SIMULASI LINK BUDGET PADA SEL FEMTO TEKNOLOGI TELEKOMUNIKASI LTE (LONG TERM EVOLUTION) Budi Utomo 1), Imam Santoso 2), Ajub Ajulian Z 3) Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Semarang Jl. Prof. Sudharto, SH, Tembalang, Semarang 50275, Indonesia E-mail:
[email protected] Abstrak Teknologi sel femto pada LTE (Long Term Evolution) dapat meningkatkan kualitas sinyal di dalam ruangan karena penempatan stasiun pemancar sel femto yang berada di dalam ruangan. Dengan berkurangnya jarak antara stasiun pemancar, dalam hal ini yaitu FAP (Femtocell Access Point) dengan UE (User Equipment) maka kualitas sinyal di dalam ruangan diharapkan membaik. Namun, dengan digunakannya sel femto, timbul fenomena interferens antara sel makro dan sel femto, juga interferens antar sel femto. Berdasarkan hal tersebut pada penelitian dibuat suatu simulasi yang berkaitan dengan pengaruh interferens yang terjadi ketika sejumlah sel femto LTE dioperasikan pada suatu lingkungan berada pada ruang lingkup sel makro LTE. Kualitas sinyal (SINR) pada pengguna (downlink) baik dari sel femto atau sel makro akan dikaji berdasarkan perhitungan link budget dengan memperhitungkan fenomena interferens yang mungkin terjadi menggunakan perangkat lunak LabView2009. Dari hasil simulasi rugi propagasi minimum untuk UE yang berada diluar ruangan adalah 97,021 dB pada jarak 50m dan terus bertambah hingga 142,849 dB pada jarak 1km sedangkan di dalam ruangan 112,021 dB pada jarak 50m dan 157,849 dB pada jarak 1 km. Nilai daya terima yang timbul pada sel makro jauh lebih besar dibandingkan dengan sel femto baik di dalam ruangan maupun di luar dengan membandiingan jarak yang sama anatara 1 samapi 50meter. Dengan semakin banyak jumlah FAP yang berada dalam suatu ruang lingkup sel makro, maka nilai SINR yang diperoleh pengguna yang dilayani suatu sel femto dan sel makro berkurang karena terdapat interferensi dari FAP lain.Nilai SINR makro downlink maksimum 27,4348 dB dan nilai SINR makro downlink mnimum. Kata kunci: femtocell, LTE, link budget, interferens, SINR. Abstract Femtocell LTE (Long Term Evolution) technology can increase signal coverage at indoor environment because the deployment of the femtocell base station is in the building. With a distance reducement between a femtocell base station (usually called FAP, Femtocell Access Point) with a user equipment (UE), the signal quality hopefully will be better. But, the deployment of femtocell emerges interference phenomenon between macrocell and femtocell, also interference between femtocells itself. Based on the research that created a simulation that related to the influence of interference that occurs when the number of LTE femto cells operated in an environment is the scope of LTE macro cells. Quality cues (SINR) at the user (downlink) from both femto cell or macro cell will be assessed by taking into account the link budget calculation possible interference phenomena using software LabView2009. From the simulation results for the EU minimum propagation loss that are outside the room is 97.021 dB at a distance of 50m and counting up to 142.849 dB at a distance of 1km while indoors dB at a distance of 50m 112.021 and 157.849 dB at a distance of 1 km. Received power value arising on the macro cell is much larger than femto cells both indoors and outside with the same distance membandiingan anatara 1 till 50meter. With more and more number of FAP that are within the scope of a macro cell, then the value obtained SINR users served by a femto cell and macro cell is reduced because there is interference from FAP lain.Nilai SINR 27.4348 dB maximum downlink macro and macro downlink SINR value of minimum. Keyword: femtocell, LTE, link budget, interferens, SINR.
