Analisa Kinerja Multiple Input Multiple Output Jaringan Sensor Nirkabel dengan Demodulasi Terdistribusi

Transkripsi

1 64 JNEI, Vol. 3, No. 4, November04 Analia Kinera Multiple Input Multiple Output Jaringan Senor Nirkabel dengan Demodulai erditribui Ari Endang Jayati, Sri eranurweni, M. Sipan 3 Abtract Wirele Senor Network ha ome weaknee, uch a limited power, memory and communication. Senor i upplied with a very limited power batery. Beide, Wirele Senor Network hould alo conider the available bandwidth, range enor and enor communication range. he main obective of thi tudy i to analyze the performance of linear demodulation named Zero Forcing (ZF) and Minimum Mean Squared Error () in wirele enor network uing Multiple Input and Multiple Output () ytem with Signal to Noie Ratio (SNR) and (BER) a the parameter to meaure the performance of endurance to noie. he application of ZF and linear demodulation with configuration to Wirele Senor Network i contantly good, the performance of ZF to reach BER needed SNR db, while the performance of to reach BER needed SNR 8 db. Intiari Jaringan enor nirkabel memiliki beberapa kelemahan antara lain keterbataan daya, memori dan komunikai. Senor dicatu oleh baterai yang mempunyai daya yang angat terbata. Selain itu aringan enor nirkabel uga haru memperhatikan keterediaan bandwidth, range enor dan range komunikai enor. uuan utama pada penelitian ini adalah menganalia kinera demodulai linier yaitu Zero Forcing (ZF) dan Minimum Mean Squared Error () pada aringan enor nirkabel menggunakan item Multiple Input dan Multiple Output () dengan parameter yang digunakan untuk mengukur kinera akan ketahanan terhadap noie adalah Signal to Noie Ratio (SNR) dan (BER). Penerapan demodulai linier ZF dan dengan konfigurai yang diterapkan pada Jaringan Senor Nirkabel ternyata tetap bagu, kinera ZF untuk mencapai nilai BER dibutuhkan SNR db, edangkan kinera untuk mencapai nilai BER dibutuhkan SNR 8 db. Kata Kunci Jaringan Senor Nirkabel,, Zero Forcing, Minimum Mean Squared Error. I. PENDAULUAN Penelitian di bidang aringan enor nirkabel mengalami kemauan yang angat peat beberapa tahun ini. Jaringan enor nirkabel memiliki beberapa kelemahan antara lain keterbataan daya, memori dan komunikai. Senor dicatu oleh baterai yang mempunyai dengan daya yang terbata. Selain itu aringan enor nirkabel uga haru memperhatikan,, 3 Doen, Program Studi eknik Elektro Fakulta eknik Univerita Semarang, Jl. Soekarno atta Semarang 5096 Indoneia (tlp: ; fax: ; ariendang@um.ac.id,heranur@um.ac.id,ziphan@gmail.com) keterediaan bandwidth, range enor dan range komunikai enor []. Jayaweera pada tahun 005 telah melakukan penelitian untuk mengatai keterbataan daya dengan menguulkan aritektur virtual Multiple Input Multiple Output () yang berifat kooperatif dan terditribui pada aringan enor nirkabel. Jayaweera pada tahun 005 telah melakukan penelitian untuk mengatai keterbataan daya dengan menguulkan aritektur virtual Multiple Input Multiple Output () yang berifat kooperatif dan terditribui pada aringan enor nirkabel []. Pada tahun 007 uan-duc Nguyen uga meneliti tentang uulan kema dengan item kooperatif menggunakan lintaan multihop yang hemat energi. eknik decoding yang digunakan adalah Space-ime Block Code (SBC) melalui kanal Rayleigh. Yi Jiang pada tahun 0 telah melakukan penelitian yang menggabungkan beberapa metode untuk penghematan energi dari egi informai maupun dari egi pengolahan inyal yaitu dengan cara menganalia kinera ekualizer ZF dan pada item. ail