2020 ~ KIKIPATUY

Sistem telepon seluler dikenal akan mobilitasnya. Sebagai akibatnya, ini merupakan persyaratan yang sangat mendasar dari sistem bahwa ketika ponsel bergerak dari satu sel ke sel lainnya, harus dimungkinkan untuk menyerahkan panggilan dari stasiun pangkalan sel pertama, ke sel berikutnya dengan tidak ada gangguan panggilan.

Meskipun konsep handover seluler relatif mudah, itu bukan proses yang mudah untuk diterapkan dalam kenyataan. Jaringan seluler perlu memutuskan kapan handover diperlukan, dan ke sel mana. Ketika handover terjadi, perlu untuk mengarahkan kembali panggilan ke stasiun pangkalan yang relevan bersama dengan mengubah komunikasi antara ponsel dan stasiun pangkalan ke saluran baru. Semua ini perlu dilakukan tanpa gangguan panggilan. Prosesnya cukup rumit, dan pada sistem awal panggilan sering hilang jika prosesnya tidak bekerja dengan benar.

Handover Schema

Ada beberapa parameter yang perlu diketahui dalam menentukan apakah suatu handover diperlukan. Kekuatan sinyal stasiun pangkalan dengan mana komunikasi dilakukan, bersama dengan kekuatan sinyal stasiun sekitarnya. Selain itu ketersediaan saluran juga perlu diketahui. Ponsel jelas paling cocok untuk memantau kekuatan stasiun pangkalan, tetapi hanya jaringan seluler yang mengetahui status ketersediaan saluran dan jaringan membuat keputusan tentang kapan penyerahan akan dilakukan dan ke saluran mana sel tersebut.

Handover adalah proses memutuskan kapan akan meminta handover. Keputusan handover didasarkan pada Received Signal Strength (RSS) dari Base Station (BS) saat ini dan BS tetangga. Suatu contoh apabila nilai RSS semakin lemah ketika MS menjauh dari BS1 dan semakin kuat ketika semakin dekat ke BS2 sebagai hasil dari karakteristik perambatan sinyal. Sinyal yang diterima rata-rata dari waktu ke waktu menggunakan jendela rata-rata untuk menghilangkan mode sesaat karena faktor geografis dan lingkungan. Berikut dibawah ini merupakan tipe-tipe handover dalam komunikasi seluler.

Hard Handover

Hard handover digunakan ketika saluran komunikasi dilepaskan terlebih dahulu dan saluran baru didapat kemudian dari sel tetangga. Dengan demikian, ada gangguan layanan ketika handover terjadi mengurangi kualitas layanan. Hard handover digunakan oleh sistem yang menggunakan Time Division Multiple Access (TDMA) dan Frequently Multiple Division Access (FDMA) seperti GSM dan General Packet Radio Service (GPRS).

Soft Handover

Berbeda dengan hard handover, soft handover dapat membangun beberapa koneksi dengan sel tetangga. Soft handover digunakan oleh sistem kode akses berganda (CDMA) di mana sel menggunakan pita frekuensi yang sama menggunakan kata-kata kode yang berbeda. Setiap Mobile Station (MS) mempertahankan set aktif di mana Base Station (BS) ditambahkan ketika Received Signal Strength (RSS) melebihi ambang yang diberikan dan dihapus ketika RSS turun di bawah nilai ambang lainnya untuk jumlah waktu tertentu yang ditentukan oleh timer. Ketika ada atau tidak adanya BS ke set aktif ditemui soft handover terjadi. Sistem sampel menggunakan soft handover adalah Interim Standard 95 (IS-95) dan Wideband CDMA (WCDMA)

Microcell Handover

Handover Mikrosel adalah sel dengan jari-jari kecil dan digunakan di daerah padat penduduk seperti bangunan kota dan jalan untuk memenuhi kapasitas sistem yang tinggi dengan penggunaan kembali frekuensi. Pada gambar dibawah ini, memiliki dua jalan yang bersilangan dengan tiga BS yang digunakan di jalanan. BS1 dan BS3 saling berhadapan satu sama lain. Handoff antara BS1 dan BS3 disebut LOS handoff; di sisi lain handoff antara BS1 dan BS2 adalah handoff non-LOS (NLOS) karena mereka tidak memiliki LOS.