1. 1.1
Pendahuluan Latar Belakang Teknologi sel femto pada LTE (Long Term Evolution) dapat meningkatkan jangkauan sinyal di dalam ruangan karena penempatan stasiun pemancar sel femto yang berada di dalam ruangan. Dengan berkurangnya jarak antara stasiun pemancar, dalam hal ini yaitu FAP (Femtocell Access Point) dengan UE (User Equipment) maka kualitas sinyal di dalam ruangan diharapkan membaik. Namun, dengan digunakannya sel femto, timbul fenomena interferens antara sel makro dan sel femto, juga interferens antar sel femto. Mayoritas dari penelitian tentang teknologi telekomunikasi LTE hanya melakukan analisis, sebelumnya telah dilakukan penelitian yang membahas tentang perhitungan anggaran daya pada sel femto (Tanantaputra, 2010) dan analisis tekno-ekonomi perencanaan teknologi LTE di kota Tasikmalaya (Hesti, 2011). Berdasarkan penelitian tersebut, penelitian ini membahas tentang simulasi perhitungan link budget pada sel femto teknologi telekomunikasi LTE dengan memperhatikan berbagai parameter yang mempengaruhinya. Penelitian ini ditekankan pada interferens yang terjadi ketika sejumlah sel femto LTE dioperasikan pada suatu lingkungan berada pada ruang lingkup sel makro LTE. Kualitas sinyal (SINR) pada pengguna (downlink) baik dari sel femto atau sel makro akan dikaji berdasarkan perhitungan link budget dengan memperhitungkan fenomena interferens yang mungkin terjadi menggunakan perangkat lunak LabView2009.. 1.2
Tujuan Masalah Tujuan dari tugas akhir ini adalah membuat simulasi link budget untuk mengetahui kualitas sel femto pada teknologi telekomunikasi LTE menggunakan perangkat lunak labview 2009. 1.3
Batasan Masalah Berdasarkan perumusan masalah di atas, maka dibuat batasan-batasan masalah yang dikaji dan dibahas. Batasan-batasan masalah itu adalah sebagai berikut. 1) Perhitungan dilakukan pada satu lingkup sel femto yang di dalamnya terdapat sejumlah sel makro yang beroperasi. Perhitungan dilakukan terutama untuk arah downlink. 2) Parameter-parameter sel makro dan sel femto yang digunakan dalam perhitungan menggunakan parameter standar yang dikeluarkan oleh 3GPP. 3) Perhitungan menggunakan perangkat lunak LabView 2009. 2. Dasar Teori 2.1 Komunikasi Bergerak Komunikasi bergerak merupakan sistem komunikasi yang digunakan untuk memberikan layanan jasa telekomunikasi bagi pelanggan yang bergerak. Komunikasi ini biasa dikenal dengan sistem seluler, hal
ini dikarenakan daerah layanannya dibagi-bagi menjadi daerah yang kecil-kecil yang disebut sel. Para pelanggan mampu bergerak secara bebas di dalam area layanan sambil berkomunikasi tanpa terjadi pemutusan hubungan. 2.1.1
Sel (cells) Sel merupakan unit yang paling dasar dalam sistem komunikasi seluler. Sel menunjukkan daerah cakupan sinyal. Sel-sel pada komunikasi seluler mempunyai area tertentu yang dapat dijangkau oleh UE (User Equipment) sesuai dengan kemampuan sel tersebut [3]
Gambar 1 Area Cakupan [3]
2.1.2
BS (Base Stasion) BS berfungsi menjembatani perangkat komunikasi pelanggan dengan jaringan menuju jaringan lain. Satu cakupan pancaran BS dapat disebut sel. BS merupakan stasiun penghubung dengan UE. Jadi, merupakan sistem yang langsung berhubungan dengan telepon genggam [3]. Pusat yang mengatur lalu-lintas trafik di BS adalah BSC (Base Station Controller). Beberapa BS pada satu wilayah diatur oleh sebuah BSC yang dihubungkan dengan MSC (Mobile Switching Center). MSC merupakan pusat penyambungan yang mengatur jalur hubungan antar BSC maupun antara BSC dan jenis layanan telekomunikasi lain (PSTN, operator GSM lain, AMPS, dll). Prinsip kerja sebuah BS yaitu sebuah BS mampu menjangkau suatu area tertentu yang dibatasi dengan BS lain. Jika terdapat suatu daerah yang kosong dari jangkauan BS, maka akan terjadi hilangnya sinyal komunikasi yang menyebabkan daerah tersebut tidak dapat melakukan komunikasi. Sedangkan jika terdapat daerah yang sama-sama memperoleh jangkauan BS, maka akan terjadi penanganan antar BS, sehingga sinyal tidak terputus.
Gambar 2 Gambaran arsitektur jaringan sel femto (FemtoForum, 2011).
2.1.3
UE (User Equipment) UE merupakan perangkat komunikasi dari sisi pelanggan, terdiri atas peralatan terminal dan kartu pintar sebagai modul identitas pelanggan atau SIM (Subscriber Identity Module). SIM memberikan identitas personal pelanggannya, agar dapat menjadi pelanggan layanan yang berhubungan dengan terminal khusus. Dengan memasukkan SIM ke terminal, pelanggan dapat menerima panggilan, melakukan panggilan dan menerima layanan khusus lainnya pada terminal ini. 2.3
Konsep Sel Femto Sel femto atau Home NodeB [4] merupakan stasiun pemancar berdaya rendah, yang menyediakan layanan nirkabel untuk suara dan data. Sel femto beroperasi pada frekuensi terlisensi yang dimiliki oleh penyedia layanan selular. Sebuah FAP (Femtocell Access Point) memiliki fungsi layaknya sebuah Base Station (BS) pada umumnya dan juga memiliki RNC (Radio Network Controller) di dalamnya. Sebuah unit FAP terlihat seperti WiFi access point, namun tidak mengimplementasikan teknologi Wifi (Wireless Fidelity) seperti IEEE 802.11b, 802.11g, dan 802.11n.
