BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Dewasa ini, standar 3GPP-LTE hadir dikarenakan tingginya kebutuhan jaringan
seluler dimanapun dan kapanpun. Terbukti, sejak 2010, peningkatan mobile data meningkat secara drastis berdasar penelitian dari Ericsson [1]. Namun, terkadang ada saat dimana jaringan seluler gagal menyediakan layanan suara maupun data yang berkualitas untuk penggunaan di dalam ruangan (indoor) [2] [3]. Maka dari itu, cakupan indoor yang superior haruslah dibuat sedemikian rupa agar dapat melayani tingginya kebutuhan layanan yang terus meningkat dan juga menutupi bagian indoor yang memiliki kualitas buruk. Smallcell merupakan salah satu kunci untuk permasalahan ini [3]. Salah satu teknologi terbaru dari smallcell adalah femtocell. Femtocell adalah sebuah base station yang berdaya rendah yang dapat digunakan untuk memperbaiki kualitas jaringan indoor. Femtocell inilah yang akan membawa jaringan menjadi lebih dekat kepada pengguna. Base station ini mendukung backward network compatibility, frekuensi reuse, konektifitas yang lebih baik, dan efek rumah kaca yang rendah [3]. Operator biasanya lebih memilih untuk menggunakan frekuensi uplink yang sama untuk femtocell yang terpisah lokasi. Hal ini meningkatkan efisiensi spectral dan kapasitas jaringan. Namun, skenario frekuensi reuse ini mengakibatkan terjadinya co-channel interference ketika adanya femtocell dengan frekuensi sama yang berdekatan [3] [4]. Hal tersebut disebabkan oleh user yang suka memindahkan posisi femtocell. Selain adanya co-channel interference, ada juga interferensi yang terjadi karena dua femtocell yang bertetangga dengan cakupan yang saling bertumpuk dan salah satunya beroperasi dengan daya yang dominan. Interferensi ini disebut co-tier interference [3]. Cotier interference merupakan interferensi yang terjadi karena daya yang digunakan antara elemen jaringan yang berada pada tier yang sama. Pada kasus jaringan femtocell, co-tier interference terjadi antara femtocell yang bertetangga [5]. Kedua interferensi tersebut membuat penurunan QoS dan efisiensi kanal dalam komunikasi yang berlangsung [3].
Untuk mengatasi kedua interferensi tersebut, femtocell management system (FMS) yang terpusat harus dapat secara fleksibel menentukan daya uplink dan sumber daya untuk femtocell yang berinterferensi [3]. Banyak penelitian yang membahas solusi untuk interferensi pada femtocell. Beberapa diantaranya adalah [6] yang mengajukan teknik menghindari interference pada neighboring cell dengan mengurangi interferensi co-tier dan co-channel pada femtocell. Namun, teknik ini memiliki tingkat bit error rate yang tidak dapat ditoleransi. Selain itu, [7] menyarankan teknik kontrol daya pancar untuk mengurangi co-tier interference. Teknik ini sukses mengurangi interferensi, namun kekuatan sinyal transmisi yang melemah membuat komunikasi arah uplink menjadi terganggu. Tetapi, meski berhasil mendapat kinerja yang baik dengan menentukan subcarrier untuk femtocell yang berbeda dalam cluster yang sama dan juga menyoroti inter-tier mobility, skema koordinasi interferensi yang digagas oleh [8] dibayar dengan spektrum yang terbuang sia-sia. Hal tersebut diperbaiki oleh [9] dengan menggagas skema yang dapat merasakan spectrum dan menganalisa statistik path loss dari propagasi radio antara pengguna femtocell dan pengguna macrocell. Namun, skema yang digagas oleh [9] ini tidak membahas tentang mengatasi interferensi. Graph
based
flexible
resource
algorithm
yang
dikembangkan
di
[10]
