Makalah Seminar Kerja Praktek
MEKANISME HANDOVER PADA SISTEM TELEKOMUNIKASI CDMA
Oleh : Hayu Pratista (L2F007036)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
Abstrak
Perkembangan generasi selular ke-3 yaitu CDMA 20001x muncul sebagai alternatif lain yang menawarkan berbagai kelebihan dari sistem sebelumnya antara lain kecepatan akses data yang tinggi, peningkatan jumlah kapasitas kanal dan kemungkinan dropped call yang lebih kecil karena adanya soft/softer handover.
Untuk mengetahui bagaimana mekanisme handover pada sistem telekomunikasi CDMA maka perlu dipelajari sebab-sebab terjadinya handover, tahapan-tahapan dalam proses handover maupun faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi kegagalan handover sehingga untuk selanjutnya kekurangan dari handover dapat diperbaiki dan dikembangkan lagi sehingga meningkatkan kenyamanan pengguna telekomunikasi.
Kata Kunci : CDMA, Handover
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Komunikasi selular di Indonesia meningkat sangat pesat. Pertama kali dimulai pada era tahun 90-an dengan sistem analog AMPS (Advanced Mobile Phone System), kemudian dilanjutkan dengan era sistem digital tahun 1995 yaitu GSM (Global System for Mobile Communication) yang akhirnya berkembang menjadi GPRS (General Packet Radio System) dan menjelang tahun 2004, generasi selular ke-3 yaitu CDMA 2000 1x muncul sebagai alternatif lain yang menawarkan berbagai kelebihan dari sistem sebelumnya, antara lain kapasitas yang lebih banyak, kemampuan akses data mencapai 153.4 kbps, kualitas suara yang mendekati aslinya, kemampuan aplikasi data seperti video streaming, kecilnya jumlah dropped call karena adanya soft/softer handoff dan penggunaan baterai telepon selular yang lebih lama karena adanya power control pada CDMA 2000 1x.
Pada kenyataannya proses handover pada CDMA tidak semudah yang dibayangkan, hanya dengan cara berpindah menyesuaikan dengan frekuensi sel daerah yang dituju. Tetapi proses handover harus melalui berbagai proses, disamping banyak juga faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kegagalan handover. Hal ini menjadikan suatu permasalahan tersendiri yang perlu dikaji, sehingga penulis bermaksud untuk mengkaji masalah-masalah tersebut.
Dengan dapat diketahuinya permasalahan yang terjadi, maka diharapkan faktor kegagalan pada saat handover dapat diketahui sehingga kegagalan yang terjadi pada saat handover dapat ditekan seminimal mungkin.
1.2 Tujuan
Tujuan penulis melakukan Kerja Praktek ini adalah :
1. Mempelajari sistem telekomunikasi CDMA.
2. Mempelajari proses, jenis-jenis handover dan mekanisme handover pada sistem telekomunikasi CDMA.
3. Mengetahui faktor-faktor yang menyebabkan kegagalan handover pada sistem CDMA .
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil oleh penulis pada penulisan laporan kerja praktek ini hanya mengenai proses terjadinya handover serta faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan handover pada sistem CDMA.
II. DASAR TEORI
CDMA (Code division multiple access)
adalah sebuah bentuk pe-multipleksan dan
sebuah metode akses secara bersama yang
membagi kanal tidak berdasarkan waktu
(seperti pada TDMA) atau frekuensi (seperti
pada FDMA), namun dengan cara
mengkodekan data dengan sebuah kode khusus
yang diasosiasikan dengan tiap kanal yang ada
dan dari kode-kode khusus itu untuk
melakukan pemultipleksan. CDMA juga
mengacu pada sistem telepon seluler digital
yang menggunakan skema akses secara
bersama ini, seperti yang diprakarsai oleh
Qualcomm.