lebar pita dan sumber daya LTE yang dikeluarkan 3GPP dapat dilihat pada Tabel 2.1(Myung, 2008). OFDMA merupakan teknik modulasi untuk komunikasi wireless broadband dimasa yang akan datang. Untuk mencapai hal tersebut, OFDMA membagi aliran data high-rate mejadi aliran rate yang lebih rendah, yang kemudian dikirimkan secara bersama pada beberapa sub-pembawa. Pada sistem OFDMA tidak semua sub-pembawa digunakan sebagai representasi dari data. Hal ini karena dari sebagian dari sub-pembawa tersebut digunakan sebagai interval penjaga, subpembawa data, dan sub-pembawa pilot. Tabel 1 Konfigurasi lebar pita dan resource LTE 3GPP (Myung, 2008) Lebar ita Kanal [MHz] Jumlah RB Jumlah alokasi sub-ppembawa
1,25 6
2,5 15
5 25
10 50
15 75
20 100
72
180
300
600
900
1200
Lebar pita sub-pembawa
15 kHz
Lebar pita RB
180 kHz
Gambar 4 Ilustrasi link budget pada sel femto LTE (Myung, 2008)
Gambar 3 Skema Ukuran Sel [4]
2.2.1
Arsitektur Sel Femto Seperti telah disebut sebelumnya, sel femto menggunakan jaringan internet, misal ADSL, kabel, fiber, untuk berhubungan dengan jaringan inti selular. Gambar 2.5 memperlihatkan gambaran arsitektur jaringan sel femto yang menggunakan ISP (Internet Service Provider) untuk menghubungkan sel femto dengan jaringan inti. Antara jaringan internet dengan jaringan inti dihubungkan dengan femtocell gateway yang merupakan gerbang penghubung yang mengatur antarmuka dengan jaringan inti selular [4]. 2.3
Standard Teknologi LTE Teknologi jaringan LTE menggunakan OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) untuk akses DL. Kapasitas OFDMA tergantung dari lebar pita yang digunakan karena ukuran FFT (Fast Fourier Transform) pada OFDMA bervariasi dari 128 sampai 2048 dan mempunyai spasi antar sub-pembawa yang tetap adalah sebesar 15 kHz. Adapun konfigurasi
Perhitungan link budget memerlukan parameter-parameter seperti ilustrasi yang ditunjukkan gambar 4. Parameter-parameter seperti daya pancar, rugi-rugi kabel, dan peroleh antena dapat diperoleh dari Tabel 2 yang merupakan parameter umum untuk sel femto dan sel makro LTE yang dikeluarkan oleh 3GPP. Sedangkan rugi-rugi lintasan dapat diperoleh dengan perhitungan menggunakan model propagasi di luar ruangan dan di dalam ruangan yang dibahas pada subbab selanjutnya. Tabel 2 Parameter-parameter umum (3GPP Release 9) Parameter
Macrocell
Nilai
Satuan
Max Power Transmit
43
dBm
Transmit Cable /Feeder Loss
2
dB
Transmit Antenna Gain
15
dB
Femtocell
Max Power Transmit
20
dBm
User Equipment
Max Power Transmit
23
dBm
Selain parameter-parameter umum yang telah ditetapkan tersebut dalam perhitungan daya terima, perlu dipikirkan tentang kepekaan penerima. Kepekaan perangkat penerima menunjukkan kemampuan penerima untuk mendeteksi isyarat dengan keberadaan derau.
yang dibuat untuk memprediksikan rugi-rugi lintasan di berbagai macam lingkungan. Model-model tersebut dikembangkan agar menghasilkan perhitungan yang seakurat mungkin sesuai keadaan yang sesungguhnya. a.
2.4
Link Budget Perhitungan link budget pada komunikasi nirkabel merupakan perhitungan level daya yang dilakukan untuk memastikan bahwa level daya di penerimaan lebih besar atau sama dengan ambang level daya. Tujuannya untuk menjaga keseimbangan antara peroleh (gain) dan rugi-rugi (loss) guna mencapai Kualitas sinyal SINR(Signal to Interference Noise Ratio) yang diinginkan. Perhitungan link budget dilakukan untuk mengetahui cakupan wilayah suatu sel. Parameterparameter yang dibutuhkan dalam perhitungan link budget salah satunya adalah rugi-rugi lintasan (path loss) propagasi antara BS dan MS. Parameter lain yang diperlukan antara lain daya pancar, peroleh antena, rugirugi kabel, batas dan kepekaan penerima seperti terlihat pada Gambar 5.
Model Okumura-Hata Model Okumura-Hata merupakan model propagasi luar ruangan yang dapat digunakan untuk perhitungan atenuasi pada lingkungan makro sel di perkotaan. Model ini merupakan model empiris yang berarti diperoleh berdasarkan perhitungan di lapangan (Vivier, 2010). Batasan parameter dalam model ini ditunjukkan pada tabel 3. Rentang frekuensi yang digunakan merupakan rentang spektrum frekuensi yang saat ini digunakan secara luas di dunia untuk layanan selular. Model Okumura-Hata untuk prediksi rugi lintasan dapat dinyatakan sebagai : L = 46,3 + 33,9 log10 ( f ) − 13.82 log10 (Hb) − a(Hm) + [44.9 − 6.55 log10(Hb)] log10(d) + Lother
(1)
Dengan : f = frekuensi (MHz) Hb = tinggi antena BS (m) a(Hm) = faktor koreksi antena UE d = jarak antara BS dan MS (km) Lother = rugi-rugi sesuai tipe area, 3 dB untuk urban dan 0 dB untuk sub-urban. Faktor koreksi ketinggian antena UE direpresentasikan dengan persamaan-persamaan yang sesuai dengan jenis lingkungan kota.
