KOMUNIKASI KOOPERATIF MULTINODE PADA JARINGAN NIRKABEL. M.Fadhlur Rahman

Transkripsi

1 KOMUNIKAI KOOPERATIF MULTINOE PAA JARINGAN NIRKABEL M.Fadhlur Rahman Bidang tudi Telekomunikasi Multimedia Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi epuluh Nopember Kampus IT, Keputih-ukolilo, urabaya Abstrak : alam komunikasi jaringan nirkabel (wireless) terdapat kelebihan yaitu mobilitias yang tinggi namun gangguan yang terjadi juga semakin banyak karena sinyal yang dikirimkan bukan sinyal guide atau terlindung. Pada tugas akhir ini akan disimulasikan teknik komunikasi kooperatif multinode pada jaringan nirkabel berdasarkan reshold pada relay, dengan menggunakan protokol decode-and-forward pada relay. Pada sistem komunikasi kooperatif multinode ini, setiap relay akan meneruskan sinyal informasi jika NR yang diterima lebih tinggi dari pada reshold, dengan masing-masing relay akan menggabungkan sinyal yang diterima dari m (1 m N-1) relay sebelumnya dan sinyal yang berasal dari sumber. Unjuk kerja sistem juga terpangaruh oleh pemilihan nilai reshold. ari percobaan didapat penurunan kinerja sistem sebesar 1-3 db seiring dengan penurunan nilai reshold. Penambahan relay di sisi komunikasi kooperatif multinode ini juga berpengaruh pada unjuk kerja sistem itu sendiri. Penambahan jumlah relay mampu meningkatkan kinerja sistem sampai dengan 6 db. Makalah ini akan membahas kinerja dari komunikasi kooperatif multinode pada jaringan nirkabel dengan menggunakan protokol decode and forward (F) pada relay. Kanal yang di gunakan pada jaringan menggunakan kanal Rayleigh fading narrowband dengan noise AWGN (Additive White Gaussian Noise) [6]. Analisa dari simulasi ini berupa nilai parameter besarnya byte error rate (BER) pada system. II. MOEL ITEM Berbagai macam susunan node-node relay dapat di terapkan untuk menyusun sistem komunikasi kooperatif multinode, dengan masing-masing relay akan menggabungkan sinyal yang diterima dari m (1 m N-1) relay sebelumnya dan sinyal yang berasal dari sumber. Model dari sistem komunikasi kooperatif multinode ditunjukkan oleh gambar 3.1 Kata Kunci : Multinode, ecode-and-forward, Komunikasi kooperatif I. PENAHULUAN Pada Komunikasi kooperatif multinode, sumber dapat melakukan pengiriman atau komunikasi secara tidak langsung ke tujuan [5]. alam implementasinya, komunikasi multinode berarti bahwa banyak node relay yang dibutuhkan untuk menjangkau coverage jaringan tertentu. Adapun dalam mekanisme transmisi datanya pengirim () mengirimkan informasinya secara broadcast ke penerima () dan ke relay (R) yang berupa user lain dalam area yang berdekatan didekatnya [1], kemudian sinyal yang diterima oleh relay akan diolah terlebih dahulu untuk kemudian dikirimkan ke penerima. i penerima sinyal yang diterima dari pengirim maupun relay akan digabungkan. Ada beberapa metode relaying yang digunakan sebagai strategi pengolahan informasi yang terjadi direlay, salah satunya yaitu dengan metode decode and forward (F) [1]. Gambar 1 Model istem Komunikasi Koperatif Multinode Pada tugas akhir ini akan di pakai 4 relay dalam penyusunan sistem komunikasi kooperatif multinode, model dari sistem tersebut di tunjukkan oleh gambar 3.2. Gambar 2 Model istem Komunikasi Koperatif Multinode 4 relay Proceedings eminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI IT. 1/6

