BAB II TEORI DASAR 2.1. Konsep Dasar Femtocell Arsitektur jaringan LTE berdasarkan [5] terdiri dari User Equipment (UE), Evolved UMTS Terestrial Radio Network (E-UTRAN) dan Evolved Packet Core (EPC). Gambar 2.2. Arsitektur Jaringan LTE a. User Equipment (UE) merupakan terminal di sisi penerima b. E-UTRAN hanya terdiri dari enode B yang berfungsi sebagai penghubung antara UE dengan Evolved Packet Core. Antar enb dihubungkan oleh interface X2. enb juga berhubungan langsung dengan EPC melalui interface S1. c. Evolved Packet Core (EPC) merupakan jaringan core (inti) dari LTE. Pada system LTE-Advanced memungkinkan penambahan Home enb (HeNB) atau sering juga disebut dengan femtocells untuk meningkatkan kualitas sinyal bagi pelanggan yang berada didalam gedung. Femtocell adalah access point nirkabel berdaya rendah yang beroperasi menggunakan spektrum frekuensi berlisensi untuk menghubungkan telepon seluler standard ke sebuah jaringan operator seluler menggunakan DSL atau koneksi pita lebar kabel di perumahan[3]. Penggunaan Femtocells pada system LTE-Advanced merupakan salah satu 5
langkah yang dinilai efektif untuk meningkatkan kapasitas jaringan dan memperbaiki kualitas daerah cakupan khususnya daerah cakupan yang berada didalam ruangan. Berikut ini konfigurasi femtocell sesuai standarisasi 3GPP (3 rd Generation Partnership Project) : Gambar 2. 1 Konfigurasi Femtocell [6] Femtocell dibuat sebagai salah satu alternatif solusi bagi operator seluler dalam memperluas jaringan aksesnya hingga perumahan-perumahan atau perkantoran yang seringkali tidak terjangkau oleh jaringan BTS konvensional, sekaligus juga sebagai respon teknologi telepon seluler atas pertumbuhan VoIP dan WiFi di seluruh dunia. kehadiran femtocell ini menjadi angin segar bagi pelaku bisnis telekomunikasi. Karena dengan adanya femtocell maka para pelaku bisnis ini akan sangat diuntungkan dengan keunggulan yang dimiliki femtocell, salah satunya adalah operator tidak perlu membangun BS baru, karena kepemilikan Femtocell Acces Point (FAP) adalah milik user. Disisi lain, FAP dalam pembangunannya tidak perlu perancangan yang rumit seperti halnya macrocell. Femtcocell beroperasi pada band frekuensi yang sama dan bersifat SON (selforganizing network) [7-9]. Salah satu dari sifat SON ini adalah auto configure, dimana FAP bisa mengkonfigurasi dirinya sendiri dengan menyesuaikan dengan lingkungan. 2.2. OFDM dan OFDMA OFDM merupakan sebuah teknik multiplexing yang digunakan untuk teknik modulasi multicarrier. Tiap komponen carrier pada teknik modulasi multicarrier ini saling orthogonal. Tujuannya untuk mencegah inter-carrier interferensi (ICI). Hal ini karena jika dilihat dari 6
spektrum frekuensinya, antar subcarrier yang berdekatan menempati spektrum frekuensi yang beririsan. Maka digunkanlah prinsip orthogonalitas pada tiap komponen carrier untuk mencegah ICI. OFDM ini memperbaki kinerja pada teknologi sebelumnya WCDMA, WCDMA ini memiliki spketrum frekuensi yang lebar sehingga rentan terhadap multipath fading. Spacingcarrier pada OFDM sebesar 15 khz jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan WCDMA (UMTS) yang mencapai 5 MHz. Gambar 2.3. Spektrum frekuensi OFDM [10] OFDMA merupakan suatu teknik multiple akses yang menggunakan teknik multiplexing dan modulasi OFDM. Tampak pada gambar 2.2 perbedaan antara OFDM dan OFDMA, dimana OFDM user ditempatkan hanya pada satu domain, yaitu domain waktu, sementara pada OFDMA user di tempatkan pada dua domain, yaitu waktu dan frekuensi. OFDM mempunyai beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan teknik multicarrier FDM, salah satunya yaitu bandwidth yang lebih hemat [11]. Jika dibandingkan dengan sistem single carrier maka kinerja dari OFDM lebih bagus karena data dipecah menjadi data parallel sehingga jika ada kesalahan waktu transmisi tidak perlu dilakukan retransmisi karena yang salah hanya sebagian kecil saja dan kesalahan ini dapat dikoreksi dengan error correction. Bandingkan dengan sistem single carrier dimana jika ada kesalahan saat transmisi perlu dilakukan retransmisi karena data dianggap rusak semua. Tentu saja hal ini mengakibatkan efisiensi OFDM yang lebih baik dibandingkan dengan single carrier. 7