Gambar 5 Parameter-parameter link budget (Penentuan Kapasitas Sel Jaringan, 1999)
Kondisi perambatan gelombang (propagasi) dari pengirim (Tx) ke penerima (Rx) yang paling sederhana adalah propagasi gelombang langsung pada ruang bebas. Kondisi perambatan gelombang langsung ini biasanya terjadi pada sistem komunikasi satelit. Pada kondisi khusus propagasi garis pandang (line-of sight, LOS) ini tidak terdapat penghalang ataupun gangguan dari pengaruh kontur bumi maupun dari penghalang pada kanal propagasi lainnya Link Budget sel femto LTE Perhitungan link budget pada sel femto sama dengan perhitungan link budget pada umumnya. Pada perhitungan link budget diperlukan diperlukan model propagasi untuk sel femto, besarnya daya, dan rugi-rugi pada FAP serta parameter-parameter standar sel femto dan teknologi LTE yang dikeluarkan oleh 3GPP.
a.
Untuk kota kecil atau sedang (sub-urban) :
a(Hm) = [1.1 log10( f ) − 0.7] Hm – [1.56 log10( f ) − 0.8]
(2)
Tabel 3 Parameter model Okumura-Hata (3GPP Release 9) tipe tinggi BS tinggi MS A
parameter 1 sub-urban 45 m 1.5 m 69.55
B
26.16
2.5
2.5.1 Model Propagasi Radio Untuk mengestimasi propagasi gelombang radio, digunakan model-model propagasi gelombang radio
b.
Model ITU-R P.1238-6 [ITU1238] Rekomendasi ITU-R P.1238-6 memberikan model propagasi gelombang antara dua terminal yang berada dalam satu gedung (indoor). Model ini dapat diaplikasikan untuk perambatan gelombang antara FAP dan MS pada teknologi sel femto.
oleh peroleh antena (Ga), rugi-rugi kabel (Lj), serta peroleh peragaman antena pengirim (Cy), maka daya EIRP tersebut adalah
Tabel 4 Parameter ITU-R P.1238-6 Parameter n Lf
Komersial 2.2 6+3(n – 1)
Residensial 2.8 4n
Perkantoran 3.0 15+4(n – 1)
EIRP(dBm) = Ga(dBi) + PT,RB(dB) + Cy(dB) – Lj(dB) (8)
Rugi lintasan rata-rata dinyatakan oleh : L = 20log10 f + 10n log10 r + Lf(nf)–28
(4)
f = frekuensi pembawa (MHz) n = eksponen rugi lintasan r = jarak antara kedua terminal (m) Lf = rugi penetrasi lantai, yang bergantung pada nf nf = jumlah lantai
Peroleh (Gain) Sistem [6] Pengukuran perolehan sistem ini menggambarkan performansi pengirim dan penerima, yang termasuk di dalamnya aspek kepekaan penerima, peroleh antena penerima, dan peroleh peragaman. Derau yang terdapat ketika sistem beroperasi berpengaruh pada level daya penerima atau kepekaan penerima. Nilai kepekaan suatu perangkat penerima umumnya telah ditetapkan oleh vendor pembuat perangkat. Tetapi dapat juga dihitung berdasarkan akumulasi dari angka derau (Nf), derau suhu (Nt), dan nilai kualitas isyarat minimum (SINR). Jika diasumsikan bahwa ketika sistem dioperasikan terdapat peroleh dari antena penerima (Gr) dan peragaman antena penerima (Rx), maka diakumulasi dengan peroleh sistem pengirim sebagai perolehan (2.5) sistem yang dipengaruhi pula oleh kepekaan perangkat penerima (SRx), maka perolehan sistem ini adalah 2.5.4
2.5.2
Daya tiap Sub-pembawa (sub carrier) Perhitungan daya pancar suatu antena pengirim menunjukkan alokasi daya pada setiap RB yang dialokasikan kepada pengguna secara acak oleh fungsi penjadwalan. Semua RB yang dialokasikan menggunakan bersama total daya output perangkat pengguna. Jika diasumsikan semua RB (nRB) dialokasikan jumlah daya pancar eNodeB (PT) ataupun daya pancar UE (PR) yang sama, maka daya untuk setiap RB dijelaskan dalam hubungan (5)
dengan PT adalah daya pancar BS, dan nRB adalah jumlah RB yang dialokasikan untuk pelanggan. Daya pancar tiap RB ini dinyatakan dalam satuan dBm. Untuk memperoleh daya pancar untuk tiap sub-pembawa, daya tiap RB dibagi dengan jumlah frekuensi pembawa pada satu RB, yaitu sejumlah 12 frekuensi sub-pembawa untuk teknologi LTE. Daya tiap sub-pembawa adalah (6)
Daya pancar eNodeB (PT) ini nilainya tergantung pada tipe BTS dan penyedia layanan. Nilai yang digunakan penulis mengacu pada nilai standar yang dikeluarkan oleh 3GPP untuk daya pancar BS yakni 43 dBm, sedangkan daya pancar MS adalah 23 dBm. EIRP (Equivalent isotropic radiated power) [19] Pada komunikasi radio, EIRP adalah jumlah daya yang secara teoretis bersifat isotropik antena (yang mendistribusikan daya secara merata ke segala arah) dari pengirim dengan mempertimbangkan rugi-rugi di pengirim serta peroleh antena pengirim. EIRP dinyatakan dalam satuan desibel. Jika diasumsikan jumlah daya yang dipancarkan oleh sistem dipengaruhi 2.5.3
Peroleh antena diberlakukan baik pada antena BS maupun pada antena MS, karena kedua perangkat memerlukan peroleh masing-masing agar dapat memancarkan isyarat. Biasanya, nilai peroleh antena BS berkisar antara 15-20 dBi. Nilai yang digunakan penulis mengacu pada nilai standar yang digunakan oleh 3GPP, yakni 15 dBi.
