Proses Handover dalam Komunikasi Seluler

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:

1. S. Tekinay and B. Jabbari, “Handover and Channel Assignment in Mobile Cellular Networks”, IEEE Communications Magazine, vol. 29, November 1991, pp. 42-46. 
2. Gregory P. Pollioni, “Trends in Handover Design”, IEEE Communications Magazine, vol. 34, March 1996, pp. 82-90.
3. 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. 
4. Nishint D. Tripathi, Jeffrey H. Reed and Hugh F. VanLandinoham, “Handoff in Cellular Systems”, IEEE Personal Communications, vol. 5, December 1998, pp. 26-37. 
5. M. Gudmundson, “Analysis of Handover Algorithms”, 41st IEEE Vehicular Technology Conference, 1991, pp. 537-542.
6. Ekiz. N, Fidanboylu. K, “An Overview of Handoff Techniques in Cellular Networks”, International Journal of Information Technology, Vol 2 No 2.