2.1 Konsep Spread Spectrum
Code Division Multiple Access adalah teknik akses jamak yang didasarkan pada sistem komunikasi spektral tersebar, dimana masing-masing pengguna diberikan suatu kode tertentu yang akan membedakan satu pengguna dengan pengguna lainnya. Mulanya sistem ini dikembangkan pada kalangan militer karena kehandalannya dalam melawan derau yang tinggi, sifat anti jamming, dan kerahasiaan data yang tinggi.
Konsep komunikasi spektrum tersebar didasarkan pada teori C.E. Shannon untuk kapasitas saluran, yaitu:
C = W log
2(1 + S/N) (3.1) dimana:
C = kapasitas kanal transmisi (bit/detik) W = lebar pita frekuensi transmisi (Hz) N = daya derau (watt)
S = daya sinyal (watt) 2.2 Arsitektur Jaringan CDMA
Gambar 1 Arsitektur Jaringan CDMA Secara umum konfigurasi jaringan CDMA2000 1x terdiri dari :
1. User terminal
2. Radio Access Network (RAN), terdiri dari beberapa komponen berikut : a. Base Transceiver Station (BTS) b. Base Station Controller (BSC) c. Packet Control Function (PCF) 3. Circuit Core Network (CCN), terdiri
dari beberapa komponen berikut : a. Mobile Switching Center (MSC) b. Home Location Register (HLR) c. Visitor Location Register (VLR) d. SMSC (Short Message Service
Center)
4. Packet Core Network (PCN), terdiri dari beberapa komponen berikut : a. Router
b. Fire wall
c. Packet Data Serving Network (PDSN)
2.3 Teknik Modulasi CDMA
Sistem CDMA mengkonversi sinyal suara analog menjadi sinyal digital untuk ditransmisikan.
2.3.1 Kode Walsh
Kode Walsh merupakan kode Orthogonal yangdipergunakan untuk memisahkan kanal–kanal untuk sistem CDMA.
Sistem CDMA2000 menggunakan urutan orthogonal berupa kode Walsh dengan panjang 128 bit. Kode Walsh digunakan pada forward link untuk memisahkan trafik pengguna satu dengan yang lain. Kode Walsh juga digunakan pada reverse link untuk memisahkan banyak kanal kode yang dikirimkan untuk dapat diterima pada satu MS pelanggan. Pada suatu sektor, setiap kanal kode forward link memiliki kode Walsh yang berbeda. Sama halnya, kanal kode simultan yang berasal dari tiap-tiap pelanggan memiliki kode Walsh yang berbeda pula.
2.3.2 Urutan Pseudorandom Noise
Urutan Pseudorandom noise (PN) digunakan pada forward link dan reverse link.
Pada CDMA2000 1x, urutan pseudorandom noise digunakan untuk mengidentifikasi transmisi yang spesifik dari suatu sektor BTS pada forward link dan juga digunakan oleh BTS untuk memisahkan terminal terminal pelanggan yang berbeda satu dengan yang lain pada reverse link.
2.4 Perkembangan CDMA
Perkembangan CDMA dimulai dari CDMA IS-95 atau lebih dikenal dengan CDMAone. IS-95 merupakan standar 2G untuk CDMA. CDMAone beroperasi pada dua kelas gelombang (Band Class 1, 1900 MHz) dan (Band Class 0, 800 MHz).
Selanjutnya CDMAone dikembangkan menjadi Cdma2000. Teknologi ini memberikan kemampuan yang lebih dibandingkan cdmaOne dalam hal kecepatan transfer data dan layanan.
Pengembangan dari cdma2000, yaitu
cdma2000 EV-DO atau lebih dikenal sebagai
EV-DO saja dapat menangani koneksi data
packet switched. Kecepatan transfer data
EVDO yang dapat mencapai 2,45 Mbps
membuatnya dapat digunakan untuk layanan
data seperti internet. Dengan teknologi EV-
DO, maka proses transfer suara dan data kini
dapat dilakukan secara bersamaan sehingga
cocok untuk menyediakan layanan internet dan koneksi nirkabel tetap. Biaya investasi juga dapat ditekan karena tak diperlukannya peralatan circuit switch.