Gsystem (dB) = EIRP(dBm) – SRx + Rx(dB) +Gr(dBi)
(9)
2.5.5 Rugi-Rugi a. Rugi-Rugi Penetrasi Bangunan Pada propagasi gelombang dari luar ruangan ke dalam ruangan terdapat rugi-rugi penetrasi (2.6) yang mengakibatkan penurunan daya terima yang dipancarkan akibat adanya penghalang. Rugi-rugi penetrasi memiliki (2.7) nilai yang berbeda-beda tergantung jenis bahan penghalangnya. Tabel 5 menunjukkan nilai pendekatan dari rugi-rugi penetrasi yang diakibatkan oleh penghalang pada dinding yang terbuat dari berbagai jenis material. Tabel 5 Nilai rugi-rugi berbagai jenis penghalang pada dinding (3GPP Release 9) Penghalang
Rugi-rugi (dB)
Dinding beton
15
Dinding beton + jendela
10
Kayu
7
Dinding bata
12
Dinding bata + jendela
8
b.
Rugi-Rugi Badan Rugi-rugi ini berada di sisi pengguna, rugi-rugi badan timbul karena kontak badan pengguna dengan perangkat yang digunakan. Besar rugi-rugi badan ini berkisar antara 2-6 dB. (3GPP Release 9) 2.6
Derau (Noise) Kanal Nirkabel Derau merupakan pengganggu sinyal aditif yang menyulitkan penerima untuk mendapatkan informasi asli yang dikirim, jika spektrumnya berada dalam spektrum sinyal yang digunakan. Model derau yang paling banyak digunakan adalah derau putih (white noise), yaitu derau yang spektrumnya selebar spektrum sinyal berinformasi B, dengan kepadatan daya spektral No yang konstan. No dapat ditentukan nilainya dengan No = k.T
(10)
dengan k adalah konstanta Boltzman yang bernilai 1,380662 x 10-23 m2 kg s-2 K-1, dan T adalah suhu derau penerima (biasanya diasumsikan sebesar 290o K), sehingga besarnya daya derau dijelaskan dalam hubungan
Dari tujuh skenario yang ada, hanya lima skenario yang diprioritaskan karena kelima skenario tersebut yang paling sering terjadi. Skenario interferens untuk uplink ditunjukkan oleh skenario nomor 1,3, dan 5, sedangkan skenario interferens untuk downlink ditunjukkan oleh skenario nomor 2 dan 6. Skenario nomor 1 dan 2 memperlihatkan sel makro yang terkena interferens dari sel femto, sedangkan skenario nomor 3,5, dan 6 sebaliknya. 2.8
SINR (Signal to Interference Noise Ratio) Dari penjabaran dasar mengenai derau dan interferens yang dapat mempengaruhi kualitas sinyal terima, yang juga dipengaruhi oleh rugi-rugi lintasan, maka kualitas sistem secara keseluruhan dapat diketahui. Dengan mengkombinasikan seluruh parameter yang ada, maka dapat ditemukan suatu (2.9)hubungan antara kualitas isyarat dan aspek yang mempengaruhinya dalam variabel SINR. SINR merupakan nisbah antara nilai daya sinyal dengan akumulasi derau dan interferens yang diterima oleh sistem. Persamaan dasar untuk SINR adalah (12)
N= k.T.B
(11)
dengan B adalah lebar pita derau (Hz). Interferensi [18] Interferens yang timbul pada penggunaan sel femto pada lingkungan sel makro ada 2 macam yaitu interferens antara makro-femto (cross layer interference) dan interferens femto-femto (co-layer interference). Kedua interferens tersebut akan mengganggu isyarat apabila frekuensi sub pembawa yang digunakan sama antara satu dan yang lainnya. Tabel 6 menunjukkan beberapa skenario yang mungkin terjadi dalam jaringan sel makro yang di dalamnya terdapat jaringan sel femto. 2.7
Tabel 6 Skenario terjadinya interferens (3GPP Release 9) No. 1
Penginterferens UE yang terhubung ke FAP
Yang Terinterferens
Arah
BS sel makro
Uplink
Prioritas Ya, Sering terjadi interferens Ya, Sering terjadi interferens
2
FAP
UE yang terhubung ke sel makro
Downlink
3
UE yang terhubung ke sel makro
FAP
Uplink
Ya, Sering terjadi interferens
4
BS sel makro
UE yang terhubung ke FAP
Downlink
Ya, Sering terjadi interferens
5
UE yang terhubung FAP
UE yang terhubung FAP lain
Uplink
Ya, Sering terjadi interferens
6
FAP
FAP lain
Downlink
Tidak, Jarang terjadi interferens
7
UE yang terhubung FAP atau sel makro
Sistem Lain
-
Tidak, Jarang terjadi interferens
(2.10) dengan S merupakan daya dari isyarat, I merupakan daya penginterferens yang mengganggu isyarat tersebut, dan N merupakan daya derau. Persamaan (12) dapat diubah menjadi (Kim, 2008)
(13)
dengan PTx = daya pancar pengirim PTx(j) = daya pancar penginterferens GTx = peroleh antena pengirim GTx(j)= peroleh antena penginterferens GRx = peroleh antena penerima L(j)= rugi propagasi penginterferens L = rugi-rugi lintasan PN = daya derau (thermal noise) J = cacah penginterferens
2.9
Diameter Area Cakupan Sel Dalam perhitungan jarak antar FAP digunakan rumus rumus diameter lingkaran yang mengasumsikan bentuk ideal dari area cakupan sel yang kemudian digunakan untuk menentukan nilai propagasi FAP dengan persamaan (2.4) dan daya terima FAP dengan persamaan (2.8) dan (2.9). Rumus untuk diameter area cakupan sel ditunjukkan oleh persamaan (2.14) berikut [17] : 7 (2.14) D 2 L 22