mengeksploitasi taknik graph coloring untuk menghindari co-tier interference. Namun, simpul dari graph tetap tidak dimanfaatkan karena hanya digunakan satu warna. Resource allocation framework for femtocell (RAFF) yang diusulkan oleh [11] menggunakan resource block untuk algoritma greedy. Walau RAFF ini dapat menghalau co-channel interference melalui resource assignment alternatif, metode ini tidak memperhitungkan co-tier interference yang dirasakan oleh neighboring femtocell. Karena jarak inter-femto-base station dan daya kirim dari femtocell tidak dihitung, cakupan femtocell yang bertumpuk akan cenderung beroperasi pada daya kirim yang lebih kuat membuat terjadinya co-tier interference kepada femtocell terdekat [3]. Untuk perbaikan dari seluruh penelitian terkait, [3] mengusulkan algoritma interference-free power and resource block allocation (IFPRBA) untuk menghindari cochannel dan co-tier interference pada femtocell yang bertumpuk. Interferensi Co-tier dihindari dengan optimasi daya femtocell. Sedangkan co-channel interference dikurangi melalui resource block assignment yang non-interfering. Algoritma IFPRBA menentukan jumlah physical resource block (PRB) yang digunakan untuk memastikan QoS. Selain itu, dengan neighboring list yang ada, seluruh resource yang ada dapat digunakan dengan dan 2
reuse dengan efisien. Pada akhirnya, factor yang telah disebutkan diatas akan meningkatkan efisiensi spektral. Ketika dikomparasi dengan algoritma RAFF, algoritma IFPRBA dapat mengakomodasi jumlah user yang lebih banyak pada spectrum yang terbatas [3]. Algoritma IFPRBA merupakan yang terbaik untuk mengatasi interferensi pada femtocell untuk saat ini [3] dan pada tugas akhir ini, algoritma IFPRBA ini diuji dengan skenario berbeda untuk mengetahui konsistensi dari kinerja algoritma tersebut. Diharapkan nilai daya interferensi yang terjadi berada di bawah nilai yang dapat ditoleransi 3 mW dan terjadi peningkatan kinerja throughput uplink dibandingkan dengan kondisi sistem femtocell yang sama namun tanpa menggunakan algoritma. 1.2
Perumusan Masalah Berdasarkan deskripsi latar belakang dan penelitian terkait, maka dapat dirumuskan
beberapa masalah pada tugas akhir ini yaitu: 1. Bagaimana kinerja algoritma IFPRBA terhadap daya interferensi yang terjadi karena interferensi co-channel dan co-tier? 2. Bagaimana dampak algoritma IFPRBA terhadap throughput uplink yang dihasilkan pada jaringan femtocell? 3. Bagaimana konsistensi dari algoritma IFPRBA dalam mengatasi interferensi cochannel dan co-tier terhadap kinerja jaringan femtocell? 1.3
Asumsi dan Batasan Masalah
Asumsi yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah: 1. Jaringan neighboring femtocell saling menumpuk. 2. User yang diobservasi hanya pada 1 femtocell. Tidak untuk seluruh femtocell. 3. Hanya melakukan penelitian pada arah uplink. 4. User dialokasikan ke Physical Resource Block (PRB), bukan subcarrier. 5. Arsitektur femtocell menggunakan fitur self-organizing. 6. Deployment type yang digunakan adalah close access mode dengan maksimal 10 pengguna. 3
7. Frame structure yang digunakan adalah FDD. 1.4
Tujuan Penelitian Tujuan dari tugas akhir ini adalah menguji konsistensi algoritma IFPRBA dalam
mengatasi interferensi co-channel dan co-tier pada sistem jaringan femtocell dilihat dari:
Kinerja algoritma IFPRBA dalam mengatasi daya interferensi dari femtocell yang saling bertumpuk.
Kinerja algoritma IFPRBA dalam hal throughput uplink yang didapat oleh user pada jaringan femtocell yang saling berumpuk.
