TUGAS AKHIR ANALISIS PERBANDINGAN METODE HANDOVER DARI JARINGAN UMTS KE JARINGAN LTE UNTUK OPTIMALISASI PARAMETER TRADEOFF HANDOVER Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub-konsentrasi Telekomunikasi Oleh SYAHRUL WAHYUDI NIM. 120402078 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Dalam komunikasi wireless, kuat penerimaan sinyal pada user dapat dipengaruhi oleh berbagai jenis penghalang, baik bersifat alami (pepohonan, iklim, dan cuaca) maupun buatan manusia (gedung-gedung dan rumah). Dengan berkembangnya teknologi komunikasi bergerak, dimana user dapat bebas berpindah dan bergerak, fluktuasi kuat penerimaan sinyal tersebut sangat dipengaruhi oleh mobilitas/perilaku user. Untuk mengatasi pelemahan kuat perimaan sinyal diantaranya disebabkan oleh jarak atau fluktuasi karena penghalang, maka dibutuhkan suatu mekanisme handover. Adapun handover ini adalah suatu mekanisme yang berfungsi untuk menjaga kontinuitas layanan komunikasi dengan memindahkan suatu user dari satu kanal ke kanal yang lain, boleh pada BTS yang sama ataupun pada BTS yang berbeda, baik pada operator yang sama, maupun operator yang berbeda, seperti UMTS dengan LTE. Khusus untuk mekanisme perpindahan antar kanal yang berbeda diistilahkan dengan vertical handover. Dalam Tugas Akhir ini dibahas tentang vertical handover dari jaringan UMTS ke Jaringan LTE, dimana kriteria untuk pemindahan kanal ditentukan berdasarkan metode RSS based handover (RSCP, RSRP, dan HOM) dan metode RSS based handover with time-to-trigger (RSCP, RSRP, HOM, dan TTT). Adapun parameter kinerja jaringan yang diamati adalah probabilitas dropping. Pengerjaan dilakukan dengan menggunakan simulasi berbasis GUI. Dari hasil pembahasan diperoleh bahwa, nilai optimal untuk; (i) metode RSS based handover, nilai RSCPmin, RSRPmin, dan HOM masing-masing adalah -95 dbm, -102 dbm, dan 2 db; (ii) metode RSS based handover with time-totrigger, nilai RSCPmin, RSCPmin, HOM, dan TTT masing-masing adalah -95 dbm, -102 dbm, 2 db, dan 400 ms. Kata Kunci: UMTS, LTE, RSS based handover, RSS based handover with TTT i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: ANALISIS PERBANDINGAN METODE HANDOVER DARI JARINGAN UMTS KE JARINGAN LTE UNTUK OPTIMALISASI PARAMETER TRADEOFF HANDOVER Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr. Maksum Pinem, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. M. Zulfin, M.T. selaku Dosen Penguji Tugas Akhir, atas nasehat dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Suherman, S.T., M.Komp., Phd. selaku Dosen Penguji Tugas Akhir, atas nasehat dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. ii
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, Msi, selaku ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 5. Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 6. Bapak Tigor Hamonangan Nasution, S.T., M.T. sebagai Dosen Wali penulis, yang selalu memberikan dukungan sebagai wali penulis. 7. Bapak Ir. Arman Sani, M.T. yang selalu memberikan wejangan dan candaannya sehingga penulis tetap bersemangat dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 9. Abang Divo, Kak Ummi, Bu Ester, dan Pak Ponijan yang selalu sabar dalam melayani penulis untuk mengurus berkas di D untuk keperluan Tugas Akhir ini. 10. Kepada Papa dan Ibu tercinta yang selalu merawat, menjaga, dan mendoakan dan memberikan segalanya kepada penulis sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. 11. Abang dan kakak tercinta: Ella Yuni Ramadhani, Rahmad Amin Syahputra, dan Mira Novi Astuti, serta seluruh Keluarga Besar yang menjadi inspirasi dan selalu memberikan motivasi, perhatian dan doanya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. iii