Gambar 2.3. Perbedaan OFDM dan OFDMA[10] OFDM memiliki kelebihan dan kekurangan, berikut ini kelebihan dari teknik OFDM : 1. OFDM memiliki efisiensi spectral yang tinggisehingga dapat menghemat bandwidthsekitar 50% dari spektrum yang saling overlapping. 2. Implementasi FFT (Fast Fourier Transform) dan IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) memudahkan dalam hal implementasi. 3. OFDM tahan terhadapa fading dan interferensi sehingga dapat meminimalisir ISI (Intersymbol Interfrence). 4. Kecepatan data yang hampir mendekati kapasitas dapat dicapai dengan menggunakan subcarrier dengan jumlah yang besar dan dengan bandwidth yang kecil. Adapun kekurangan dari teknik OFDM adalah: 1. Frequency off set cenderung terjadi pada teknik OFDM, apabila hal ini terjadi pada sisi demodulator makan akan menyebabkan nilai BER (Bit Error Rate) yang tinggi sehingga akan mempengaruhi tumpang tindih antara subcarrier yang bersebelahan yang berakibat tidakorthogonalnya antara subcarrier. Frekuensi offset juga dapat terjadi karena pengaruh effek Doppler. 8
2. Teknik OFDM memiliki PAPR (Peak to Average Power Ratio) yang tinggi sehingga akan distorsi non-linier HPA (High Power Amplifier), hal tersebut dikarenakan HPA bersifat membebani output pada nilai tertentu dan menurunkan efisiensi daya. 3. Hilangnya daya dan efisiensi spektrum karena adanya guard interval. 4. Perlu adanya sinkronisasi yang akurat sehingga proses pencarian jendela (widowing) FTT dapat ditempatkan dilokasi yang tepat. 2.3. Struktur Frame LTE Gambar 2.4. Struktur frame LTE[10] Frame LTE terdiri dari 10 subframe, tiap subframe teridiri dari dua slot. Durai tiap slotnya adalah 0,5 ms. Dari tiap slot terdiri dari 6-7 OFDM simbol. 6 SImbol terjadi jika menggunakan long cyclic prefix dan 7 OFDM simbol saat short cyclic prefix 1 OFDM simbol bisa terdiri dari 2, 4 dan 6 bit, tergantung pada level modulasi yang digunakan dalam transmisi data. 2 bit terjadi saat user menggunakan modulasi QPSK dan 6 bit terjadi saat menggunakan 64 QAM. Untuk mendapatkan 64 QAM kondisi kanal harus bagus. Untuk mendefinisikan kondisi kanal yang bagus ini dilihat dari parameter SINR. Dimana pada LTE ini didukung oleh fitur 9
AMC, adaptive modulation and coding. Dimana AMC ini akan menentukan level modulasi data user dan jenis coderate yang digunakannya. Disebutkan di bagian sebelumnya bahwa pada LTE ada cyclic prefix, ISI pada sistem OFDM dapat dihilangkan dengan menyisipkan guard interval atau yang sering disebut dengan cyclic prefix (CP). Caranya dengan menyalin bagian awal simbol ke sepanjang periode CP yang digunakan dan menempatkannya pada akhir simbol. Dengan memberikan CP, maka interferensi simbol hanya terjadi pada sisi cyclic prefix-nya saja. Efek tersebut dapat dihilangkan dengan cara membuang bagian CP yang mengalami interferensi. Gambar 2.5. Cyclic Prefix [10] 2.4. Physical Resource Block (PRB) pada LTE Dalam LTE dikenal istilah physical resource block (PRB) yang merupakan gabungan 12 subcarrier yang secara berurutan atau bandwidth 1 PRB = 180 KHz. Physical Resource Block (PRB) adalah unit sumber daya terkecil dari sebuah sistem LTE sesuai pada [12]. Sebuah PRB terdiri dari 84 resource element yang dibagi menjadi 12 subcarrier dan 7 simbol OFDM. Bandwidth tiap subcarrier adalah 15 khz, jadi Bandwidth PRB adalah 180 khz. Tiap simbol OFDM (time slot) memiliki panjang 0.5 ms. 10
Gambar 2.6. Physical Resource Block 2.5. Interferensi pada Femtocell FAP merupakan perangkat yang menganut prinsip SON (self-organizing netwok). dari sekian banyak kriteria SON salah satunya adalah automatic neighbor relation (ANR). Dengan adanya fitur SON ANR ini akan membantu dalam pencegahan interferensi pada femtocell. Sumber pengintrferensi pada femtocell bisa terjadi karena hal berikut ini : 2.5.1. Interferensi Macrocell to Femtocell, Femtocell to Macrocell Kondisi ini terjadi saat BS macrocell dan FAP beroperasi pada band frekuensi yang sama. 2.5.2. Femtocell to Femtocell (Inter-Femtocell Interference) Inter-cell interference adalah suatu bentuk interferensi yang terjadi pada sebuah sistem komunikasi seluler. FUE pada cell edge sangat rentan terhadap interferensi karena adanya 11