2 alam hal ini istem komunikasi yang dibangun bersifat half-duplex dimana masing-masing user hanya memiliki satu antena. Modulasi yang digunakan adalah BPK dan kanal propagasi yang digunakan dalam simulasi dipengaruhi oleh AWGN dan slow fading. isini juga diasumsikan estimasi kanal pada relay dan tujuan dianggap sempurna. Urut-urutan dari model sistem komunikasi kooperatif 4 relay adalah sebagai berikut : (1) (2) (3) (4) keempat. Pada fase keempat ini, seperti halnya pada fase ketiga. etelah sumber mengirimkan informasi ke semua node relay dan tujuan, selanjutnya relay ketiga yang mengirimkan informasi ke semua node relay sisanya dan tujuan. elanjutnya adalah fase kelima,yang merupakan fase terakhir dalam sistem komunikasi kooperatif multinode ini. Pada fase yang kelima ini merupakan fase terakhir pada sistem komunikasi kooperatif multinode dengan 4 relay. i fase ini, informasi langsung di kirimkan ke tujuan oleh relay keempat. ebuah sistem komunikasi ecode-and-forward (F) dapat terlebih dahulu dipertimbangkan pada sistem dengan sebuah relay, blok diagram sistem F tersebut dapat ditunjukkan pada gambar 8. Pada ecode-and- Forward hal yang perlu diperhatikan adalah protokol transmisi yaitu bagaimana proses pengiriman dan pengolahan terhadap sinyal informasi yang dikirimkan. Relay menggunakan beberapa bentuk deteksi atau algoritma decoding untuk sistem penerimaannya. Hal ini dikarenakan relay harus mengodekan ulang sinyal yang diterima dari source untuk dikirimkan ke destination. Walaupun proses decoding pada relay mempunyai keuntungan untuk mengurangi pengaruh noise pada sinyal yang diterima, tetapi hal ini tidak dapat menjamin bahwa sinyal dapat dikembalikan secara sempurna ke bentuk awalnya, karena di kanal masih terapat gangguan lain berupa fading, untuk mengeleminasi sinyal fading sekaligus mengestimasi sinyal informasi yang dikirimkan oleh sumber digunakan Maximum Ratio Combining (MRC). Gambar 3 Urut-uratan istem kooperatif Multinode, (1) Fase pertama, (2) Fase Kedua, (3)Fase Ketiga, (4) Fase Keempat, (5) Fase Kelima (5) Pada fase pertama, semua node relay dan tujuan menerima informasi yang di kirimkan oleh sumber. Pengiriman informasi di lakukan secara bersama-sama ke semua node relay dan tujuan oleh sumber. Berikutnya adalah fase kedua, relay pertama yang mengirimkan informasi ke semua node relay sisanya dan ke tujuan. Pengiriman informasi oleh relay pertama ini di lakukan setelah relay pertama berhasil mengkodekan informasi dari sumber. Pengiriman informasi dilakukan secara bersama-sama ke semua node relay setelahnya. Berikutnya adalah fase ketiga. Pada fase ketiga ini, seperti halnya pada fase kedua. etelah sumber mengirimkan informasi ke semua node relay dan tujuan, selanjutnya relay kedua yang mengirimkan informasi ke semua node relay sisanya dan tujuan. elanjutnya adalah fase Gambar 8 iagram Blok istem ecode and Forward 1 relay Banyak protokol yang dapat digunakan untuk membangun sebuah sistem F seperti Alamouti F yang digambarkan secara sistematis dalam tabel 1. Pada tabel x, yr, x *, x ~ dan y menyatakan simbol informasi, sinyal yang diterima relay, conjugate dari sinyal yg di kirim, hasil dari decoding sinyal yang di kirim dan sinyal yang diterima tujuan. Proceedings eminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI IT. 2/6