12. Keponakan-keponakan yang tersayang: Annisa Caroline, Nayla Zasqia, Alfira Ferbina, dan Lily yang selalu menghibur saat penulis sedang letih sehingga kembali bersemangat dalam mengerjakan Tugas Akhir ini. 13. Sahabat-sahabat seperjuangan: Andika Yogy Pradana, Junaidy Teguh Siregar, Moh. Antan Wisuga, Rini Mulia Sari, Royansyah Putra Ginting, M. Ihsan, M. Roso Sutrisno, Fauzi Arif Pratama, M. Ridho Baridwan, dan seluruh stambuk 2012 semoga silaturahim kita terus terjaga. 14. Teman-teman mahasiswa, asisten laboratorium Dastel, pengurus IMTE khususnya Divisi Pendidikan IMTE, senior dan junior di Teknik Elektro. 15. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna baik dari segi materi maupun cara penyajiannya. Oleh karena itu, penulis siap menerima saran dan kritik dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Medan, Juni 2016 Penulis Syahrul Wahyudi NIM. 120402078 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR SINGKATAN... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II STUDI PUSTAKA... 6 2.1 Konsep Seluler... 5 2.2 Propagasi Gelombang Radio... 6 2.2.1 Reflection... 7 2.2.2 Difraction... 7 2.2.3 Scatter... 9 2.3 Model Propagasi... 9 2.3.1 Pathloss... 9 2.3.2 Shadow Fading... 10 2.3.3 Fast Fading... 10 2.4 System Architecture Evolution (SAE)... 11 v
2.4.1 Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network... 11 2.4.2 Evolved Packet Core... 13 2.5 Konsep Dasar Jaringan UMTS... 15 2.5.1 Wideband-Code Division Multiple Acces (WCDMA)... 15 2.5.2 Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)... 16 2.6 Konsep Dasar Jaringan LTE... 18 2.6.1 Konfigurasi Jaringan LTE... 19 2.7 Handover... 22 2.7.1 Tujuan dari Handover... 23 2.7.2 Permasalahan pada Handover... 23 2.7.3 Prioritas Handover... 24 2.7.4 Proses Handover... 24 2.7.5 Tipe Handover... 25 2.8 Inter-system Handover (ISHO)... 26 2.9 Parameter Inter-system Handover (ISHO)... 29 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 31 3.1 Model Sistem... 31 3.2 Flowchart Skenario Simulasi... 34 3.3 Link Budget... 37 3.3.1 Perhitungan Link Budget UMTS... 37 3.3.2 Radius Sel UMTS... 38 3.3.3 Perhitungan Link Budget LTE... 39 3.3.4 Radius Sel LTE... 40 3.4 Parameter Simulasi... 40 vi
3.4.1 Parameter Handover pada UMTS... 40 3.4.1.1 Perhitungan RSCP... 41 3.4.2 Parameter Handover pada LTE... 43 3.4.2.1 Perhitungan RSCP... 43 3.4.4 Konstanta-konstanta Simulasi... 44 BAB IV HASIL PEMBAHASAN... 46 4.1 Masukan Simulasi... 46 4.2 Keluaran Simulasi... 46 4.3 Implementasi Sistem Simulasi Terhadap Probabilitas Dropping... 46 4.3.1 Skenario 1 (RSS Based Handover)... 47 1. Pengamatan Probabilitas Dropping Terhadap Perubahan Nilai RSCPmin... 48 2. Pengamatan Probabilitas Dropping Terhadap Perubahan Nilai RSRPmin... 50 3. Pengamatan Probabilitas Dropping Terhadap Perubahan Nilai HOM... 52 4. Nilai Optimal untuk Parameter Handover... 54 4.3.2 Skenario 2 (RSS Based Handover with TTT)... 56 1. Pengamatan Probabilitas Dropping Terhadap Perubahan Nilai RSCPmin... 56 2. Pengamatan Probabilitas Dropping Terhadap Perubahan Nilai RSRPmin... 59 vii
