KINERJA SISTEM KOMUNIKASI KOOPERATIF PADA KANAL MOBILE-TO-MOBILE TWO- RING WIDEBAND MIMO. Bramantyo Tri Wicaksono

Transkripsi

1 KINERJA SISTEM KOMUNIKASI KOOPERATIF PADA KANAL MOBILE-TO-MOBILE TWO- RING WIDEBAND MIMO Bramatyo Tri Wicaksoo Jurusa Tekik Elektro FTI, Istitut Tekologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111, kigkog@elect-eg.its.ac.id Abstract - Sistem komuikasi rirkabel merupaka suatu sistem yag sagat reta terhadap gaggua yag meuruka kierja sistem tersebut, salah satu gaggua dalam kaal adalah fadig.oleh kareaya diguaka sistem MIMO utuk meguragi efek fadig tersebut. Salah satu tekik lai yag sejala dega prisip dasar sistem MIMO adalah sistem komuikasi kooperatif. Sistem ii memugkika suatu user dapat megguaka user lai sebagai relay utuk megirim siyal iformasi ke tujua (Destiatio sehigga siyal iformasi yag telah termodulasi secara BPSK aka dikirimka melalui dua cara, yaitu secara lagsug meuju ke Destiatio da yag kedua dikirimka ke Relay utuk selajutya diteruska meuju Destiatio. Pada tugas akhir ii sistem komuikasi koperaatif aka diterapka pada kaal mobile-to-mobile MIMO, dega model arrowbad da widebad. Model sistem komuikasi kooperatif yag diguaka adalah model relayig, dega dua mobile statio sebagai relay da source da satu fixed statio sebagai Destiatio. hubuga atar mobile statio diguaka model kaal two-rig scatterig sedagka utuk hubuga atara mobile statio da fixed statio megguaka model kaal oe-rig scatterig. Dari hasil simulasi didapatka bahwa kierja dari sistem komuikasi kooperatif mobile-to-mobile MIMO dega model kaal arrowbad lebih baik jika dibadigka dega sistem komuikasi kooperatif mobileto-mobile MIMO dega model kaal widebad. Dari hasil simulasi juga dapat disimpulaka bahwa pada sistem komuikasi kooperatif mobile-to-mobile MIMO dega model kaal widebad dipegaruhi oleh adaya perubaha kecepata pada mobile statio. Hubuga atara keduaya adalah berbadig terbalik sehigga apabila kecepata mobile statio meigkat maka kierja sistem tersebut aka megalami peurua begitu pula sebalikya Keywords: Kooperati komuikasi, Mobile-to-Mobile, Two-Rig arrowbad, Two-Rig Widebad, Oe- Rig Widebad, Oe-Rig Narrowbad I. PENDAHULUAN Perkembaga tekologi membawa dampak positif terhadap kemajua system komuikasi. Pada dewasa ii, media irkabel atau wireless merupaka media yag palig bayak diguaka. Dalam komuikasi wireless terdapat kelebiha yaitu mobilitias yag tiggi amu gagua yag terjadi juga semaki bayak karea siyal yag dikirimka buka siyal guide atau terlidug. Gaggua yag palig domia adalah efek fadig dimaa efek ii meyebabka pelemaha da pelebara spectrum siyal. Salah satu cara meguragi efek fadig adalah megguaka tekik diversity. Ada beberapa pedekata yag diguaka utuk meerapka tekik diversity salah satuya adalah tekik atea jamak yag megguaka space da frekuesi diversity, atau yag biasa dikeal dega sistem MIMO (Multi Iput Multi Output. Namu beberapa peragkat irkabel memiliki keterbatasa ukura, biaya, da kompleksitas peragkat keras sehigga tidak bisa megguaka sistem MIMO. Oleh karea itu dikembagka tekik baru utuk megatasi keterbatasa tersebut, yaitu megguaka sistem komuikasi kooperatif. Pada sistem komuikasi ii user lai dimafaatka sebagai relay atau atea virtual yag bisa medukug sistem MIMO. Utuk