3 Tabel 1 Protokol Alamouti F Contoh perhitungannya adalah sebagai berikut: - Misalkan selisih NR rata-rata dan NR reshold yang diinginkan adalah -10 db, dapat ditulis: istem komunikasi F 4 relay tidak berbeda jauh dengan sistem komunikasi F 1 relay, yang perlu diperhatikan adalah pemodelan sistem seperti yang ditunjukan pada gambar 2 dan protokol F (Alamouti) pada tabel 2. Pada dasarnya sistem untuk 4 relay dan timeslot berikutnya dapat dilakukan dengan penyesuaian terhadap kanal-kanal yang dilewati selama proses transmisi. Tabel 2 Protokol F Alamouti lebih dari 1 Relay Protokol decode-forward juga di gunakan untuk memproses hasil dari pemilihan relay dari reshold. alam pemilihan relay, reshold di gunakan sebagai pembanding, dengan cara membandingkan reshold dengan hasil pembagian yang diperoleh antara sinyal yang di kirim dari sumber ke relay dengan varian. Bila hasil pembagian tersebut lebih besar dari reshold maka di lakukan proses decoding, bila pembagian lebih kecil dari reshold maka tidak terjadi proses decoding, sehingga relay tersebut tidak di gunakan & akan menggunakan yang sesuai sistem tersebut, hal ini di ilustrasikan di gambar 9. Gambar 9 istematika pemilihan reshold dengan protokol decode-forward engan y s,r adalah sinyal yang diterima di relay berasal dari sumber, h s,d = kanal antara sumber dengan tujuan, h s,ri = kanal antara sumber dengan relay ke-i, σ = varian. Pemilihan reshold ( ς ) dilakukan dengan cara menentukan terlebih dahulu rasio antara NR rata rata γ ). Kemudian dilakukan ( γ )dengan NR reshold ( perhitungan sampai didapatkan nilai reshold (ς ) γ = -10dB = 0.1 γ - Untuk nilai γ = 10dB dan level sinyal informasi =1, maka nilai noise (N) dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut: γ = N 10 = 1/ N N = etelah mendapatkan nilai noise, selanjutnya nilai N dimasukkan ke dalam persamaan awal untuk mendapatkan nilai reshold. γ = 0.1γ γ = 0.1(10) = 1 ς. γ = N ς.1 1 = 0.1 ς = 0.1 Jadi reshold (ς ) pada saat γ =10 db adalah sebesar 0.1. Nilai reshold (ς ) perlu diakar karena reshold ( ς ) bekerja pada level tegangan. Jika nilai koefisien kanal pengirim penerima di atas reshold (ς ) tersebut, maka perlu dilakukan relaying. Perhitungan yang sama juga dilakukan untuk nilai γ yang lain, yaitu untuk 0 γ 20 db. III. HAIL IMULAI alam tugas akhir ini digunakan komunikasi kooperatif multinode berbasis ecode-forward. Jumlah node yang disediakan sebagai relay bervariasi antara 1 sampai 4, dengan jarak 1 km dari pengirim. Pada simulasi ini relay berkumpul di sekitar penerima, sehingga pengirim dan relay dapat diasumsikan mempunyai jarak yang sama dengan jarak pengirim dan penerima, yaitu sebesar 1 km. engan jarak sepanjang 1 km, tiap-tiap node penerima mempunyai nilai pa loss yang sama, yaitu 1. Nilai koefisien kanal tiap node penerima adalah acak dan saling independen. Jika nilai koefisien kanal berada di bawah reshold, maka diperlukan proses relaying. ebelum melakukan proses relaying, penerima akan memilih kanal node penerima yang memiliki nilai koefiseian kanal tertinggi sebagai relay. Agar proses pemilihan kanal transmisi dapat dianalisa dengan mudah, nilai koefisien kanal yang Proceedings eminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI IT. 3/6

4 ditampilkan hanya pada saat pengiriman 25 frame pertama, seperti pada gambar 11. dengan catatan bahwa pada gambar 11 ditampilkan semua nilai koefisien kanal transmisi, jika hanya menggunakan 1 relay, 2 relay, atau 3 relay, maka parameter nilai koefisen kanal yang ditampilkan akan mengikuti jumlah relay tersebut. Pada gambar 11 dapat dilihat bahwa nilai koefisien kanal tiap node penerima berubah tiap satu periode pengiriman frame, dengan nilai yang acak dan independen. uatu saat nilai koefisien kanal pengirim ke penerima (-) akan berada di atas reshold yang ditentukan pada tabel 3. Pada saat itulah dilakukan proses relaying. Pada tabel 3 adalah jumlah rata-rata kanal - yang nilainya berada di atas reshold selama proses transmisi frame (a) Gambar 11 Nilai koefisien kanal antara pengirim dan node penerima (b) Tabel 3 Jumlah kanal - dengan nilai koefisien kanal di atas reshold Threshold Jumlah , , ari tabel 3 dapat diketahui bahwa nilai koefisien kanal - yang berada di atas reshold adalah sebesar 63% untuk reshold=1, 40% untuk reshold=0,71, dan 27% untuk reshold=0,56 Jika semua frame tetap ditransmisikan melewati kanal - tanpa adanya proses relaying, maka probabilitas kesalahan informasi yang diterima semakin besar. eperti yang telah dijelaskan sebelumnya, kanal transmisi yang digunakan adalah kanal yang mempunyai nilai koefisien kanal tertinggi. Kanal transmisi yang digunakan dapat berubah sesuai dengan nilai reshold, karena nilai koefisien kanal harus berada di atas reshold. Proses pemilihan kanal transmisi pada kondisi seperti gambar 11 ditunjukkan pada gambar 12 (c) Gambar 12 Kanal transmisi reshold (a) 1, (b) 0,71, dan (c) 0,56 Pada gambar 13, ditunjukkan perbandingan unjuk kerja antara sistem komunikasi non-kooperatif (tanpa menggunakan bantuan relay) dan sistem komunikasi kooperatif multinode dengan menggunakan jumlah relay dan nilai reshold yang berbeda-beda. Proceedings eminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI IT. 4/6

