PERFORMANSI PENENTUAN POSISI MOBILE STATION PADA SISTEM SELULER CDMA DENGAN METODA TDOA & ALGORITMA TAYLOR-SERIES

Transkripsi

1 PERFORMANSI PENENTUAN POSISI MOBILE STATION PADA SISTEM SELULER CDMA DENGAN METODA TDOA & ALGORITMA TAYLOR-SERIES Ujang Agus Tatan¹, Budi Prasetya², Budianto³ ¹Teknik Telekomunikasi,, Universitas Telkom Abstrak Beberapa metoda penentuan lokasi telah dikembangkan oleh berbagai pihak. Layanan ini perlu dikembangkan dengan baik oleh operator seluler karena akan berguna bagi pengguna seluler. Sistem penentuan posisi hiperbola yang juga dikenal sebagai teknik penentuan posisi Time Difference of Arrival (TDOA) adalah suatu teknologi yang bisa memberikan informasi penentuan lokasi secara akurat sesuai dengan ukurannya dengan menggunakan infrastruktur seluler yang telah ada tanpa memerlukan adanya penambahan implementasi hardware/software pada perangkat Mobile Station (MS). Dalam tugas akhir ini, akan diteliti performansi penentuan posisi mobile station Dengan Metoda TDOA dengan cara mensimulasikannya menggunakan alat bantu software Matlab 7. Algoritma yang digunakan untuk mendapatkan estimasi posisi yaitu algoritma Taylor-series. Dimana algoritma ini menawarkan estimasi posisi yang akurat dan aplikatif pada beberapa pengukuran jarak yang berbeda. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pada level sinyal terhadap noise (Eb/No) minimal agar penentuan posisi mempunyai error yang kecil sebesar 16 db. Untuk nilai Eb/No diatas 16 db, harga RMS error cenderung stabil.posisi MS terhadap BTS juga berpengaruh terhadap keberhasilan penentuan posisi. Simulasi secara umum menunjukkan bahwa semakin dekat MS terhadap BTS referensi, harga RMS error semakin tinggi. Hal itu disebabkan jarak antara MS dengan BTS lain semakin jauh dan beda waktu kedatangan sinyal pun semakin besar. Karena proses kross korelasi tidak selektif memilih sinyal, maka hasil kross korelasi dua sinyal tadi akan menghasilkan error yang besar. Sistem penentuan posisi tidak bekerja dengan baik pada kanal rayleigh fading, untuk itu diperlukan panambahan teknik-taknik untuk mengatasi fading. Semakin banyak user yang aktif tiap sel, akan menaikkan nilai RMS error. Kata Kunci : TDOA, seluler, algoritma taylor-series Abstract Some positioning sistem methode have been developed in any country. Providers have to developing this service well. This aplication will be useful for subscriber. Hyperbolic position lication system or Time Difference of Arrival (TDOA) is a technology that can give positioning information acuratlly using eksisting selluler infrastructure without adding hardware/software implementation at Mobile Station (MS) Headset. This paper will observe the performance or Moble Station positioning using TDOA with simulated by Matlab 7. Taylor-series algorithm is used to get position estimation. This algorithm offers position estimation accuratly and aplicative in any different measurement. The result shows that minimum noise level (Eb/No) is 16 db to resulting minimum error at position location. for Eb/No up to 16 db, RMS error value is stabil. Mobile station position is also influence to succesing position location. Generally, simulation shows that RMS error is larger if the MS distance to referension BTS is shorter. It caused by the distance of MS to other BTS is longer and TDOA of its signal is longer. Because cross corelation proses is not signal selective, so RMS error will be higher. This position location system will not corectly at rayleigh fading, so that it is requered the technics to solve fading effect. More active user per cell will higher RMS error value. Keywords : TDOA, cellular, Taylor-series algorithm