medukug kebutuha aka mobilitas tiggi maka diguakalah kaal Mobile-to-Mobile Widebad Two-Rig MIMO pada sistem komuikasi kooperatif. Dega adaya kaal ii, memugkka adaya Source, Relay, da destiatio yag bergerak atau bisa diaggap sebagai kedaraa (Vehicle. II. TEORI PENUNJANG 2.1 Sistem Komuikasi Koperatif Istilah cooperative commuicatio megacu pada suatu sistem dimaa user aka salig berbagi da megkoordiasi kapasitas yag dimiliki utuk meigkatka kualitas trasmisi. Cooperative commuicatio memugkika pegguaa atea tuggal pada sistem komuikasi bergerak utuk memperoleh diversity gai yag pada umumya dapat diperoleh dega pegguaa atea jamak dalam peerapa sistem multiple iput multiple output (MIMO. Hal ii erat kaitaya dega sistem komuikasi bergerak dimaa pada sistem komuikasi bergerak keterbatasa ukura, biaya da kekompleksa daya trasmisi harus dipertimbagka dalam pegguaa atea jamak Sistem Komuikasi Kooperatif Kaal Mobile-to-Mobile Kemajua tekologi memaksa adaya perkembaga sistem komuikasi, tak terkecuali utuk sistem komuikasi kooperatif sehigga akhirya mucul tekologi mobile-to-mobile. kata mobile-tomobile disii berarti sistem komuikasi ii diperutukka utuk komuikasi atar vehicle atau peragkat yag memiliki kecepata 2.2 Metode Relayig Merupaka metode kerja yag dilakuka di relay, dalam tekik komuikasi koperatif dikeal 2 macam yaitu Amplify ad forward (AF da Decode Proceedig Semiar Tugas Akhir Jurusa Tekik Elektro FTI ITS Bramatyo Tri Wicaksoo

2 ad forward (DF. Adapu pejeasa selegkapya aka lebih medetail pada sub bab berikutya Amplify ad Forward (AF Merupaka metode fixed protokol dimaa siyal yag diterima oleh relay aka dikuatka terlebih dahulu sebelum dikirimka kepeerima. Metode ii bayak diguaka utuk ketika relay haya memilki waktu pemrosesa yag sedikit sedagaka daya yag tersedia bayak sehigga relay harus meguragi proses decoder da ecoder da digati dega peguata Decode ad Forward (DF Pada DF, relay megguaka beberapa betuk deteksi atau algoritma decodig utuk sistem peerimaaya. Hal ii dikareaka relay harus megodeka ulag siyal yag diterima dari source utuk dikirimka ke destiatio. Walaupu proses decodig pada relay mempuyai keutuga utuk meguragi pegaruh oise pada siyal yag diterima, tetapi hal ii tidak dapat mejami bahwa siyal dapat dikembalika secara sempura ke betuk awalya, karea di kaal masih terapat gaggua lai berupa fadig 2.3 Metode Combiig Pada sistem komuikasi kooperatif terdapat dua fase dalam proses pegirima data yaitu direct phase da cooperatio phase. Karea ada dua fase trasmisi, berarti ada dua data yag sampai pada peerima. Dua siyal tersebut harus dikombiasi utuk kemudia dideteksi. Salah satu tekik combiig yag biasa diguaka adalah Maximal Ratio Combiig (MRC, Metode ii dilakuka dega cara memafaatka semua replika yag diterima, kemudia memberika bobot berdasarka karakteristik masig masig kaal yag dilalui oleh replika siyal (kojugate. Setelah dikalika dega ilai pembobot (kojugate pada masig-masig kaal, semua replika siyal dijumlahka baru dideteksi. Pada tugas akhir ii metode combiig MRC iilah yag diguaka. 2.4 Modulasi BPSK Tekik modulasi BPSK memiliki dua simbol yag salig atipodal sehigga data bier yag terdiri atas bit '0' setelah dimodulasi aka mejadi simbol '-1' da bit '1' aka dimodulasi mejadi simbol '1', pemetaa tersebut dapat dilihat pada tabel 1. Modulasi BPSK memiliki frekuesi carrier yag sama da terdapat perbedaa fase yaitu 0 derajat da 180 derajat. 