transmiter yang bertetanggaan. FUE pada cell edge juga memiliki path-loss yang tinggi. Inter-cell interference dibagi menjadi dua macam yaitu Intra-evolvedNodeB (Intra-eNB) inter-cell interference dan Inter-evolvedNodeB (Inter-eNB) inter-cell interference. Kondisi ini terjadi saat FAP menggunakan band frekuensi yang terpisah dari macrocell, tetapi sumber interferensinya adalah dari FAP lainya. kondisi ini sering terjadi di daerah yang penyebaran FAP nya padat. 2.5.2.1. Intra-eNB interference Intra-eNB inter-cell interference adalah salah satu bentuk interferensi yang terjadi antara dua buah sel atau lebih yang masih dalam enb yang sama. Intra-eNB inter-cell interference terjadi karena enb menggunakan antena sektoral 120 yang terdiri dari tiga antena. 2.5.2.2. Inter-eNB interference Inter-eNB interference adalah interferensi yang terjadi antara dua buah sel atau lebih yang berbeda enb. Untuk komunikasi antar enb digunakan sebuah interface, yaitu dengan X2 interface. Gambar 2.7 Inter-cell Interfernce 12
2.6. Pengukuran Pada Femtocell Pengukuran yang dilakukan oleh HeNB bertujuan untuk [13] : Menyediakan informasi yang cukup bagi HeNB untuk pencegahan interferensi Menyediakan informasi yang cukup bagi HeNB untuk menjaga daerah pelayanannya (coverage) Proses pengukuran FAP/HeNB dapat dilakukan pada saat self-configuration awal, saat FAP baru dinyalakan atau pada saat FAP beroperasi. Informasi dari sekeliling FAP bisa didapat dari femtocell user equipment (FUE) atau dari dirinya sendiri yang melakukan pengukuran melalui antena yang dimilikinya. Berdasarkan pengukuran ini didapat informasi yang berguna dari FAP/HeNB berdekatan untuk tujan manajemen interferensi. Tabel 2.1 Tipe pengukuran pada FAP/HeNB[13] Tipe Pengukuran Co-channel RSRP Tujuan Perhitungan interferensi DL co-cahnnel menuju neighbor FUEs (dari HeNB) Perhitungan interferensi UL co-cahnnel menuju neighbor HeNBs (dari FUEs) Reference signal transmission power Physical + GlobalCell ID Cell reselectionpriorityinformation CSG status dan ID Estimasi PL dari FUE ke HeNB Melaporkan identitas adjacent HeNB ke serving HeNB Membedakan antara tipe cell berdasarkan frequency layer priority Membedakan antara cell layers berdasarkan CSG dan selfconstruction dari neighbor list 13
2.6.1. Model Propagasi WINNER (Wireless World Initiative New Radio) Tujuan dari WINNER adalah membangun sistem akses radio yang dapat beradaptasi secara comprehensive untuk skenario komunikasi mobile jarak pendek sampai area yang lebar [14]. Model propagasi winner ini bisa bekerja pada frekuensi 2 6 GHz dengan bandwidth maksimum 100MHz. Model winner ini memiliki area pemodelan yang bervariasi mulai dari smallcell sampai macrocell. Adapun untuk tipe area yang akan digunakan pada tugas akhir ini adalah tipe A1 (inbulding). Tipe A1 ini sangat cocok untuk menganalisis propagasi baik LOS maupun NLOS pada jaringan indoor seperti yang akan dilakukan pada tugas akhir kali ini. berikut ini adalah persamaan pathloss model WINNER A1 [14] : Lp = 46.4 + 20 log d(m) + 20 log (f(ghz)/5) + n l +σ (2.1) Lp = pathloss (db) d =jarak dari BS ke user (m) f =frekuensi (GHz) n =Jumlah dinding yang ditembus l = rugi-rugi dinding (db) σ =shadowing (db) Namun pada penelitian Tugas Akhir ini dilakukan pengukuran pada kondisi gedung bertingkat, dimana perlu penambahan redaman antar lantai. Sehingga rumus matematisnya dapat ditulis sebagai berikut : Lp = 46.4 + 20 log d(m) + 20 log (f(ghz)/5) + n l +n l +σ (2.2) n =Jumlah lantai yang ditembus l = rugi-rugi lantai (db) 2.7. Teori Graph Graph terdiri dari vertek dan edge. Vertek adalah simpul-simpul atau node dalam graph yang dihubungkan oleh edge. Simpul yang tidak memiliki edge disebut simpul terpencil (isolated vertex). Teori graph bisa digunakan dalam berbagai bidang, termasuk dalam bidang manajemen interferensi. Dalam teori graph ada yang dikenal dengan pewarnaan graph, dimana proses pewarnaan graph ini didasarkan pada ketetanggaan simpul-simpulnya. Jika dua simpul dihubungkan dengan sebuah edge, maka warna untuk kedua simpul tersebut tidak boleh sama. Berawal dari ide tersebut,bisa diasumsikan pemancar sebagai simpul dan yang berperan sebagai edge adalah hubungan interferensi antar pemancar. Jadi agar pemancar tersebut tidak saling menginterferensi, harus menggunakan spektrum yang berbeda. 14