2 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Teknik penentuan lokasi mobile station membutuhkan tingkat akurasi yang tinggi. Berbagai macam teknik positioning sudah dikemukakan oleh berbagai pihak dalam sistem wireless, diantaranya Global Positioning system (GPS), Received Signal Strength (RSS), Angel of Arrival (AOA), Time Difference of Arrival (TDOA), dan Time of Arrival (TOA). Salah satu solusi penentuan posisi yang banyak digunakan sekarang adalah GPS. GPS bekerja pada bandwidth L-Band (1,5 GHz) yang berbeda dengan frekuensi seluler sehingga perlu adanya design antena dan penerima yang berbeda pada handset telepon seluler. Hal tersebut akan menambah biaya, ukuran dan berat handset. Dalam penentuan posisi, penerima GPS memerlukan penggunaan minimal tiga satelit yang memantau MS dalam waktu bersamaan secara Line Of Sight (LOS), sehingga kurang efektif bila digunakan di daerah urban dan di area indoor. Time Difference of Arrival (TDOA) merupakan metode penentuan posisi berdasarkan waktu kedatangan sinyal dari transmitter pada dua buah receiver yang berbeda. Pengukuran ini dilakukan pada saat sinkronisasi. Cross korelasi dari dua buah sinyal yang diterima oleh dua buah receiver dilakukan untuk mendapatkan perbedaan waktu kedatangan pada dua buah receiver. Setiap perbedaan waktunya dikonversikan ke persamaan hiperbola dengan asumsi MS dan receiver yang coplanar. Jika kita mendapatkan dua buah TDOA dari tiga receiver, maka perpotongan dari dua hiperbola tersebut merupakan estimasi posisi MS. Dengan menggunakan metode ini diharapkan akan mendapatkan tingkat akurasi yang lebih baik.

3 BAB 1 Pendahuluan I.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini dirumuskan sebagai berikut : 1. Penentuan estimasi TDOA menggunakan metoda Generalized Cross Correlation (GCC) 2. Penyelesaian hiperbola non-linier menggunakan algoritma Taylor-Series. 3. Digunakan level noise dan jumlah user penginterferensi yang berbeda. I.3 Batasan Masalah Dalam Tugas Akhir ini dilakukan beberapa pembatasan masalah sebagai berikut : 1. Tambahan noise yang diberikan pada kanal adalah AWGN dengan memanfaatkan fungsi dari MATLAB Menggunakan model path loss Okumura-Hata dan fading rayleigh 3. Posisi user diasumsikan selalu terpantau oleh tiga BTS 4. Sinkronisasi antar BTS dianggap sempurna 5. Pada waktu penentuan posisi diasumsikan user dalam keadaan stasioner 6. Penentuan posisi dalam dua dimensi dan ditunjukan dengan koordinat kartesian (x,y) I.4 Tujuan Tujuan dari penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui pengaruh posisi MS-BTS terhadap akurasi TDOA. 2. Untuk mengetahui pengaruh level noise (S/N) terhadap akurasi TDOA 3. Untuk mengetahui pengaruh perubahan jumlah user penginterferensi terhadap akurasi TDOA. I.5 Metode Penelitian Beberapa metode penelitian yang digunakan adalah : 1. Studi literatur, dengan mengkaji teori-teori dasar dan teori pendukung yang tersedia dalam sumber-sumber referensi. 2. Pemodelan sistem dengan menggunakan sotware MATLAB 7.1. Performansi Penentuan Posisi Mobile Station pada Sistem Seluler dengan Metoda TDOA & Algoritma Taylor-Series

4 BAB 1 Pendahuluan Studi eksperimental, dengan cara melakukan percobaan dengan menggunakan simulator untuk mendukung hipotesis dan membantu analisis. 4. Melakukan analisis sistem yang telah dirancang. 5. Pengambilan kesimpulan dari hasil simulasi dan saran untuk pengembangan lebih lanjut. I.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ini disusun dengan sistematika pembahasan sebagai berikut : BAB I Pendahuluan Berisi latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II Dasar Teori Berisi tentang teori yang mendukung dan mendasari penulisan tugas akhir ini, yaitu teori tentang metode Time Difference of Arrival (TDOA) BAB III Perancangan Sistem dan Simulasi Bab ini berisikan perancangan sistem yang akan digunakan. BAB IV Analisa Hasil Simulasi Berisi analisa terhadap hasil yang diperoleh dari tahap perancangan sistem dan simulasi. BAB V Kesimpulan dan Saran Berisi kesimpulan dari analisa yang telah dilakukan dan saran untuk pengembangan lebih lanjut. Performansi Penentuan Posisi Mobile Station pada Sistem Seluler dengan Metoda TDOA & Algoritma Taylor-Series