2.5 Kaal Trasmisi Kaal adalah litasa atara pemacar da peerima Tabel 1. Pemetaa bit ke simbol BPSK Bit I Q Additive White Gaussia Noise Istilah oise megacu pada siyal elektroik yag tidak diigika yag selalu ada dalam sistem elektroik. Kehadira oise berakibat siyal mejadi tidak jelas da membatasi kemampua peerima dalam membuat simbol decisio yag bear, sehigga membatasi rate trasmisi iformasi. Peracaga sistem yag baik dapat meghilagka berbagai macam oise, tapi ada satu sumber macam oise yag tidak dapat dihilagka, yaki thermal oise. Thermal oise disebabka karea geraka elektro dalam kompoe elektroika yag meimbulka paas Kaal Narrowbad kaal arrowbad merupaka kaal trasmisi dega badwith redah, berkisar bps. Oleh kareaya Narrowbad biasa disebut dega pita salura sempit Narrowbad Oe-Rig Scatterig Kaal Narrowbad Sigle-Rig Scatterig diguaka utuk komuikasi atara mobile statio (MS da base statio (. Model Kaal ii berbetuk Ligkara pada sisi Mobile Statio. Model geometrik dari kaal ii dapat dilihat pada gambar 1. Gambar 1 Geometrik Oe-Rig Narrowbad Model Dari gamabar 1 terlihat jelas bahwa scatterig berbetuk ligkara sempura haya ada pada mobile statio (MS karea diasumsika bergerak sedagka pada base statio ( tidak memiliki scaterrig karea diasumsika diam atau tidak bergerak. Secara matematis model kaal dari atea pemacar higga atea peerima dapat ditulis sebagai berikut : h 11 1 N j(2π f + = t θ (t lim a b e N N = 1 Proceedig Semiar Tugas Akhir Jurusa Tekik Elektro FTI ITS Bramatyo Tri Wicaksoo

3 dimaa, a b f δ jπ = e λ δ jπ MS = e λ [cos( α [cos( φ MS = f cos( φ MS max + φ max α MS α v si( α si( Narrowbad Two-Rig Scatterig Kaal Narrowbad Two-Rig Scatterig memiliki dua ligkara scatterig baik di pemacar (trasceiver maupu peerima (receiver. Olehkarea itu model kaal ii dapat diguaka utuk komuikasi atara dua mobile statio (MS. Model geometrik dari kaal ii dapat dilihat pada gamabar Kaal Widebad Dari model kaal Narrowbad dapat dikembagka dega meambahka delay propagasi φ MSutuk medapatka model kaal widebad. Pada ] kaal ii peguata gai yag terjadi sama dega pada kaal Narrowbad Two-Rig Scatterig. Haya saja pada kaal Widebad gai kaal dipegaruhi dega adaya propagatio delay. adapu model matematis dari sistem kaal widebad dapat dituliska sebagai berikut g ( t = lim kl, l M N 1 M K l m = 1 I l, m g e m j[2π ( f ( m + f ( t + θ ] T R m h ( τ ', t = ( ( ' ' L a g t δ τ τ kl l kl, l l l = 1 L adalah eleme segme dari scatterig pada kaal Widebad, dega kata lai scatterig pada kaal Widebad dibagi mejadi beberapa eleme. Deskripsi dari eleme-eleme scatterig pada kaal Widebad dapat dilihat pada gambar 3 Gambar 2 Geometrik Two-Rig Narrowbad Model trasformasi dari gambar 2 mejadi model matematis dapat dituliska sebagai berikut: g ( t = lim kl M N Dimaa, a m b M, N j f ( m + f ( 1 [2π ( t + θ ] g e T R m MN m m, = 1 g = a b c m m m ( m j( M 2l + 1 π ( δ / λcos( φ β = e T T R T ( j( M 2k + 1 π ( δ / λcos( φ β = e R R R R C m ( m f = T ( f = R 2 π ( m ( j ( R cosφ R cosφ T T R R = e λ f T ( m cos( φ α max T T ( f cos( φ α R max R R Gambar 3 Local Scatterig Widebad Model matematis dari