D L
= diameter area cakupan sel (meter) = luas area cakupan sel (km2)
3. 3.1
Perancangan Perangkat Lunak Perangkat Pendukung Di dalam perancangan simulasi perhitungan link budget ini, digunakan beberapa peralatan pendukung, baik berupa perangakat keras maupun perangkat lunak. Perangkat-perangkat yang digunakan antara lain: 1) Laptop (notebook) pribadi dengan spesifikasi sebagai berikut. a) CPU intel Core i3-350M, 2,4 GHz b) RAM 2 GB c) Sistem Operasi Microsoft Windows 7 Ultimate Perangkat lunak LabVIEW versi 2009 adalah sebuah perangkat lunak pemrograman yang diproduksi oleh National Instrument..
3.3
Perhitungan Rugi propagasi Perhitungan rugi propagasi dibagi menjadi 2 bagian, sel makro dan sel femto, karena keduanya memiliki parameter yang berbeda. Namun secara umum proses perhitungan keduanya sama, adalah menghitung rugi propagasi pada UE yang berada di luar ruangan dan UE yang berada di dalam ruangan. Agar terlihat perbedaan rugi propagasi antara UE indoor dan outdoor maka dibuat grafik yang memvisualisasikan perbedaan keduanya. Diagram alir perhitungan rugi propagasi ditunjukkan pada Gambar 8 Pada panel rugi propagasi, antar muka dibagi menjadi 2 bagian, adalah untuk perhitungan rugi propagasi sel makro dan sel femto. Pengguna dapat mengubah konfigurasi dan parameter yang ada, dan juga dapat mengamati grafik yang dihasilkan dari hasil perhitungan. .
Gambar 6 Perangkat Lunak LabVIEW 2009 (LabVIEW 2009)
3.2
Diagram Alir Perangkat Pada bagian ini dijelaskan diagram alir dari perangkat lunak yang dirancang sehingga memudahkan untuk memahami proses dan tahapan-tahapan dalam perhitungan-perhitungan yang dilakukan. Gambar 7 menunjukkan diagram alir untuk perhitungan pada perangkat lunak yang dirancang secara keseluruhan mulai
Perhitungan rugi propagasi (path loss)
Perhitungan link budget
Perhitungan daya terima (Received Power)
Perhitungan kualitas sinyal (SINR)
selesai
Gambar 7 Diagram alir perhitungan pada perangkat lunak yang dirancang
Gambar 8 Diagram alir perhitungan rugi propagasi Halaman muka sel makro parameter utama di bagian atas adalah pita frekuensi, tipe sel makro dan lingkungan sel femto dapat diubah-ubah. Parameter sel makro pada panel sel makro seperti tinggi BS, tinggi MS, jarak, dan jenis penghalang ditunjukkan gambar 9 dan blok diagram ditunjukkan pada gambar 10
Gambar di atas menunjukkan bahwa jika terdapat UE yang terhubung dengan BS di area sel makro maka terjadi interferensi antara FAP terhadap sel makro yang terhubung BS makro. Interferensi yang terjadi dapat melemahkan daya terima BS sel makro terhadap UE makro.
Gambar 9 Antar muka pengguna untuk halaman rugi propagasi sel makro dan femto.
Gambar 12 Gambar interferensi FAP sel makro
Gambar 10
Blok diagram rugi propagasi sel makro
Untuk menjelaskan proses perhitungan dalam pengujian ini, digunakan diagram alir perhitungan link budget. Diagram alir ini mewakili proses perhitungan untuk downlink sel makro dan sel femto karena proses perhitungan dalam perhitungan link budget ini secara garis besar sama. Diagram ini berperan dalam menghitung besar EIRP yang digunakan untuk menghitung daya yang diterima dan interferensi dari terminal lain, dan juga derau yang digunakan untuk parameter SINR. Diagram alir perangkat lunak link budget ditunjukkan pada Gambar 3.13
3.4 Perhitungan Link Budget Perhitungan link budget berdasarkan persamaan perhitungan (2.12). Perhitungan link budget ini mewakili proses perhitungan untuk downlink sel makro dan downlink sel femto karena proses perhitunga keempat bagian dalam perhitungan link budget ini secara garis besar sama. Terdapat beberapa skenario terjadinya interferensi berdasarkan Tabel 2.6 yang digunakan dalam pengujian ini. Adapun ilustrasi dari proses terjadinya interferensi ditunjukkan pada Gambar 11 dan 12
Gambar 11 Gambar interferensi FAP sel makro
Gambar 13 Diagram alir perhitungan link budget
Pada perhitungan link budget, antar muka pengguna untuk bagian downlink sel makro ditunjukkan pada Gambar 14 dan blok diagram ditunjukkan pada gambar 15 Di bagian kiri panel terdapat konfigurasi untuk pengirim, di bagian tengah adalah konfigurasi untuk penerima, sedangkan di bagian paling kanan terdapat perhitungan hasil untuk daya yang diterima
untuk dalam ruangan dan luar ruangan yang ditunjukkan pada pada Gambar 16 dan 17.