5 (a) digunakan. Hal ini sesuai dengan analisa yang telah dijelaskan sebelumnya. Hanya dengan menambahkan 1 relay disekitar penerima, unjuk kerja sistem menunjukkan peningkatan yang signifikan, misalkan diambil pada saat keadaan terburuk (E b /N 0 =1 db untuk BER=10-3, reshold=0.56), sistem komunikasi kooperatif 1 relay memberikan unjuk kerja yang lebih baik sekitar 2 db dibandingkan sistem komunikasi nonkooperatif. edangkan untuk sistem komunikasi kooperatif 2 relay, 3 relay, dan 4 relay memberikan perbaikan unjuk kerja berturut-turut sebesar 4 db, 5 db, dan 5 db, hal ini di ilustrasikan di gambar 14. Jika dibandingkan antara gambar 12 (a) sampai dengan 12 (c), terjadi penurunan kinerja sistem komunikasi kooperatif 3 relay dan 4 relay seiring dengan penurunan nilai reshold. Hal ini disebabkan karena semakin kecil nilai reshold yang digunakan, maka semakin kecil pula peluang nilai koefisien kanal - berada di atas reshold. Hal ini menyebabkan penggunaan banyak relay semakin tidak efektif, karena untuk nilai reshold yang kecil, penggunaan 1 atau 2 relay saja sudah dapat memenuhi kebutuhan kanal transmisi. egi negatifnya, hal ini akan menyebabkan unjuk kerja sistem komunikasi kooperatif semakin menurun, karena ketersediaan kanal transmisi yang terbatas dan nilai koefisien kanal transmisi yang kecil, seperti pada gambar 12 (c). Threshold = 1 Threshold = 0.71 Threshold = 0.56 (b) Gambar 14 Perbaikan istem Komunikasi Kooperatif Multinode terhadap istem Komunikasi Nonkooperatif. (c) Gambar 13 Kinerja sistem kooperatif multinode dengan jumlah relay yang berbeda untuk nilai reshold (a) 1, (b) 0,71, dan (c) 0,56 Pada sistem komunikasi kooperatif multinode, terjadi peningkatan unjuk kerja seiring dengan bertambahnya jumlah relay dan nilai reshold yang IV. KEIMPULAN Komunikasi kooperatif mempunyai unjuk kerja yang lebih bagus dibandingakan komunikasi nonkooperatif. Hal ini dibuktikan dengan adanya peningkatan kinerja sistem antara 2-4 db, 4-5 db, 5-7 db, dan 5-8 db, untuk penggunaan 1 relay, 2 relay, 3 relay, dan 4 relay. Penambahan relay di sisi komunikasi kooperatif multinode ini juga berpengaruh pada unjuk kerja sistem itu sendiri. Penambahan jumlah relay mampu meningkatkan kinerja sistem sampai dengan 6 Proceedings eminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI IT. 5/6

6 db. Ini menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kinerja sistem komunikasi kooperatif yang linear. alam proses relaying dibutuhkan suatu nilai reshold sebagai parameter pengambilan keputusan perlu atau tidaknya dilakukan relaying. Unjuk kerja sistem juga terpangaruh oleh pemilihan nilai reshold. ari percobaan didapat penurunan kinerja sistem sebesar 1-3 db seiring dengan penurunan nilai reshold sampai 0.56.Efisiensi penggunaan relay dapat dilakukan saat reshold bernilai kecil, karena pada saat itu probabilitas kemunculan nilai kanal - di atas reshold kecil, sehingga kemungkinan kecil terjadi relaying. Jika memang dibutuhkan relaying, maka satu atau dua relay sudah cukup untuk membantu proses relaying. AFTAR PUTAKA 1. Laneman, J. Nicholas, Cooperative iversity in Wireless Networks: Algorims and Architectures, Massachusetts Institute Of Technology, Rappaport, Theodore., Wireless Communication: Principles and Practice, Prentice Hall. 3. Proakis, John G.,igital Communications, 4 edition., McGraw-Hill, (international), Nasaruddin, Perhitungan Kapasitas Kanal, vol. 3, no.1, Universitas yiah Kuala, Ahmad K.adek.; Weifeng u ; K. J. Ray Liu., Multinode Cooperative Communications in Wireless Networks, vol. 55, Meier, Andreas., Cooperative iversity in Wireless Networks,University of Edinburgh, hal BIOATA PENULI M.Fadhlur Rahman, etelah menamatkan MU, penulis melanjutkan studinya di PEN-IT urabaya pada tahun an pada tahun 2006 penulis kembali melanjutkan studinya di Institut Teknologi epuluh November urabaya.pada bulan juli 2009 penulis mengikuti seminar dan ujian Tugas Akhir di Bidang tudi Telekomunikasi Multimedia Jurusan Teknik Elektro FTI IT urabaya sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar arjana Teknik Elektro.. Proceedings eminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI IT. 6/6