang sedang terhubung dilayani oleh jaringan macrocell LTE yang

bergerak meninggalkan coverage dan masuk kedalam sebuah LTE dan

FAP-UMTS. Dalam hal ini nantinya kita bisa dapatkan berupa diagram alir prosedur

komunikasi.

3.4.1 Skenario Mekanisme Hand-in MBS-LTE ke FAP-LTE

Pada penelitian ini hanya dibahas mekanisme handover pada MBS-LTE

FAP-LTE

Gambar 3.1. Skenario LTE-MBS ke FAP-LTE

Pada skenario ini akan didapatkan diagram aliran pensinyalan yang terjadi

selama hand-in berlangsung. Selanjutnya melakukan perhitungan terhadap

parameter mekanisme hand-in seperti Reference Signal Received Power (RSRP)

dan Reference Signal Received Quality (RSRQ).

3.4.1.1 Perhitungan Parameter RSRP dan RSRQ

Seperti yang telah kita ketahui, ada tiga tahapan pada prosedur handover

LTE secara keseluruhan: tahap persiapan handover, tahap pelaksanaan handover

dan tahap handover selesai. Pada tahap persiapan hand-in menjadi sangat penting

karena UE harus menseleksi kandidat FAP yang tepat dari banyak target FAP

untuk melakukan hand-in. Tugas akhir ini membahas prosedur handover

MBS-LTE ke FAP-MBS-LTE.

Pada tahap persiapan UE melakukan pengukuran (measurement) kuat

sinyal yang diterima dari beberapa target FAP. UE akan mendeteksi FAP yang

memiliki nilai Reference Signal Received Power (RSRP) terbaik. RSRP sebanding

28

RSRP merupakan kuat sinyal yang terima UE. Pada sistem LTE RSRP

dihitung dengan rumus sebagai berikut [12]:

= − � � +� − � − � _� [3.1]

dimana :

RSRP = Kuat sinyal yang diterima UE (dBm)

Pt = Transmit Power (dBm)

PLn = Path Loss (dB)

Lfad = Shadowing log-normal standar deviasi (dB) asumsi 3dB

NAS = Jumlah dari subcarrier yang aktif pada serving cell.

Gcell = Gain Antenna termasuk cable loss (dBi)

Tabel 3.2. Asumsi perhitungan berdasarkan Small CellForum [13]

Item Asumsi

Tx-Rx R

Path Loss UE ke Femtocell (dB) PL=127+30 log10 (R/1000) Transmit Power eNodeB & Femtocell 46 dBm & 20 dBm

Gain Antenna termasuk cable loss 5 dBi

Pengukuran RSRQ (Reference Signal Received Quality) menyediakan

informasi tambahan ketika RSRP tidak cukup untuk membuat handal hand-in atau

keputusan seleksi sel. RSRQ adalah rasio antara RSRP dan Received Signal

Strength Indicator (RSSI), dan tergantung pada bandwidth pengukuran, yang

berarti jumlah dari Physical Resource Blok (PRB). RSSI adalah jumlah total yang

diterima wideband daya termasuk semua gangguan dan kebisingan thermal.

Sebagaimana RSRQ menggabungkan kekuatan sinyal serta tingkat gangguan,

Maka untuk perhitungan RSRQ dapat dilakukan, sebagai berikut [14]

= # _� [3.2]

= 10 .���10 � + ( ��� − ���)

Dimana # sama dengan jumlah Resource Blok dari bandwidth yang

diukur. Received Signal Strength Indicator (RSSI) adalah daya total dihitung atas

bandwidth yang diukur secara keseluruhan, termasuk interferensi dari sel lain dan

kebisingan thermal. Pada Tugas akhir ini nilai RSSI di asumsikan ideal tanpa

interferensi dari sel lain. Sementara RSRP hanya mengukur kekuatan dari simbol

OFDM dengan sinyal referensi. RSRQ dapat dibandingkan dengan Ec/No yaitu

kualitas sinyal pada UMTS.

Tabel 3.3. Jumlah PRB pada setiap Bandwidth [15]

Bandwidth (MHz) Jumlah PRB

1,4 6

3.4.2 Skenario Mekanisme Hand-in MBS-LTE ke FAP-UMTS

Pada tugas akhir ini dibahas mekanisme hand-in pada LTE-MBS ke FAP

30

FAP-UMTS UE

FAP-UMTS FAP-UMTS FAP-UMTS

MBS-LTE

Gambar 3.2. Skenario LTE-MBS ke FAP-UMTS

Asumsi pada skenario hand-in ini bisa di lihat pada Gambar 3.2. Topologi

jaringan dalam skenario adalah dua jalur 10 × 10 m2 blok apartemen dengan lebar

jalan 10 meter. Topologi ini direkomendasikan oleh Small Cell Forum [13].

Angka-angka di blok mewakili nomor apartemen.

Hasil dari skenario ini akan didapat bagaimana prosedur komunikasi pada

saat hand-in pada jaringan femtocell. Setelah itu melakukan perhitungan terhadap

parameter yang digunakan seperti RSCP dan Ec/No selama tahap measurerement

dari prosedur hand-in.

Pada proses pengukuran pada jaringan UMTS tidak jauh berbeda dengan

proses pengukuran pada jaringan LTE. Pada jaringan UMTS, RSCP terbaik

3.4.2.1 Perhitungan Parameter RSCP dan Ec/No Received Signal Code Power (RSCP)

Dalam perhitungan link budget, setelah menghitung Effective Isotropic

Radiated Power (EIRP) dapat diketahui nilai dari kuat sinyal (signal strength)

atau RSCP yang diterima oleh UE.