3. Pengamatan Probabilitas Dropping Terhadap Perubahan Nilai HOM... 61 4. Pengamatan Probabilitas Dropping Terhadap Perubahan Nilai TTT... 63 5. Nilai Optimal untuk Parameter Handover... 66 4.4 Rangkuman Hasil Simulasi... 68 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 70 5.1 Kesimpulan... 70 5.2 Saran... 71 DAFTAR PUSTAKA... 72 LAMPIRAN... 75 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur sel...6 Gambar 2.2 Mekanisme propagasi radio...8 Gambar 2.3 Pathloss, shadowing dan fast fading terhadap jarak...9 Gambar 2.4 SAE (system architecture evolution) UMTS dan LTE network...11 Gambar 2.5 Koneksi enodeb dan fungsi utamanya...12 Gambar 2.6 Koneksi MME dan fungsi utamanya...13 Gambar 2.7 Architecture UMTS Release 99...16 Gambar 2.8 Arsitektur...20 Gambar 2.9 Arsitektur core LTE...20 Gambar 2.10 Prosedur handover...24 Gambar 2.11 Soft handover dan Hard handover...26 Gambar 2.12 Intersystem handover UMTS ke LTE...28 Gambar 3.1 Skenario 1...32 Gambar 3.2 Skenario 2...33 Gambar 3.3 Flowchart skenario 1...34 ix
Gambar 3.4 Flowchart skenario 2...35 Gambar 4.1 Tampilan saat simulasi dijalankan...47 Gambar 4.2 Hasil probabilitas dropping saat nilai RSCP berbeda-beda...49 Gambar 4.3 Hasil probabilitas dropping saat nilai RSRP berbeda-beda...51 Gambar 4.4 Hasil probabilitas dropping saat nilai HOM berbeda-beda...53 Gambar 4.5 Hasil optimalisasi parameter tradeoff handover...55 Gambar 4.6 Tampilan saat simulasi dijalankan...56 Gambar 4.7 Hasil probabilitas dropping saat RSCP berubah-ubah terhadap TTT...58 Gambar 4.8 Hasil probabilitas dropping saat RSRP berubah-ubah terhadap TTT...60 Gambar 4.9 Hasil probabilitas dropping saat HOM berubah-ubah terhadap TTT...62 Gambar 4.10 Hasil probabilitas dropping saat TTT berubah-ubah...64 Gambar 4.11 Hasil optimalisasi parameter tradeoff handover...66 x
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Data teknis link budget UMTS...37 Tabel 3.2 Parameter untuk menentukan radius sel UMTS...38 Tabel 3.3 Data teknis link budget LTE...39 Tabel 3.4 Parameter untuk menentukan radius sel LTE...40 Tabel 3.5 Parameter simulasi...45 Tabel 4.1 Kombinasi parameter skenario 1 dengan nilai RSCPmin yang berbeda...48 Tabel 4.2 Probabilitas dropping, RSCPmin vs kecepatan...48 Tabel 4.3 Kombinasi parameter skenario 1 dengan nilai RSRPmin yang berbeda...50 Tabel 4.4 Probabilitas dropping, RSRPmin vs kecepatan...50 Tabel 4.5 Kombinasi parameter skenario 1 dengan nilai HOM yang berbeda...52 Tabel 4.6 Probabilitas dropping, HOM vs kecepatan...52 Tabel 4.7 Probabilitas dropping, parameter optimalisasi vs kecepatan...54 Tabel 4.8 Kombinasi parameter skenario 2 dengan nilai RSCPmin xi
yang berbeda...56 Tabel 4.9 Probabilitas dropping, RSCPmin vs kecepatan...57 Tabel 4.10 Kombinasi parameter skenario 2 dengan nilai RSRPmin yang berbeda...59 Tabel 4.11 Probabilitas dropping, RSRPmin vs kecepatan...59 Tabel 4.12 Kombinasi parameter skenario 2 dengan nilai HOM Yang berbeda...61 Tabel 4.13 Probabilitas dropping, HOM vs kecepatan...62 Tabel 4.14 Kombinasi parameter skenario 2 dengan nilai TTT yang berbeda...63 Tabel 4.15 Probabilitas dropping, TTT vs kecepatan...64 Tabel 4.16 Probabilitas dropping, parameter optimalisasi vs kecepatan...66 Tabel 4.17 Rangkuman hasil simulasi dengan kecepatan 90 km/jam...67 xii