penelitian menunukkan terdapat gap SNR antara ZF dan untuk daerah ui SNR tinggi []. Penelitian untuk mengatai keterbataan umberdaya pada aringan enor nirkabel item terditribui uga telah dilakukan penuli eak tahun 0 yaitu demodulai berdaarkan konenu MoM yang terditribui. Kemudian dilanutkan pada tahun 03 penelitian tentang demodulai linier dengan algoritma Average-Network Delay (A- ND) untuk kegagalan link acak. Penelitian tentang Alamouti Space ime Block Coding pada Sitem Wirele uga dilakukan penuli pada tahun 03. uuan utama pada penelitian ini adalah menganalia kinera demodulai item terditribui yaitu ZF pada aringan enor nirkabel menggunakan item untuk mengatai keterbataan daya. II. MODEL SISEM Model item penelitian ini eperti pada Gbr.. Dimana beberapa enor diebar pada uatu daerah tertentu ecara acak. opologi yang digunakan adalah topologi aringan erial. opologi ini tidak membedakan enor berdaarkan tingkatannya melainkan menganggap emua enor mempunyai kedudukan dan fungi yang ama didalam uatu aringan. Pada topologi erial tiap enor berderaat ama makudnya memungkinkan maing-maing enor berkomunikai antara atu ama lain baik ebagai kontroler ataupun hanya ebagai enor. ISSN Ari Endang Jayati: Analia Kinera Multiple Input

2 JNEI, Vol. 3, No. 4, November04 65 melalui aluran yang berifat ideal dan time-invariant. Noie kanal adalah additive white noie Gauian dan tidak berkorelai antar kanal[3]. Gbr. Model Sitem Sumber beraal dari Acce Point (AP) dengan antena yang akan memetakan matrik ruang-waktu S ukuran MxN menadi alfabet terbata dengan N adalah umlah lot waktu. AP mentranmiikan S ke aringan enor nirkabel dengan umlah enor J yang mempunyai antena penerima. Sumber akan mendeteki enor yang diebar. Senor yang berada pada range umber diebut enor aktif [3]. J C. Sumber Sumber data adalah multi antena AP dengan umlah antenna yang mengirimkan informai yang dimodulai BPSK dan buah antena penerima pada enor dengan konfigurai []. D. Demodulator Linier Algoritma demodulator linier yang digunakan adalah ZF Peramaan demodulator Centralized ZF dapat ditulikan dalam bentuk tertutup [3] : J ˆ ZF = arg min y = ( ) y () = Sedangkan demodulator dengan peramaan ˆ = E{ y } E { yy } y yang dapat ditulikan dalam bentuk tertutup (Zhu, 00) : ˆ = σ ( σ + I NJ ) = ( + σ I ) y (3) NM Dimana σ : = E{ l }, l =,..., NM merupakan rata-rata energi imbol. y Gbr.. Konfigurai [3] Jumlah antena umber buah dan antena enor buah ehingga konfigurai eperti Gbr.. Informai yang diterima oleh enor kemudian akan diekualiai dengan ekualier Zero Forcing untuk menghilangkan Inter Symbol Interference. Range komunikai untuk maing-maing enor dapat ditentukan dari arak Euclidean. A. Senor Pada penelitian ini model penyebaran enor adalah ditribui uniform. Sedangkan model pendetekian enor adalah model deteki biner []. B. Kanal Data dari antena Acce Point (AP) dikirimkan ke enor melalui kanal fading. Blok yang diterima y ukuran N x pada enor ke- diberikan hubungan input output bb : y = S h + ε () Dengan : y = inyal yang diterima enor ke- S = matrik ruang waktu h = matrik kanal AP ke enor ε = noie AWGN opologi yang digunakan adalah topologi paralel. Komunikai antara enor yang berdekatan dalam hop tunggal E. Multiple Input Multiple Output Multiple Input Multiple Output () adalah uatu teknologi yang muncul menggunakan prinip diverity dengan tuuan meningkatkan data rate dalam range yang lebih bear tanpa membutuhkan bandwidth atau daya tranmii yang bear []. Pada ii penerima rumu untuk etimai dari imbol yang