Tabel 3.4. Asumsi Link Budget FAP-UMTS [16]

Nilai Unit Keterangan

UE Uplink Transmitted 20 dBm Ptmue (power class 4)

Gain Antena UE 0 dBi GUE

Connector/Body Loss 3 dB LUE

MUE Tx EIRP 17 dBm EIRPMUE = PTx_MUE +

GUE - LUE Jarak MUE –Femtocell 2,4,6,8,10,12,14,16,18,20 M R

Pathloss MUE –

Setelah mengitung nilai EIRP maka dapat menghitung nilai RSCP nya. Formulasi

perhitungan RSCP adalah sebagai berikut [16]:

=�� − � � +� − � [3.3]

Dimana:

RSCP : Received Signal Code Power (dBm)

EIRP : Effective Isotropic Radiated Power (dBm)

Energy Carrier Per Noise (Ec/No)

Ec/No adalah rasio perbandingan antara energi yang dihasilkan dari sinyal

32

minimum (threshold) dimana MS masih bisa melakukan suatu panggilan.

Biasanya nilai Ec/No menentukan kapan MS harus melakukan hand-in. Ec/No

dapat dituliskan sebagai berikut [17] :

�

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan dan analisa yang dilakukan maka dapat

disimpulkan bahwa:

1. Prosedur mekanisme hand-in MBS-LTE ke FAP-LTE melibatkan beberapa

elemen jaringan seperti UE, eNodeB, MME, Serving-GW dan F-GW.

2. Pada saat perhitungan mekanisme hand-in dari MBS-LTE ke FAP-LTE

didapatkan kondisi ideal pada saat UE berada pada posisi terdekat dari FAP.

Hal ini disebabkan karena semakin jauh jarak antara FAP dan UE maka nilai

pathloss pun semakin besar sehingga menurunkan nilai RSRP yang diterima

UE.

3. Pada mekanisme hand-in, UE cenderung akan memilih bandwidth yang

terbesar yaitu 20 MHz, karena nilai RSRQ merepresentasikan bandwidth

yang digunakan.

4. Pada saat perhitungan mekanisme hand-in dari MBS-LTE ke FAP-UMTS

didapatkan nilai RSCP terbaik pada saat jarak UE ke FAP sejauh 2 meter yaitu

-24,03 dBm dan terburuk pada jarak 20 meter yaitu -54,03 dBm. Hal ini

disebabkan karena semakin jauh jarak antara FAP dan UE maka nilai pathloss

50

5.2 Saran

Selama pengerjaan tugas akhir ini tentu tidak terlepas dari berbagai

kekurangan dan kelemahan. Untuk itu demi kesempurnaan hasil bila

dilakukan penelitian selanjutnya, disarankan:

1. Mensimulasikan mekanisme hand-in ini dengan software simulasi untuk

[1] Shih, J. W., & Steven, K. L. (2011)., “Handover Scheme in LTE-based

Networks with Hybrid Access Mode Femtocells”, 6 (7.9), 68-78.

[2] Jin-Seok Kim,Tae-Jin Lee, “Handover in UMTS Networks with Hybrid

Access Femtocells”, the 12th International Conference Advanced

Communication Technology (IC(1)ACT), vol.1, pp.904-907, 7-10 Februari

2010.

[3] A. Ulvan, R. Bestak, M. Ulvan, "Handover Scenario and Procedure in

LTE-based Femtocell Networks", The 4th International Conference on Mobile

Ubiquitous Comput., Syst., Serv. and Technolog., Oktober 2010.

[4] Farhan Khan , Muhammad, “Femtocellular Aspects on UMTS Architecture

Evolution”, Espoo, April 2010.

[5] LTE Femto Access Points. “Monthly bulletin of telecom technology”,

January 2012.

[6] Mersch, Todd., “LTE Femtocell Roadmap From Concept to Reality”,

Hillsboro: Radisys Corporation, September 2011.

[7] Budi, Kusuma., 2008, “Struktur Jaringan pada Telepon Selular WCDMA”,

[8] Rizkia Permata Sari, Putri. “Konsep Dasar Sistem WCDMA”. It Telkom.

http://www.ittelkom.ac.id/library/index.php?view=article&catid=17%3Asist

emkomunikasi-bergerak&id=339%3Akonsep-dasar-sistemwcdm&option=com_content&Itemid=15. Diakses tanggal 5 Juli

2013.

[9] 3GPP TS 23.009, “HandoverProcedures”, March 2009.

[10] 3GPP TS 43.318, “Generic Access Network (GAN)”, Februari 2008.

[11] Chowdhury, Mostafa Zaman., and Jang, Yeong Min.,”Handover Control for

WCDMA Femtocell Networks”.

[12] Suleiman, Kais Abdelrazeg El-Murtadi.,” Interactions Study Of Self

Optimizing Schemes In Lte Femtocell Networks”., Kingston, Ontario,

Canada : Queen’s University, 2012.

[13] The Femto Forum ,“Interference Management in OFDMA Femtocells”.,

Maret 2010.

[14] Agilent Whitepaper,” LTE Physical Layer Measurements of RSRP and

RSRQ”,

http://blog.3g4g.co.uk/2011/03/lte-physical-layer-measurements-of-rsrp.html. Diakses tanggal 25 mei 2013.

[15] Helenius, Atte. Performance of Handover in Long Term. Espoo : s.n., 2011,

p. 17.

[16] Small Cell Forum.,” Interference Management in UMTS Femtocells”.,

2013.