1.5
Hipotesis Penelitian Berdasar jurnal [3], algoritma IFPRBA dapat mengurangi interferensi secara efisien
menggunakan optimasi daya dan alokasi resource yang fleksibel. Algoritma ini juga dikatakan dapat memberi garansi terhadap QoS untuk semua tipe hubungan. Delay intolerant service juga dapat diatasi oleh algoritma ini dengan best effort service. Analisa kinerja juga menunjukan algoritma IFPRBA mendapakan tingkat efisiensi PRB yang lebih tinggi dan daya interferensi yang lebih rendah walaupun dengan pertambahan pengguna dan resource yang terbatas [3]. Pada tugas akhir ini penulis memiliki hipotesis bahwa algoritma IFPRBA konsisten dalam mengatasi interferensi co-channel dan co-tier, daya interferensi yang dapat dikurangi, dan throughput uplink yang meningkat pada skenario yang diujikan.
1.6
Metodologi Penelitian
Metodologi dalam proses penyelesaian penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan, yaitu: 1. Identifikasi masalah penelitian Pada tahap ini dilakukan identifikasi dari permasalahan yang ada menggunakan studi literatur. Literatur yang diambil berasal dari penelitian terbaru dari jurnal dan beberapa penelitian sebelumnya. Selain itu, studi literatur juga diambil dari beberapa textbook. 4
2. Permodelan sistem jaringan femtocell Pada tahap ini dilakukan permodelan sistem jaringan femtocell untuk memecahkan masalah yang ada. Permodelan yang dilakukan berupa simulasi dalam bentuk programming menggunakan matlab. 3. Memasukan algoritma IFPRBA pada permodelan Pada tahap ini, algoritma IFPRBA dan seluruh asumsi dan batasan masalah dimasukan ke dalam program untuk memecahkan masalah. 4. Pengujian model pemecahan masalah Pengujian dilakukan dengan manjalan program yang telah dibuat. Metode pengujian menggunakan algoritma 103 montecarlo simulations untuk mendapatkan berbagai kemungkinan dari simulasi. 5. Pengumpulan dan analisis data Data yang digunakan merupakan data dari hasil percobaan simulasi. Data yang diperoleh diklasifikasikan berdasar parameter yang dibutuhkan untuk memecahkan masalah. Analisis yang digunakan menggunakan metoda analisis data kuantitatif yang terdiri dari beberapa langkah. Langkah-langkah tersebut adalah:
Verifikasi data yang bertujuan untuk memverifikasi apakah data yang dihasilkan sudah sesuai dengan kebutuhan.
Pengelompokan
data,
merupakan
proses
pengklasifikasian
dan
pengelompokan data agar berbentuk grafik dengan parameter yang sesuai dengan kebutuhan pemecahan masalah.
Analisa tiap kelompok data secara kualitatif untuk melihat capaian dari simulasi yang dilakukan.
6. Penyimpulan hasil Pada tahap ini dapat ditarik kesimpulan pemecahan masalah yang didapat dari penelitian yang dilakukan berdasarkan data hasil simulasi. 5
1.7
Sistematika Penulisan Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. BAB I Pendahuluan Berisi latar belakang, perumusan masalah, asumsi dan batasan masalah, tujuan penelitian, hipotesis penelitian, metodologi penelitian, serta sistematika penulisan. 2. BAB II Tinjauan Pustaka Berisi teori-teori pendukung pengerjaan tugas akhir seperti LTE, OFDMA, SCFDMA, Femtocell, dan metoda interferenece mitigation. 3. BAB III Permodelan Sistem dan Perancangan Berisi tahap-tahap dan parameter dalam permodelan dan perancangan sistem yang digunakan untuk simulasi. 4. BAB IV Hasil Simulasi dan Analisis Berisi penjabaran dan pembahasan hasil simulasi serta penjelasan analisis yang dilakukan. 5. BAB V Kesimpulan dan Saran Berisi kesimpulan dari analisis simulasi yang telah dilakukan dan saran untuk penelitian selanjutnya.
6