Pada awalnya CDMA2000 1xEV-DO (Rev. 0) hanya bisa mengirim data sampai 2,4 Mbps, tetapi kemudian berkembang sehingga CDMA2000 1xEV-DO (data only) yang dibagi menjadi 3 berdasarkan kecepatan transfer datanya, yaitu CDMA2000 1xEV-DO Revisi A, CDMA2000 1xEV-DO Revisi B dan CDMA2000 1xEV-DO Revisi C dikenal dengan nama UMB (Ultra Mobile Broadband).
3.5 Kelebihan Sistem CDMA
Kelebihan sistem CDMA antara lain:
1. Kualitas suara CDMA lebih jernih 2. Kapasitas sistem CDMA besar 3. Tidak membutuhkan alokasi dan 4. Kemungkinan drop call lebih rendah 5. Tidak peka terhadap interferensi 6. Meningkatkan call security
7. Mereduksi derau dan interferensi lainnya 8. Efisiensi daya dengan cara
memperpanjang daya hidup baterai telepon 9. Proteksi dari penyadapan dan jamming III. ISI
3.1 Definisi Handover
Handover adalah proses pengalihan kanal trafik secara otomatis pada mobile station (MS) yang sedang bergerak menuju suatu daerah atau sel yang mempunyai kanal dengan frekuensi berbeda dengan sel sebelumnya, sehingga komunikasi dapat terus berlangsung tanpa perlu proses inisialisasi ulang.
3.2 Tujuan Handover
Tujuan dari handover antara lain :
1. Mencegah terjadinya kegagalan panggilan (call termination) ketika user berpindah dari suatu area yang dilingkupi suatu sel dan memasuki kawasan yang dilingkupi sel lain sehingga panggilan tersebut dapat dipindahkan ke sel kedua.
2. Menjaga hubungan antara MS dan BTS dalam proses perpindahan layanan.
3. Melakukan pergantian kanal jika terjadi gangguan interferensi yang besar.
4. Memperjelas batas antar daerah pelayanan MS.
5. Mengurangi interferensi ke suatu sel yang berdekatan yang lebih kecil karena efek
“near far” meskipun user masih terhubung pada koneksi yang sangat baik.
3.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi Handover
Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya handover yaitu power budget sel tetangga dan jarak antara MS dan BTS. Faktor- faktor tersebut menyebabkan terjadinya handover karena adanya parameter-parameter yang mencapai ambang batas yang ditentukan, sehingga MS atau BTS melakukan permintaan untuk handover.
Parameter-parameter tersebut antara lain Indikasi kekuatan sinyal yang diterima atau Received Signal Strength Indication (RSSI), Rasio keefektifan sinyal atau Carrier-to- Interference plus Noise Ratio (CINR), Bit Error Rate (BER), Kualitas suara yang diterima (RxQual) dan Received Signal Code Power (RSCP).
3.4 Tipe-Tipe Handover
Secara umum mekanisme handover dibagi menjadi dua macam yaitu:
1. Make Before Break, pada mekanisme ini, sebelum MS terhubung dan dilayani oleh cell yang baru, maka hubungan dengan cell lama tidak akan diputus. Hubungan dengan cell lama hanya akan diputus bila kekuatan sinyal dari cell lama semakin melemah sehingga akhirnya MS tidak mendapat sinyal dari cell lama.
2. Break Before Make, pada mekanisme ini, MS akan memutuskan hubungan dengan cell lama walupun hubungan dengan cell baru belum tercapai. Akibatnya akan ada suatu periode waktu yang singkat dimana MS tidak dilayani oleh cell manapun. User akan merasakan akibat dari hal ini dalam bentuk terputusnya pembicaraanya sesaat.