DAFTAR SINGKATAN 3GPP APG BTS : Third Generation Partnership Project : Average Path-Gain : Base Transceiver Station CDMA : Code Division Multiple Acces CP DL EDGE : Control Plane : Downlink : Enhanced Data Rates for GSM Evolution enb : Evolved Node B EPC EPS E-UTRAN FDD FDMA GGSN GPRS GSM : Evolved Packet Core : Evolved Packet System : Evolved Universal Terrestrial Radio Acces Network : Frequency Division Duplex : Frequency Division Multiple Acces : Gateway GPRS Support Node : Generar Packet Radio Service : Global System for Mobile xiii
GUI : Graphic User Interface GW HLR HO HOM HSPA HSS IP ITU : Gateway : Home Location Register : Handover : Handover Margin : High Speed Packet Access : Home Subscriber Server : Internet Protocol : International Telecommunication Union LOS : Line Of Sight LTE MAPL MCHO MIH MIMO MME : Long Term Evolution : Maximum Allowable Path Loss : Mobile Controlled Handover : Media Independent Handover : Multiple Input Multiple Output : Mobility Management Entity MS : Mobile Station xiv
MSC : Mobile Switching Center OFDMA PBGT PCRF PDN QoS RAM RAT RNC : Orthogonal Frequency Division Multiple Acces : Power Budget : Policy & Charging Rule Function : Packet Data Network Gateway : Quality of Service : Radio Acces Mode : Radio Acces Technology : Radio Network Controller RRM : Radio Resourse Management RSCP RSRP SAE SGSN SGW TDD : Received Signal Code Power : Received Signal Received Power : System Architecture Evolution : Serving GPRS Support Node : Serving SAE Gateway : Time Division Duplex TDMA : Time Division Multiple Acces xv
TTT : Time-to-Trigger UE UMTS UTRAN VLR WCDMA WiMAX WLAN : User Equipment : Universal Mobile Telecommunications System : Universal Terrestrial Radio Access Network : Visitor Location Register : Wideband Code Division Multiple Access : Worldwide Interoperability for Microwave Access : Wireless Local Area Network xvi
DAFTAR ISTILAH enode B (Evolved Node B) Perangkat yang berhubungan langsung dengan user equipment, yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima sinyal pada jaringan LTE. Handover Perpindahan dari satu kanal menuju kanal lain karena UE bergerak menjauhi sumber kanal lama. Handover Margin (HOM) Selisih antara level sinyal BTS yang sedang melayani UE dengan level sinyal BTS kandidat pada titik pengamatan yang sama. Node B Perangkat yang berhubungan langsung dengan user equipment, yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima sinyal pada jaringan UMTS. Probabilitas Dropping Kejadian terputusnya panggilan secara paksa karena level sinyal terima di bawah level dropp. Received Signal Code Power (RSCP) Received signal code power adalah level penerimaan dari UMTS (serving cell). Reference Signal Received Power (RSRP) Reference signal received power adalah level penerimaan dari LTE (target cell). RSCPmin Batas level sinyal minimum yang di-setting untuk beroperasi pada jaringan UMTS. xvii
RSRPmin Batas level sinyal yang di-setting untuk beroperasi pada jaringan LTE. Sel Area tertentu yang dicakup oleh BTS Shadowing Peristiwa terhalangnya sinyal dari pemancar ke penerima sehingga sinyal mengalami fluktuasi secara lambat. Objek yang menghalangi perambatan sinyal seperti: gunung, pepohonan dan gedung-gedung. UE (User Equipment) User bagi pelanggan jaringan nirkabel. xviii