Gambar 16 Hubungan rugi propagasi terhadap jarak untuk sel makro
Gambar 14 Antar muka pengguna untuk halaman link budget saat downlink
Gambar 17 Hubungan rugi propagasi terhadap jarak untuk femto 4.2 Perbandingan Rugi Propagasi Sel Makro dan Sel Femto Pada perhitungan rugi propagasi untuk sel femto dan sel makro dengan perbandingan jarak yang sama antara FAP atau BS dengan UE berkisar 1 sampai 50 meter, bertujuan untuk membandingkan rugi propagasi yang terjadi antara sel femto dan sel makro di dalam maupun di luar ruangan. Hasil perhitungan ditunjukkan pada Gambar 18
Gambar 15 Blok diagram untuk link budget saat downlink
4. 4.1
Hasil Dan Pembahasan Perhitungan Rugi Propagasi Perhitungan rugi propagasi pada sel makro dilakukan dengan jarak antara BS dan UE adalah 100 meter hingga 1 km, pita frekuensi pada 2300 MHz dan tipe sel makro adalah urban. Model propagasi yang digunakan adalah model propagasi Okumura-Hata seperti yang sudah dijelaskan di sub bab 2.5.1 dengan konfigurasi tinggi BS 30 meter dan tinggi UE 1,5 meter. Jenis penghalang yang membedakan UE di dalam ruangan dan di luar ruangan adalah berupa dinding bata berjendela dan sebuah pintu kayu yang memberikan total rugi penetrasi sebesar 15 dB. Berdasarkan persamaan (2.1) dan (2.3) diperoleh hasil perhitungan rugi propagasi sel makro
Gambar 18 Hubungan rugi propagasi terhadap jarak untuk femto Dari hasil perhitungan pada Tabel 4.3 dan Gambar 4.3, terlihat bahwa untuk UE di dalam ruangan, nilai rugi propagasi sel femto lebih besar dibandingkan dengan sel makro. Namun saat jarak diatas 14 meter, nilai rugi propagasi sel femto cenderung lebih kecil
dibandingkan dengan sel makro. Hal ini karena jarak diatas 14 meter melebihi area cakupan sel femto yang berkisar ±10 meter dan sudah memasuki area cakupan sel makro sehingga selisih kenaikan nilai rugi propagasi sel femto semakin kecil sedangkan selisih kenaikan nilai rugi propagasi sel makro selalu stabil pada area cakupannya yang berkisar ±1km. Untuk UE di luar ruangan, nilai rugi propagasi sel femto jauh lebih besar dibandingkan dengan sel makro. Ini menunjukkan bahwa sel makro memiliki rugi propagasi yang lebih bagus dibandingkan dengan sel femto jika UE berada di luar ruangan.
Dari hasil perhitungan yang ditunjukkan pada Tabel 4.5 dan Gambar 4.5, terlihat bahwa semakin besar jarak FAP terhadap UE maka semakin kecil pula nilai daya terima yang dihasilkan. Ini menunjukkan bahwa jarak berbanding terbalik terhadap daya terima. Pada perhitungan daya terima untuk sel femto dan sel makro dengan perbandingan jarak yang sama antara FAP atau BS dengan UE berkisar 1 sampai 50 meter, bertujuan untuk membandingkan daya terima yang terjadi antara sel femto dan sel makro di dalam maupun di luar ruangan. Hasil perhitungan ditunjukkan padaGambar21.
4.2
Perhitungan Link Budget Pengujian ini bertujuan untuk membandingkan daya diterima oleh pengguna, terutama pengguna yang berada di dalam ruangan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh digunakannya sel femto dalam meningkatkan jangkauan di dalam ruangan.
Gambar 21 Daya diterima oleh UE dari FAP/BS untuk sel femto dan makro
Gambar 19 Daya diterima oleh UE dari BS sel makro downlink Dari hasil perhitungan yang ditunjukkan pada Tabel 4.4 dan Gambar 4.4, terlihat bahwa semakin besar jarak BS terhadap UE maka semakin kecil nilai daya terima yang dihasilkan. Ini menunjukkan bahwa jarak berbanding terbalik terhadap daya terima.