3.4.1 Hard Handoff
Tipe ini menggunakan metode break-
before-make yang berarti harus terjadi
pemutusan hubungan dengan kanal trafik lama
sebelum terjadi hubungan dengan kanal trafik
yang baru. Hard handoff dimaksudkan untuk
meminimalkan gangguan panggilan dan
dilakukan oleh jaringan selama panggilan
berlangsung. Hard handoff terjadi antara sektor
atau sel dengan frekuensi pembawa yang
berbeda. Hard handoff terjadi pada saat
frekuensi kanal CDMA yang berbeda atau
antara MSC yang berbeda.
Gambar 2 Hard handoff
3.4.2 Soft Handoff
Soft handoff/intercell merupakan handoff yang terjadi antar sel dengan frekuensi pembawa yang sama, dimana MS memulai komunikasi dan membentuk hubungan dengan BTS yang baru terlebih dahulu sebelum memutuskan hubungan dengan BTS asal.
Hubungan akan diputuskan jika proses penyambungan dengan BTS yang baru telah mantap untuk menghindari drop call. Metode ini termasuk jenis make-before-break.
Gambar 3 Soft Handoff
3.4.3 Softer Handoff
Softer handoff/intersector yaitu handoff yang terjadi antar sektor dalam satu sel dengan frekuensi kanal CDMA dan BTS yang sama.
Ini berarti bahwa user berpindah dari satu sektor ke sektor lain pada sel yang sama. Rake receiver pada BTS mengkombinasikan versi frame suara yang terbaik dari antena yang berbeda-beda pada dua sector tersebut dan menjadikan frame trafik tunggal. Handoff ini juga berbasis pada metode make before break.
Gambar 4 Softer handoff
3.4.4 Soft-Softer Handoff
Soft-softer handoff yaitu tipe handoff saat MS berkomunikasi dengan dua sektor dalam satu sel dan satu sektor dari sel lain.
Sumber jaringan yang dibutuhkan untuk tipe
handoff ini yaitu sumber untuk two-way soft handoff antara sel a dan b dan juga sumber untuk softer handoff pada sel b. Pada keadaan ini akan terjadi soft handoff antar sel dan softer handoff dalam satu sel dalam waktu bersamaan.
Gambar 5 Soft-softer handoff
3.5 Perbandingan Tipe-tipe Handoff
Kegunaan dari hard handoff adalah apabila terjadi suatu keadaan dimana suatu panggilan hanya menggunakan satu kanal. Hard handoff dilakukan secara singkat dan seringkali tidak dirasakan oleh pengguna. Keuntungan lain dari hard handoff adalah perangkat telepon tidak memerlukan kemampuan untuk menerima dua atau lebih kanal secara paralel, sehingga lebih murah dan sederhana. Namun handoff tipe ini ini juga memiliki kekurangan yaitu tingkat keberhasilan yang rendah dimana seringkali terjadi panggilan putus atau terganggu (dropcall). Teknologi yang mendukung hard handoff biasanya memiliki prosedur untuk menstabilkan koneksi dari sel sumber apabila koneksi ke sel target tidak dapat dilakukan (gagal). Namun sayangnya proses stabilisasi ulang ini tidak selalu berhasil dan bahkan memungkinkan pula prosedur tersebut justru mengakibatkan putusnya sambungan.
Sementara itu, keunggulan dari soft handoff adalah sambungan pada sel sumber hanya akan terputus ketika sudah tersambung dengan sel target sehingga kemungkinan putusnya panggilan lebih rendah. Namun keunggulan yang lebih besar adalah pemeliharaan kanal yang secara simultan pada banyak sel dan panggilan hanya bisa gagal apabila kanal terinterferensi atau mengalami pemudaran (fade) pada waktu yang bersamaan.
Fading dan interferensi pada kanal yang berbeda tidak saling berhubungan, sehingga kemungkinan terjadi dalam waktu yang bersamaan dalam kanal sangatlah kecil.