kaal Widebad terlihat jelas bahwa delay propagasi berbeda tiap satua waktu, sehigga dapat dimodelka sebagai tap-tap yag dapat kita perhatika pada gambar 4. Seperti halya pada kaal Narrowbad, kaal Widebad juga memiliki dua macam scatterig yaitu Oe-Rig da Two-Rig Scatterig. Gambar 4 Skema Pegirima bit pada kaal Widebad Kaal SUI Pada sistem komuikasi kooperatif dega model kaal widebad, delay propagasi mejadi satu hal yag sagat petig. utuk medapatka delay propagasi diperluka beberapa percobaa da Proceedig Semiar Tugas Akhir Jurusa Tekik Elektro FTI ITS Bramatyo Tri Wicaksoo

4 peelitia. salah satu model kaal yag telah memiliki stadarasisai dari delay propagasi adalah model Kaal SUI. kaal SUI memiliki 3 Tap yag telah diteliti da memiliki stadarisasi. terdapat 6 jeis kaal SUI yag memiliki karakteristik yag berbeda-beda Pada simulasi ii diguaka model SUI 5 utuk delay propagasi pada kaal widebad two-rig AWGN (Additive White Gaussia Noise Noise dapat berasal dari berbagai sumber, baik buata mausia maupu atural. Noise buata mausia termasuk spark plug igitio oise. Noise atural termasuk kompoe oise, gagua pada atmosfer da laiya. Peracaga sistem yag baik dapat meghilagka berbagai macam oise, tapi ada satu sumber macam oise yag tidak dapat dihilagka, yaki thermal oise. Thermal oise disebabka karea geraka elektro dalam kompoe elektroika yag meimbulka paas. Thermal oise dapat digambarka sebagai proses acak zero mea Gaussia. Sebuah proses Gaussia, (t, merupaka fugsi acak yag ilai -ya pada setiap waktu, t, dikarakteristika oleh Gaussia probability desity fuctio, p(: 1 P ( = exp σ 2π 1 2 σ dimaa σ 2 merupaka variat dari. Normalisasi Gaussia desity fuctio dari proses zero mea didapatka dega megasumsika σ = Ekualiser Ekualiser merupaka suatu tekik yag diguaka utuk meguragi da meghilagka ISI (itersimbol iterferece yag disebabka oleh kaal. Pada ekualiser dega filter trasversal, pembobota tap salura terdelay yag meuruka efek ISI dega pegatura tepat dari tap-tap filter. Dari gambar 5 dapat diperoleh persamaa dibawah ii sehigga terlihat hasil dari ekualiser trasversal N z( t C x( t τ = N = (2.24 Gambar 5. Skema tap ekualiser dega filter t rasversal 2 Seperti yag telah dijelaska diatas, pada ekualiser dega filter trasversal terdapat 2 tekik yag biasa diguaaka yaitu Zero-forcig da MSE. Pada ekualiser Zero-forcig, tap-tap filter diatur sedemikia higga output ekualisser diteka mejadi ol pada N-titik sampel pada di tiap sisi. Sedagka pada ekualiser Mea Square Error (MSE, tap-tap filter diatur sedemikia higga MSE dari itersimbol itersymbol iterferece (ISI da daya oise pada output ekualiser dimiimisasi. III. PERANCANGAN SIMULASI Pada sistem sistem komuikasi kooperatif megguaka Kaal Narrowbad Two Rig Scatterig, data yag telah dibagkitka secara acak pada sumber pemacar atau Source terlebih dahulu dimodulasi secara BPSK (Biary Phase Shift Keyig sebelum ditrasmisika. Selajutya hasil bit iformasi yag telah dimodulasi tersebut ditrasmisika ke-dua tujua yaitu Destiatio da Relay utuk selajutya diteruska meuju Destiatio. Utuk trasmisi meuju Destiatio diguaka model kaal Narrowbad Oe Rig Scatterig da selajutka ditambahka Noise berupa AWGN. Sedagka utuk trasmisi meuju Relay diguaka model kaal Narrowbad Two Rig Scatterig da selajutka