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.
Kata Kunci: Femtocell, Femto Access Point (FAP), eNodeB, Handover, Long
Term Evolution (LTE), Universal Mobile Telecommunication
System (UMTS).

SURAT PERIYYATAAI\

Dengan

ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak

terdapat karya yang

pemah dilakukan oleh orang lain dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak
terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali
secara tertulis diacu dalam naskah

daftff pustaka. Selain itu

ini

sebagaimara yang disebutkan

saya menyatakan pula bahwa skripsi

di

dalam

ini dibuat oleh saya

sendiri.

Apabila pernyataan saya tidak benar maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai
dengan hukum yang berlaku.

Bandm Lampung, Nopember 2013

Anggi Novriadi

0715031031

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

1.6

Sistematika Penulisan ..............................................................................4

xiv

II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 6
2.1

Tinjauan Literatur ....................................................................................6

2.2

Femtocell .................................................................................................7

2.3

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

Handover ...............................................................................................10
2.3.1

2.4

2.5

Skenario Handover Pada Jaringan Femtocell ........................ 11

LTE (Long Term Evolution) ..................................................................12
2.4.1

Arsitektur LTE ....................................................................... 12

2.4.2

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

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)........................18
2.5.1

Arsitektur UMTS-WCDMA................................................... 18

2.5.2

Handover Femtocell 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 Handover Macrocell 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

IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN .............................................................. 33

xv

4.1

4.2

4.3

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

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

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

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

I.

1.1

PENDAHULUAN

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
pada area indoor.

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 tempattempat 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
LTE ke FAP berbasis LTE dan Universal Mobile Telecommunication System

3

(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
prosedur hand-in pada tiap RAT (Radio Access Technology) yang berbeda.

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 III METODE PENELITIAN

5

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
yang telah dilakukan beserta saran-saran yang penulis berikan.

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
menghilangkan handover yang terlalu sering dan tidak perlu.

7

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
dengan konsep koneksi jaringan transmisi yang berbasis jaringan internet. Pada

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. Femtocell Access 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
sinyal dan lalu lintas pengguna.

9

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
dan menerima layanan yang ditawarkan.

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
pelayanan dari suatu sektor ke sektor lain baik dalam satu BTS maupun antar BTS

11

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 parameterparameter 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.
3. Inter-FAP, skenario handover dari satu FAP ke FAP lain.

12

Public network
(Internet/Mobile CN)

Backhaul Connection
(DSL/FTTH/WiMAX)

FAP UMTS

Inter-RAT HO
Backhaul Connection

Vertikal Hand-in

(DSL/FTTH/WiMAX)

Hand-in

FAP-LTE
Backhaul Connection
Inter-FAP HO
(DSL/FTTH/WiMAX)

FAP-LTE
Hand-out

Macrocell (eNodeB)

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
Core). Arsitektur dasar jaringan LTE dapat dilihat pada Gambar 2.4.

13

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
E-UTRAN terdiri dari eNodeB. eNodeB berfungsi untuk Radio Resource

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
untuk menghubungkan LTE dengan jaringan lain yang sudah ada

15

.
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:
 Persiapan Handover

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
target.

17

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,
eNodeB sumber dapat melepaskan radio dan kontrol sumber daya terkait.

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).
User Equipment (UE)

2.5.1.1

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
nama USIM (UMTS Subscriber Identity Module).

19

UMTS Terresterial Radio Access Network (UTRAN)

2.5.1.2

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
trafik, termasuk peringanan beban trafik. Dengan melewati jaringan inti, UMTS

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. Datadata 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
penghubung dari jaringan GPRS ke jaringan Packet Data Network (PDN).

21

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
(langkah 6, 7, dan 8). FAP memeriksa otorisasi pengguna (langkah 9, 10). FAP

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
paket akan diteruskan ke MS melalui FAP.

23

Gambar 2.8. Aliran pensinyalan dari handover macrocell ke femtocell pada
jaringan UMTS [11]

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
Studi Literatur
Pembuatan
Proposal
Seminar 1
Pembuatan
Program
Simulasi
Analisa dan
Pembahasan
Seminar Hasil
Perbaikan
Komrehensif

Sep-12
Okt-12
I II III 1V I II III IV

Nop-12
I II III IV

Des-12
I II III IV

25

Jan-13 s.d
Sep-13

Okt-13

Nop-13

I II III IV

I II III IV

I II III IV

Kegiatan
Studi Literatur
Pembuatan
Proposal
Seminar 1
Penetapan
Metode
Analisa dan
Pembahasan
Seminar Hasil
Perbaikan
Komrehensif

3.3

Tahap Penelitian

Pada penyelesaian tugas akhir ini ada beberapa tahapan kerja yang
dilakukan antara lain:
1. Studi Literatur
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.
3. Analisa dan Kesimpulan

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 FAP-LTE dan FAPUMTS. 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

ke FAP-LTE dalam mode open access.

27

FAP-LTE

FAP-LTE

UE
MBS-LTE

FAP-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 MBSLTE ke FAP-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
dengan pengukuran Received Signal Code Power (RSCP) di WCDMA.

28

RSRP merupakan kuat sinyal yang terima UE. Pada sistem LTE RSRP
dihitung dengan rumus sebagai berikut [12]:
=

−

dimana :

�

�

+�

− �−�

[3.1]

�

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 Cell Forum [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,
nilai ini memberikan pengukuran bantuan tambahan untuk keputusan mobilitas.

29

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

=#

�

= 10 . ���10
Dimana #

[3.2]
� +(

��� −

��� )

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]

3.4.2

Bandwidth (MHz)

Jumlah PRB

1,4

6

3

15

5

25

10

50

15

75

20

100

Skenario Mekanisme Hand-in MBS-LTE ke FAP-UMTS
Pada tugas akhir ini dibahas mekanisme hand-in pada LTE-MBS ke FAP

UMTS.

30

FAP-UMTS

FAP-UMTS

UE
MBS-LTE

FAP-UMTS

FAP-UMTS

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
macrocell/FAP yang diterima UE menjadi parameter untuk melakukan handover.

31

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 –
Femtocell

PLMUE =127+30 log10
(R/1000)

dB

PLMUE

Gain Antena Femtocell

0

dBi

Gf

Femtocell Feeders/loss
Connector

1

dB

Lf

Setelah mengitung nilai EIRP maka dapat menghitung nilai RSCP nya. Formulasi
perhitungan RSCP adalah sebagai berikut [16]:

Dimana:

= ��

− �

� +� −�

[3.3]

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
pilot dengan total energi yang diterima. Ec/No juga menunjukkan level daya

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] :
�

��

=

�� −

�

[3.4]

V. SIMPULAN DAN SARAN

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
pun semakin besar sehingga menurunkan nilai RSCP yang diterima UE.

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
mendapatkan data yang lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA

[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 LTEbased 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”,
http://www.telco5.com/the-brakes/26-tutorial/48-struktur-jaringanpadatelepon-selluler-wcdma.html. Diakses tanggal 16 Agustus 2013.

[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-dasarsistemwcdm&option=com_content&Itemid=15. Diakses tanggal 5 Juli
2013.

[9]

3GPP TS 23.009, “Handover Procedures”, 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-ofrsrp.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.
[17] 3GPP TS 25.215 V6.4.0,”Physical layer Measurements",(Release 6), 2005.