5 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Performansi penentuan posisi dipengaruhi oleh level Eb/No. Performansi terbaik diperoleh ketika Eb/No bernilai 16 db. 2. Pada simulasi untuk jarak dari MS ke BTS referensi yang dekat, performansi melemah. Hal ini terlihat dari nilai RMS error mencapai 300 meter. 3. Untuk posisi MS yang terdistribusi pada pertengahan segitiga batas pengukuran, memiliki performansi yang lebih baik dibanding posisi MS yang terdistribusi pada tepi segitiga batas pengukuran. 4. Performansi penentuan posisi pada kanal fading Rayleigh melemah dibandingkan performansi pada kanal AWGN. Hal ini dikarenakan pada kanal Rayleigh terdapat efek pantulan gelombang oleh bangunanbangunan dan objek-objek bergerak. 5. Bertambahnya sinyal penginterferensi mengakibatkan melemahnya performansi penentuan posisi. Metoda Generalized Cross Corelasi (GCC) tidak selektif terhadap sinyal untuk dikross-korelasikan. Sehingga sinyal penginterferensi juga ikut di masukkan dalam proses kross-korelasi. 6. Algoritma Taylor-series merupakan algoritma iteratif untuk mendapatkan estimasi posisi MS dengan input hasil kross korelasi sinyal dan inisialisasi awal (x o,y o ). Inisialisasi awal (x o,y o ) dalam tugas akhir ini ditentukan di titik dalam segitiga batas pengukuran. 5.2 Saran Beberapa hal yang disarankan untuk dilakukan untuk dilakukan lebih lanjut setelah penelitian tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk memperbaiki proses penentuan TDOA, disarankan adanya penggunaan respon filter yang lain seperti Roth Impuls Respon, Smoothed Coherence transform, Eckart, Hannon-Thomson, dan sebagainya.

6 BAB V Kesimpulan dan Saran Perlu diteliti mengenai metoda-metoda lain untuk memperbaiki akurasi sistem penentuan posisi seperti metoda Hybrid TDOA-AOA, Hybrid TDOA-RSS dan sebagainya. 3. Ditambahkannya teknik-teknik mengatasi fading. 4. Metoda Taylor-series merupakan metoda iteratif, sehingga untuk menjamin konvergesi dari metoda ini diperlukan penelitian komputasi yang intensif. Performansi Penentuan Posisi Mobile Station pada Sistem Seluler dengan Metoda TDOA & Algoritma Taylor-Series

7 Daftar Pustaka [1] Aatique, Muhammad Evaluation of TDOA Techniques for Position Location in CDMA Systems. Thesis, Virginia [2] Adiansyah, Nachwan Mufti, ST.,MT Diktat Kuliah Transmisi Komunikasi Bergerak. Laboratorium Siskomber STT Telkom, Bandung [3] Lee, W.C.Y Mobile Communications Design Fundamentals, Wiley Series in Telecomunication. 2 nd Edition. Mc-Graw-Hill [4] Mizusawa, George A Performance of Hyperbolic Position Location Techniques for Code Division Multiple Access. Thesis, Poliechnic Institute and State University, Virginia [5] Purnomo, Afif Sasongko Performansi Sistem penentuan Posisi Network Based Dengan Metoda TDOA dan Algoritma Chan. Tugas Akhir. STT Telkom, Bandung [6] Rappaport, Theodore S Wireless Communications: Principles and Practice, 2 nd Edition. Prentice Hall Inc., New York [7] Sharma, Rohit Efek of Subscriber Interference on Subscriber Location in CDMA Networks. Thesis. Mumbai University