Microcell Handover Schema

Multilayer Handover

Beberapa desain menggunakan pendekatan multilayer untuk mengurangi jumlah handover dan meningkatkan kapasitas sistem. Sejumlah sel mikro dilapis oleh sel makro dan pengguna ditugaskan ke setiap lapisan sesuai dengan kecepatannya. Area cakupan sel mikro dan sel mikro sekitar 500 meter dan 35 km dalam GSM900. Karena para pengguna lambat ditugaskan ke sel mikro dan pengguna cepat ditugaskan ke sel mikro, jumlah total permintaan handover berkurang. Macrocell tidak hanya melayani pengguna yang cepat tetapi juga melayani pengguna yang lambat saat microcell sedang macet. Ketika sel mikro mengalokasikan semua salurannya, panggilan baru dan handover dilimpahi ke lapisan sel mikro. Ketika beban sel mikro menurun, dimungkinkan untuk menetapkan saluran lambat pada pengguna dalam sel mikro. Jenis handover ini disebut take-back. Sehingga terdapat 4 tipe handover yaitu Microcellto-microcell, microcell-to-macrocell, macrocell-to-macrocell, and macrocell-to-microcell.

Handover decision protocols yang digunakan dalam sistem seluler diantaranya:

Network Controlled Handoff (NCHO)

NCHO digunakan dalam sistem seluler generasi pertama seperti Advanced Mobile Phone System (AMPS) di mana kantor switching telepon seluler (MTSO) bertanggung jawab atas keputusan handover keseluruhan. Di NCHO, jaringan menangani pengukuran RSS dan keputusan handover yang diperlukan. Waktu eksekusi handover berada di urutan beberapa detik karena beban jaringan yang tinggi.

Mobile Assisted Handoff (MAHO)

Di NCHO, beban jaringan tinggi sejak jaringan menangani semua proses itu sendiri. Untuk mengurangi beban dari jaringan, MS bertanggung jawab untuk membuat RSS pengukuran dan mengirimkannya secara berkala ke BS di MAHO. Berdasarkan pengukuran yang diterima, BS atau ponsel switching center (MSC) memutuskan kapan akan melakukan handover. MAHO digunakan dalam Sistem Global untuk Seluler Komunikasi (GSM). Waktu eksekusi handover di rentang 1 dtk.

Mobile Controlled Handoff (MCHO)

MCHO memperluas peran MS dengan memberikan kontrol keseluruhan untuk itu. Keduanya, MS dan BS, melakukan pengukuran yang diperlukan, dan BS mengirimkannya ke MS. Kemudian, MS memutuskan kapan harus menyerahkan berdasarkan informasi yang diperoleh dari BS dan itu sendiri. Digital Eropa Cordless Telephone (DECT) adalah contoh sistem seluler menggunakan MCHO dengan 100-500 ms waktu eksekusi handover.

Reference:

S. Tekinay and B. Jabbari, “Handover and Channel Assignment in Mobile Cellular Networks”, IEEE Communications Magazine, vol. 29, November 1991, pp. 42-46.
Gregory P. Pollioni, “Trends in Handover Design”, IEEE Communications Magazine, vol. 34, March 1996, pp. 82-90.
P. Marichamy, S. Chakrabati and S. L. Maskara, “Overview of handoff schemes in cellular mobile networks and their comparative performance evaluation”, IEEE VTC’99, vol. 3, 1999, pp. 1486-1490.
Nishint D. Tripathi, Jeffrey H. Reed and Hugh F. VanLandinoham, “Handoff in Cellular Systems”, IEEE Personal Communications, vol. 5, December 1998, pp. 26-37.
M. Gudmundson, “Analysis of Handover Algorithms”, 41st IEEE Vehicular Technology Conference, 1991, pp. 537-542.
Ekiz. N, Fidanboylu. K, “An Overview of Handoff Techniques in Cellular Networks”, International Journal of Information Technology, Vol 2 No 2.

Model path loss propagasi untuk perencanaan jaringan seluler generasi kelima (5G) dalam spektrum milimeter wave (mmwave) atau high-band, seperti spektrum frekeunsi 28 GHz dan 38 GHz. Terlihat bahwa dengan implementasi 5G dengan mmwave (high-band) didaptkan jumlah 5G base station (sel 200 m) sekitar tiga kali lebih banyak dibandingkan dengan sistem 3G dan 4G (sel 500 m hingga 1 km).

No alt text provided for this image

Namun penggunaan mmwave (high-band) menghasilkan keunggulan dalam hal peningkatan kapasitas yang lebih besar dan juga speed dari teknologi sebelumnya.

Model path loss memainkan peranan utama dalam perencanaan sistem seluler nirkabel. Model – model tersebut mewakili beberapa persamaan matematika dan algoritma yang digunakan untuk meramal propagasi sinyal radio di daerah tertentu. Secara umum, model kanal propagasi dapat dikelompokan menjadi tiga kelompok besar, yaitu :

Model Empirik

Merupakan model yang diturunkan dari hasil pengukuran lapangan di lokasi-lokasi yang dianggap mewakili sampel lingkungan nirkabel.

Model Deterministik

Merupakan model yang dikembangkan dari teori propagasi gelombang elektromagnetik dan digunakan untuk perhitungan daya pancar di lokasi yang ditinjau.