Gambar 20 Daya diterima oleh UE dari FAP sel femto downlink
Dari hasil perhitungan pada Tabel 4.6 terlihat bahwa untuk UE di dalam ruangan, nilai daya terima sel makro jauh lebih besar dibandingkan dengan sel femto. Demikian juga untuk UE di luar ruangan, nilai daya terima sel makro jauh lebih besar dibandingkan dengan sel femto. Hal ini karena daya pancar BS pada area sel makro lebih besar daripada daya pancar FAP pada sel femto sesuai dengan parameter-parameter yang telah ditentukan pada Tabel 2.2 sehingga daya yang diterima UE baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan lebih besar pada area sel makro dibandingkan dengan area sel femto dalam rentang jarak yang sama 5. Penutup Berdasarkan penelitian mengenai perhitungan link budget pada femtocell menggunakan program perangkat lunak LabView 2009 diperoleh beberapa kesimpulan adalah : Nilai rugi propagasi minimum sel makro untuk UE yag berada di luar ruangan adalah 97,021 dB pada jarak 50m dan terus bertambah hingga 142,849 dB pada jarak 1km. Nilai daya terima yang timbul pada sel makro jauh lebih besar dibandingkan dengan sel femto baik di dalam ruangan maupun di luar ruangan dengan membandingkan jarak yang sama antara 1 sampai 50 meter. Berdasarkan hasil pengamatan terhadap pengujian terhadap program link budget diharapkan dilakukan
penelitian selanjutnya yaitu dengan menghitung kalkulasi kapasitas kanal dan kapasitas jaringan dan untuk perencanaan kedepannya untuk penggunaan sel femto dalam suatu gedung, misal kampus, sekolah atau perkantoran.
DAFTAR PUSTAKA 1.
2.
3.
4. 5.
6. 7.
8.
9.
10.
11. 12.
13.
14.
[1] Tanantaputra, J., 2010, Perhitungan Anggaran Daya Pada Sel Femto, Skripsi S1, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi FT UGM.Tidak dipublikasikan. Hesti, S., 2011, Analisa Tekno-Ekonomi Perencanaan Teknologi Long Term Evolution (LTE) di Kota Tasikmalaya , Skripsi S1, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi FT UNSOED. ITTellkom,Teknik Transmisi Nirkabel , Konsep Dasar Seluler, Bandung 2012, Intitut Teknologi Telkom. FemtoForum, Interference Management in UMTS Femtocells, 2008, FemtoForum. Zhang, L., Network Capacity, Coverage Estimation and Frequency Planning of 3GPP Long Term Evolution, Institut Teknologi Linköpings, Master Thesis, 2010. Boccuzzi, J., 2010, Femtocell - Design and Application, McGraw Hill, New York. Yu, S., 2007, Femtocell/MacrocellInterference Analysis For Mobile Wimax System, Thesis, New Media and Communications Seoul National University. Herlinawati, 2008, Penentuan Cakupan dan Kapasitas Sel Jaringan Universal Mobile Telecomunication System (UMTS), Skripsi S1, Jurusan Teknik Elektro FT UNILA. Ranvier, S,. Path Loss Models, Physical Layer in Wireless Communication Systems S-72.333, 2004, Helsinki University of Tecnology. Vivier, G., Femtocell-based Network Enhancement by Interference Management and Coordination of Information for Seamless Connectivity, ICT-248891 STP FREEDOM,. 2010, Seventh Framework Programme. Zyren, J., Overview of the 3GPP Lng Term Evolution Physical Layer, 2008, Freescale. Surjati, I,. 2008, Analisi Perhitungan Link Budget Indoor Enetrasion WCDMA, Skripsi S1, Jurusan Teknik Elektro FT Trisakti. Mishra, A., 2007, Advanced Cellular Network Planning and Optimisation 2G2.5G3G Evolution to 4G, John Wiley and Son Ltd., London. 3GPP, 2009, Home NodeB (HNB) Study Item Technical Report (Release 9), 3GPP Technical Report 25.886 v.9.0.0.
15. Rosu, I., Understanding Noise Figure, YO3DAC/VA3IUL, 2003, Barclay, http: //www.qsl.net/va3iul. 16. 3GPP, 2009, Home Node B Radio Frequency (RF) Requirements, 3GPP Technical Report 25.967 v8.0.1. 17. Abdul, S., Dimensioning of LTE Network Description of Models and Tool, Coverage and Capacity Estimation of 3GPP LTE Radio Interface, 2009, Master Thesis, Tenillinen Korkeankoulu Tekniska Hogskolan Helsinki University Of Tecnology. 18. Durfee, W., 2009, Labview Quick Start,Thesis, University of Minnesota. 19. Rahardjo, T., Draf Kebijakan Penataan Spektrum Frekuensi Radio Layanan Akses Pita Lebar Berbasis Nirkabel (Broadband Wireless Access/BWA), Jakarta 2008, DEPKOMINFO. 20. Horn, G., 3GPP Femtocell Architecture and Protocols, 2010, Qualcom.
BIODATA PENULIS Budi Utomo (21060110151019). Lahir di Sukoharjo, 26 Juli 1989. Telah menempuh pendidikan di PSD III Universitas Diponegoro dan saat ini sedang menempuh pendidikan Strata 1 Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro konsentrasi Telekomunikasi angkatan 2010.
Menyetujui dan Mengesahkan, Pembimbing I,
Imam Santoso, ST.,MT. NIP. 197012031997021001 Tanggal…………................. Pembimbing II,
Ajub Ajulian Zahra’, ST.,MT. NIP. 197107191998022001 Tanggal………….................