ditranmiikan adalah: x x = ( ) III. MEODOLOGI y y y y * * Langkah-langkah dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gbr. 3. Pada penelitian ini dilakukan imulai menggunakan demodulator linier ZF dan pada aringan enor nirkabel dengan konfigurai antena x. Lua area yang digunakan adalah 50m x 50m dengan node ebanyak buah yang diebar menggunakan ditribui uniform. Parameter lain yang digunakan adalah range komunikai node enor ebear r = 0,5 dan kedua node dihubungkan dengan arak Euclidean kurang dari r[]. Simbol beraal dari inyal yang dimodulai BPSK dan dipetakan langung ke matrik S dimana AP memiliki antena M=. (4) Ari Endang Jayati: Analia Kinera Multiple Input ISSN

3 66 JNEI, Vol. 3, No. 4, November04 ZERO FORCING without enor Pemodelan Sitem - Model Sumber - Model Penentuan Parameter - Jeni Modulai - Lua Area 0-5 Menimulaikan ZF dengan Mengukur Kinera BER terhadap Menimulaikan Gbr. 4. ZF dengan konfigurai tanpa Senor (Jayati, 04) ail imulai menunukkan kinera Zero Forcing dengan konfigurai yang belum terhubung dengan aringan enor nirkabel angat bagu, untuk mencapai nilai BER 0-3 dibutuhkan SNR 4 db. BER for BPSK modulation with x and equalizer (Rayleigh channel) Perbandingan Kinera 0 - theory (nx=,nrx=, ZF) theory (nx=,nrx=, MRC) im (nx=, nrx=, ) Melakukan Validai dengan Gbr. 3. Langkah-langkah Penelitian IV. ANALISA DAN PEMBAASAN 0 - A. ZF dan anpa Senor Pada bagian ini diimulaikan mengenai kinera demodulator linier ZF dan ebelum terhubung ke aringan enor. Simbol beraal dari kontelai BPSK dengan imbol terdiri dari bit dan dipetakan langung ke matrik S dimana AP memiliki antena M=. Kemudian dikirimkan ke enor dengan antena penerima melalui kanal Rayleigh. Pada ii penerima inyal yang diterima tiap enor akan diekualiai dengan ZF atau untuk mengkompenai kanal. Kemudian hailnya akan dikirim ke fuion center untuk pengambilan keputuan. Dari hail imulai untuk konfigurai dapat dilihat pada Gbr Average Eb/No,dB Gbr. 5. tanpa Senor Kinera dengan konfigurai yang belum terhubung ke aringan enor nirkabel angat bagu karena untuk mencapai nilai BER 0-3 dibutuhkan SNR 0 db. B. ZF dan Dengan Senor Untuk imulai berikutnya adalah menerapkan ZF dan dengan konfigurai pada aringan enor nirkabel. ailnya eperti Gbr. 6. ISSN Ari Endang Jayati: Analia Kinera Multiple Input

4 JNEI, Vol. 3, No. 4, November04 67 ZF v tanpa konenu ZERO FORCING v tanpa konenu 0 - ZF Gbr. 6. Perbandingan ZF dan dengan Konfigurai Perbandingan ZF dan dengan Konfigurai etelah terhubung dengan aringan enor nirkabel menunukkan kinera lebih bagu dibandingkan ZF, hal ini dikarenakan ekualizer uga menkompenai noie edangkan ZF tidak. Untuk SNR rendah angat bagu tetapi untuk SNR tinggi kinera agak berfluktuai, hal ini dikarenakan untuk SNR tinggi, noie yang dikompenai uga tinggi. C. Validai dengan Simulai perbandingan antara ZF dengan ebelum diterapkan pada aringan enor nirkabel terlihat eperti Gbr ZERO FORCING v without enor 0-5 Gbr. 8. Perbandingan Zero Forcing dan dengan Senor [] Grafik menunukkan bahwa kinera ZF yang diterapkan pada Jaringan Senor Nirkabel ternyata tetap bagu, karena untuk mencapai nilai BER dibutuhkan SNR db. Kinera lebih tabil karena umlah antena tiap enor cuma atu dan proe perhitungannya lebih ederhana. Sedangkan kinera ZF menunukkan fluktuai nilai BER, hal ini dikarenakan pentranmiian inyal yang melalui kanal Fading dan umlah enor dan umlah antena lebih dari atu ehingga lebih komplek. Simulai perbandingan antara dengan ebelum diterapkan pada aringan enor nirkabel