ditambahka Noise berupa AWGN. kemudia di teruska meuju ke Destiatio melewati model kaal Narrowbad Oe Rig Scatterig da selajutka ditambahka Noise berupa AWGN kembali. Pada Destiatio kedua bit iformasi yag telah sampai, baik itu dari Source maupu yag melewati Destiatio terlebih dahulu disatuka oleh kombier utuk kemudia didemodulasi secara BPSK kembali. Sedagka utuk sistem komuikasi kooperatif pada model Kaal Narrowbad Two Rig Scatterig maupu model Kaal Widebad Two Rig Scatterig Secara garis besar memiliki beberapa kesamaa. Perbedaa atara keduaya haya terletak dari model kaal yag diguaka utuk petrasmisia da pegguaa ekualiser pada sistem Widebad. BAB IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Aalisa sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig widebad Data bit iformasi yag diterima oleh atea destiatio didapatka dega meambahka bit iformasi yag ditrasmisika dari relay kemudia di kombierka dega bit iformasi yag ditrasmisika dari source. Terlihat bahwa kierja system komuikasi kooperatif mobile-to-mobile two rig widebad semaki baik jika bekerja pada SNR yag semaki besar. Sehigga ada korelasi dimaa semaki besar ilai BER maka semaki baik kierja system tersebut. Ii dapat dibuktika dega bila SNR berilai 0 maka Proceedig Semiar Tugas Akhir Jurusa Tekik Elektro FTI ITS Bramatyo Tri Wicaksoo

5 didapatka ilai BER sebesar sedagka utuk SNR berilai 27 didapatka ilai BER sebesar 1e-05. Dari hasil simulasi yag ditujukka pada gambar 8 terlihat bahwa Sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig widebad dega kecepata mobile statio 40 km/jam memiliki kierja yag lebih baik dega Sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig widebad dega kecepata mobile statio sebesar 100 km/jam. Gambar 6 BER system komuikasi kooperatif mobile-to-mobile two rig widebad 4.2 Perbadiga sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig arrowbad da Model Kaal two rig widebad Pada sub-bab ii, aka dilakuka aalisa terhadap Sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig arrowbad da Model Kaal two rig widebad dega ilai SNR bervariasi atara 0 higga 31 db. Karea system komuikasi ii megguaka system komuikasi kooperatif mobileto-mbile, maka source da relay memiliki kecepata. Pada simulasi ii kecepataya dari keduaya di asumsika sebesar 40 km/jam. Hasil dari simulasi system ii ditujukka pada gambar 7. Dari hasil simulasi ii terlihat dega sagat jelas bahwa ilai BER Sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig widebad lebih besar daripada Sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig arrowbad. Ii terjadi utuk semua ilai SNR, pada simulasi ii yaitu seilai 0 db higga 30 db. Ii meujukka bahwa kierja dari Sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig arrowbad lebih baik jika dibadigka dega Sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig arrowbad pada ilai SNR 0 db higga 31 db. 4.6 Perbadiga sistem komuikasi kooperatif megguaka model kaal two rig widebad dega kecepata yag berbeda Pada system komuikasi kooperatif yag megguaka kaal mobile-to-mobile, kecepata dari mobile statio merupaka kompoe yag petig dikareaka perbedaa kecepata dapat meyebabka efek Doppler sehigga berpegaruh terhadap kierja dari system tersebut Gambar 7 BER system komuikasi kooperatif