Sehingga kehandalan koneksi meningkat apabila panggilan menggunakan soft handoff.
Karena pada suatu jaringan seluler, mayoritas
handoff terjadi pada tempat-tempat yang tidak
terlingkupi dengan baik, dimana panggilan
(secara frekuentif) menjadi tidak dapat diandalkan ketika kanal mengalami interferensi atau fading, soft handoff membawa peningkatan yang signifikan untuk peningkatan kehandalan dari sel dengan tidak menggabungkan interferensi dan fading dalm satu kanal. Namun keunggulan ini berdampak pada makin kompleksnya perangkat keras dalam telepon yang harus dapat digunakan untuk memproses beberapa kanal secara paralel. Hal lainnya yaitu beberapa kanal dalam jaringan harus disediakan untuk satu panggilan. Hal ini mengurangi jumlah kanal yang bebas sehingga mengurangi kapasitas jaringan.
Gambar 6 Perbandingan Soft dan Hard Handoff
3.6 Pilot Sets pada Handover
Pilot berhubungan dengan kanal trafik forward CDMA. Setiap pilot memiliki kode PN sebagai ciri-cirinya. Pilot pada MS dapat dikategorikan menjadi 4 yaitu :
1. Active Set
Active set yaitu sinyal pilot yang aktif yang terus berkomunikasi dengan MS.
Selama panggilan, sinyal pilot ini dihubungkan dengan kanal trafik forward ke MS. Seperti kita tahu bahwa rake receiver CDMA memiliki 3 rake finger, setiap finger dapat menangani 2 pilot pada sinyal yang aktif. BS memberikan informasi pilot yang termasuk active set pada MS mengunakan Channel Assignment Message dan Handoff Direction Message (HDM).
2. Candidate Set
Pilot yang termasuk candidate set yaitu sinyal pilot yang tidak berada dalam keadaan aktif tetapi karena memiliki kekuatan sinyal yang memadai maka dapat menjadi sinyal pilot yang aktif. Maksimum dari candidate set yaitu 6 pilot.
3. Neighbor Set
Yaitu sinyal pilot yang tidak termasuk pilot aktif dan candidate namun selama proses handoff dapat dipertimbangkan untuk menjadi candidate. Maksimum dari neighbor set yaitu 20 pilot.
4. Remaining Set
Yaitu semua sinyal pilot yang bukan merupakan ketiga sinyal pilot diatas namun tetap ada pada area dimana MS berada.
3.6.1 Parameter Handoff
Parameter handoff yang berhubungan dengan sinyal pilot ada 4 macam yaitu : 1. Pilot Detection Threshold (T_ADD) 2. Comparison Threshold (T_COMP) 3. Pilot Drop Threshold (T_DROP) 4. Drop Timer Threshold (T_TDROP)
3.6.2 Message Handoff
Jenis-jenis message pada handoff yaitu Pilot Strength Measurement Message (PSMM), Handoff Direction Message (HDM), Handoff Completion Message (HCM) dan Neighbor List Update Message (NLUM).
3.6.3 Proses Perubahan Sinyal Pilot
Gambar 7 Proses sinyal pilot
Proses tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. MS mengukur bahwa kekuatan sinyal pilot lebih besar daripada T_ADD (pilot mendeteksi threshold). MS mengirim PSMM (Pilot Strength Measurement Message) dan kemudian mengirimkan sinyal pilot menjadi candidate set.
2. HDM (Handoff Direction Message) dikirimkan oleh BTS ke MS menggunakan pilot untuk ditambahkan ke active set.
3. Setelah MS menerima HDM dan memperoleh kanal trafik yang baru, saat ini pilot berada pada active set dan MS mengirim HCM (Handoff Completion Message).
MS receive pilot Ec/Io
Pilot Ec/Io of cell 1
Pilot Ec/Io of cell 2