terlihat eperti Gbr v tanpa enor Gbr. 7. Perbandingan Zero Forcing dan anpa Senor [] ail imulai menunukkan bahwa kinera ZF untuk dan ama. al ini karena matrik diagonal tidak nol maka ZF akan membuat interfereni menadi nol ehingga ada penguatan pada noie. ail imulai perbandingan antara ZF yang diterapkan pada aringan enor nirkabel dengan ZF terlihat eperti Gbr Gbr. 9. Perbandingan dan anpa Senor ail imulai menunukkan bahwa kinera untuk lebih bagu dibandingkan dengan, hal ini dikarenakan manfaat adalah untuk mengurangi efek multipath fading pada komunikai nirkabel. ail imulai perbandingan antara yang diterapkan pada aringan enor nirkabel dengan terlihat eperti Gbr. 0. Ari Endang Jayati: Analia Kinera Multiple Input ISSN

5 68 JNEI, Vol. 3, No. 4, November v tanpa konenu hal ini dikarenakan ekualizer uga menkompenai noie edangkan ZF tidak. Kinera ZF dan dibandingkan dengan pada Jaringan Senor Nirkabel menunukkan fluktuai nilai BER, hal ini diebabkan pentranmiian inyal yang melalui kanal Rayleigh dengan umlah enor dan antena lebih dari atu ehingga konfigurai lebih komplek. UCAPAN ERIMA KASI erima kaih diampaikan kepada Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indoneia melalui Diren DIKI yang telah membiayai Penelitian Doen Pemula ini. 0-5 Gbr. 0. Perbandingan dan dengan Senor Grafik menunukkan bahwa kinera yang diterapkan pada Jaringan Senor Nirkabel ternyata tetap bagu, karena untuk mencapai nilai BER 0-3 dibutuhkan SNR 8 db. Kinera lebih tabil karena umlah antena tiap enor cuma atu dan proe perhitungannya lebih ederhana. Sedangkan kinera menunukkan fluktuai nilai BER, hal ini dikarenakan pentranmiian inyal yang melalui kanal Fading dan umlah enor dan umlah antena lebih dari atu ehingga lebih komplek. Sitem lebih bagu daripada karena poteninya yang begitu bear dalam meningkatkan kapaita dan menurunkan BER ketika menggunakan multi antena. V. KESIMPULAN Demodulai linier ZF dengan konfigurai yang diterapkan pada Jaringan Senor Nirkabel memounyai kinera bagu, untuk mencapai nilai BER 0-3 dibutuhkan SNR db. Perbandingan ZF dan dengan Konfigurai etelah terhubung dengan aringan enor nirkabel menunukkan kinera lebih bagu dibandingkan ZF, REFERENSI [] A. E. Jayati dan Wirawan, Demodulai Berdaarkan Konenu erditribui pada Jaringan Senor Nirkabel, Proceeding SNP XII, 0. [] A. E. Jayati; S. eranurweni; M. Sipan, Analia Kinera Zero Forcing dengan Multiple Input Multiple Output () pada Jaringan Senor Nirkabel, Proceeding EECCIS, 04. [3] ao Zhu, Alfono Cano dan Georgio B. Giannaki, Ditributed Conenu-Baed Demodulation : Algorithm and Error Analyi, IEEE ranaction on Wirele Communication, Vol. 9, No. 6, 00. [4] I.F Akyldiz, Y. Sankaraubramaniam dan E. Cayirci (00), A Survey on Senor Network, IEEE Commun Mag, hal [5] Jiang, M.K. Varanai dan Li Jian (0), Performance Alalyi of ZF and Equalizer for Sytem : An In-Depth Study of the igh SNR Regime, IEEE ran. On Information heory, vol. 57, no. 4 [6] M.S Ullah (0), Performance Analyi of Wirele Sytem by Uing Alamouti Scheme and Maximum Ratio Combining echnique, International Journal of Advanced Engineering Science and echnologie, Vol. 8. [7] S.K Jayaweera (006), Virtual -baed Cooperative Communication for Energy-Contrained Wirele Senor Network, IEEE ran. On Wirele Communication, vol. 5, pp [8] uan-duc Nguyen; Olivier Berder; Olivier Sentiey (007), Energy- Efficiency Optimization for Cooperative () Scheme in WSN, IRAMUS hematic Informational Workhop Val horen. ISSN Ari Endang Jayati: Analia Kinera Multiple Input