mobile-to-mobile two rig widebad da arrowbad Gambar 8 BER system komuikasi kooperatif mobile-to-mobile two rig widebad dega kecepata berbeda V. PENUTUP 5.1 Kesimpula Berdasarka hasil simulasi da aalisa, dapat diambil beberapa kesimpula sebagai berikut: 1. Besarya ilai BER pada sistem komuikasi kooperatif mobile-to-mobile MIMO dega model kaal widebad ataupu pada sistem komuikasi kooperatif mobile-to-mobile MIMO dega model kaal arrowbad megalami peurua terhadap peigkata ilai SNR. Hasil peurua yag lebih sigifika terjadi pada pada sistem komuikasi kooperatif mobile- Proceedig Semiar Tugas Akhir Jurusa Tekik Elektro FTI ITS Bramatyo Tri Wicaksoo

6 to-mobile MIMO dega model kaal arrowbad 2. Performasi kierja dari sistem komuikasi kooperatif mobile-to-mobile MIMO pada model kaal widebad dipegaruhi oleh kecepata mobile statio. Dega semaki meigkat kecepata mobile statio maka kierja sistem tersebut aka megalami peurua begitu pula sebalikya. 3. Sistem komuikasi kooperatif mobile-to-mobile MIMO pada model kaal arrowbad memiliki kierja yag lebih baik dibadigka dega sistem komuikasi kooperatif mobile-to-mobile MIMO pada model kaal widebad 5.2 Sara Berikut ii beberapa hal yag dapat dilakuka utuk pegembaga topik yag dibahas dalam tugas akhir ii. 1. Sudut yag ditimbulka akibat arah pergeraka dari mobile statio (AlphaT maupu AlphaR dapat diubah-ubah sehigga dapat diketahui pegaruhya terhadap kierja sistem komuikasi kooperatif mobile-to-mobile MIMO pada model kaal arrowbad maupu widebad. 2. Skeario pegirima model komuikasi kooperatif dapat diubah mejadi model Symmetrical RIWAYAT PENULIS Bramatyo Tri Wicaksoo, lahir di Surabaya, 24 April Merupaka aak pertama dari pasaga Drs. Sugeg Wibowo da Edag Widayati. Lulus dari SDN Bajarsugiha V Surabaya tahu 1999 kemudia melajutka ke SMPN 26 Surabaya da lulus pada tahu Kemudia melajutka ke SMUN 11 Surabaya da lulus pada tahu Setelah meamatka SMU, peulis melajutka studiya di Jurusa Tekik Elektro Istitut Tekologi Sepuluh Nopember Surabaya melalui jalur SPMB pada tahu Selama kuliah peulis aktif dalam kegiata kemahasiswaa da ikut dalam kepegurusa HIMATEKTRO periode sebagai staff departeme Umum di HIMATEKTRO da staff departemet Pegabdia Masyarakat BEM ITS, pada periode sebagai Kepala departeme Ligkar Kampus di HIMATEKTRO. DAFTAR PUSTAKA [1] Freema, Roger L Fudametals of Telecommuicatios. Joh Wiley & Sos. New Jersey. [2] Glover, Ia ad Grat Peter Digital Commuicatio. Pretice Hall. [3] Jeruchim, Michel C., Philip Balaba, ad K. Sam Shamuga Simulatio of Commuicatio Systems. 2 d Editio. Kluwer Academic Publisher. [4] Meier, Adreas Cooperative Diversity i Wireless Networks. Uiversity of Ediburgh. [5] Proakis, Joh G Digital Commuicatios. 4 th Editio. McGraw-Hill, (iteratioal. [6] Sklar, Berard Digital Commuicatios : Fudametals ad Aplicatios. 2 d Editio. Pretice Hall Iteratioal Ic. [7] Yuayua Ma ad Matthias Patzold, Widebad Two-Rig MIMO Chael Models for Mobile-to-Mobile Commuicatios Faculty of Egieerig ad Scice Agder Uiversity College, Norway [8] Matthias Patzold ad Bjor Olav Hogstad, AWidebad Space-Time MIMO o the Geometrical Oe-Rig Model Faculty of Egieerig ad Scice Agder Uiversity College, Norway Proceedig Semiar Tugas Akhir Jurusa Tekik Elektro FTI ITS Bramatyo Tri Wicaksoo