Model Stokastik

Merupakan model yang menyertakan peubah acak sebagai representasi kondisi lingkungan yang berubah dari waktu ke waktu dan dari satu lokasi ke lokasi lain.

Dari ketiga model kanal propagasi di atas, model kanal propagasi empirik merupakan model yang paling banyak digunakan untuk penelitian karena kemudahan penggunaan serta toleransi terhadap ketidaktersediaan informasi area.

Model Empirik selanjutnya membagi dua bagian yaitu, dispersif waktu dan dispersif non waktu. Model dispersif waktu adalah model untuk memprediksi path loss dari hasil pengukuran kanal propagasi. Sementara model dispersif non waktu adalah model untuk memprediksi rata – rata path loss dari fungsi jarak, tinggi antena, frekuensi, dan lain – lain.

Model Path Loss SUI (Stanford University Interim)

Model Stanford adalah perluasan dari model Hata dengan parameter koreksi tambahan untuk frekuensi di atas 1900 MHz. Model SUI dapat digunakan untuk ketinggian antena base station dari 10 m hingga 80 m, tinggi antena penerima berkisar dari 2-10m, jari-jari sel dari 100 m – 8 km. Apa yang signifikan dalam model ini adalah keberadaan variabel acak, path loss eksponen, γ dan standar deviasi fading, s. Model ini memiliki tiga jenis area (wilayah) yang disebut A, B, dan C.

- "Tipe A" mewakili wilayah dengan path loss tertinggi dan dapat digunakan untuk daerah berbukit dengan vegetasi sedang atau sangat padat. Daerah perkotaan padat penduduk masuk dalam tipe A ini.

- "Tipe B" digunakan untuk wilayah berbukit dengan vegetasi langka, atau dataran datar dengan kepadatan pohon sedang atau berat. Path loss pada tipe ini nilainya di pertengahan, lingkungan sub urban (pinggir kota) masuk dalam tipe B ini.

- "Tipe C" cocok untuk dataran datar atau pedesaan (rural) dengan vegetasi ringan, di sini path loss nilainya minimum.

Model SUI yang dikembangkan oleh Stanford University, diusulkan sebagai standar dalam pemodelan kanal pada pita frekuensi di bawah 11 GHz oleh dari IEEE 802.16 Broadband Wireless Access working group.

Persamaan dasar untuk path loss model SUI untuk d> d0 adalah:
No alt text provided for this image

Dimana;

d, (dalam meters ) adalah jarak antara base station dan UE.
d0 = 100 m
Xf, adalah faktor koreksi untuk frekuensi di atas 2 GHz (dalam MHz).
Xh, adalah faktor koreksi untuk tinggi antena penerima.
sh, adalah faktor koreksi untuk efek shadowing (dalam dB), nilainya berkisar 8.2 dB sampai 10.6 dB.
γ adalah komponen path loss, yang nilainya adalah :

> γ = a – b . hb + (c/hb)
> Untuk area urban / perkotaan yang Line Of Sight (LOS) nilai γ =2, untuk perkotaan yang Non LOS (NLOS) nilai 3< γ >5.

> hb adalah tinggi antena base station (dalam meter)

a, b dan c adalah konstanta yang nilainya tergantung pada tipe area (A, B atau C), nilainya ditunjukan pada tabel di bawah ini:

Faktor koreksi untuk frekuensi dan faktor koreksi untuk tinggi antena penerima untuk model SUI adalah :

Xf = 6.0 * log (f / 2000)

Xh = - 10.8 * log (hr / 2000) untuk tipe area A and B

Xh = - 20 log (hr / 2000) untuk tipe area C

*f adalah frekuensi dalam MHz,

*hr adalah tinggi antena penerima dalam meter.

Sementara untuk model path loss lain yang sudah terkenal diantaranya Okumura Hata, Cost 231, Lee, Ericsson, ECC 33, maupun Walfisch-Ikegami. Kadang dalam sebuah perhitungan penelitian sebuah model cocok / mendekati dengan hasil pengukuran lapangan, tetapi tidak jarang juga di penelitian lain mendapatkan hasil yang lain, model lain yang lebih mendekati.

Perlu juga diperhatikan frekuensi yang digunakan, misalnya mid-band frekuensi 5G yang favorit 3,5 GHz. Hasilnya kadang untuk daerah urban satu model path loss cocok, tetapi untuk sub urban dan rural kurang cocok, atau mempunyai deviasi yang jauh, begitu juga sebaliknya.

Berikut ini contoh hasil penelitian yang dilakukan oleh Department of Electrical Engineering Blekinge Institute of Technology, Karlskrona Swedia. Pada penelitian ini, tinggi antena pemancar yang digunakan adalah 20 m, power transmit yang digunakan adalah 43 dBm, dengan frekuensi operasi adalah 3,5 GHz.