IEEE Paper Template in A4 (V1) - Jurnal Unsyiah

KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.1 2016: 11-18
Analisi Kinerja Jaringan Kooperatif Multi-hop Relay
Berbasis Protokol Amplify-Quantize and Forward
(AQF)
Alfian1), Nasaruddin2), Rusdha Muharar3)
Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala
Jl. Tgk. Syech Abdurrauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh, Indonesia`
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Abstrak — Dokumen Kinerja jaringan komunikasi nirkabel
dapat menurun akibat adanya gangguan sinyal informasi yang
disebabkan oleh fading dan noise. Fading ini dapat dikurangi
dengan menerapkan sistem jaringan relay kooperatif. Jaringan
relay kooperatif yang digunakan pada penelitian ini adalah
jaringan kooperatif multi-hop relay dengan protokol AmplifyQuantize-and-Forward (AQF). Protokol AQF bekerja
berdasarkan penguatan dan kuantisasi sinyal-sinyal yang lemah
akibat gangguan fading dan noise pada relay sebelum diterima
pada tujuan. Pada penelitian ini dilakukan; (1) analisis kinerja
jaringan kooperatif multi-hop relay menggunakan protokol
AQF; (2) analisis Bit Error Rate dan throughput terhadap
pengaruh banyaknya jumlah hop relay; (3) perbandingan
kinerja antara jaringan kooperatif multi-hop relay dengan
protokol AQF dan jaringan kooperatif dengan protokol AF dan
QF. Dalam analisis penelitian, faktor jarak antara sumber, relay
dan tujuan tidak diperhitungkan. Hasil analisis menunjukkan
sistem jaringan kooperatif multi-hop dengan dua hop
menggunakan protokol AQF memiliki kinerja lebih baik
dibandingkan dengan sistem jaringan kooperatif multi-hop
dengan 3 hop dan 4 hop dengan protokol yang sama, dimana
nilai Bit Error Rate tinggi dan throughput yang dihasilkan
rendah. Begitu juga untuk sistem jaringan kooperatif multi-hop
relay dengan 3 hop menggunakan protokol AF, AQF dan QF,
disini nilai Bit Error Rate dan throughput pada sistem jaringan
mengunakan protokol AF lebih baik dari protokol AQF dan QF,
sedangkan protokol AQF lebih baik dibandingkan
menggunakan protokol QF.
berupa path-loss, penyerapan sinyal, pemantulan sinyal,
pemecahan sinyal, dan pembelokan sinyal [1, 6].
Untuk mengatasi pengaruh fading tersebut, dapat
dilakukan dengan teknologi jaringan relay. Jaringan relay
merupakan suatu sistem jaringan terdistribusi yang terdiri dari
node-node jaringan komunikasi, dimana node lain sebagai
relay untuk membantu pengiriman informasi dari node
sumber ke node tujuan, sehingga terbentuk jaringan nirkabel
secara virtual memiliki banyak antena untuk mengirim sinyal
ke tujuan seperti halnya pada sistem Multiple Input Multiple
Output (MIMO). Jaringan relay menggunakan beberapa
protokol yaitu: Amplify-and-Forward (AF), Quantize-andForward (QF), dan protokol relay Amplify-Quantize-andForward (AQF).
Penelitian ini menghasilkan kinerja Bit error rate dan
throughput dari sistem jaringan kooperatif multi-hop relay
menggunakan protokol AQF dengan menggunakan 2 hop
lebih baik dibandingkan dengan kinerja jaringan kooperatif
dengan 3 hop dan 4 hop, dimana jarak dari sumber ke relay
dan dari relay ke relay serta dari relay ke tujuan tidak berbeda.
Untuk sistem jaringan kooperatif multi-hop relay
menggunakan dua relay (3 hop) dengan protokol yang
berbeda AQF, AF dan QF menghasilkan kinerja Bit error rate
dan throughput dari sistem jaringan multi-hop relay dengan
protokol AF lebih baik dari jarinagn sistem menggunakan
protokol AQF dan QF dengan kondisi asumsi jarak yang tidak
berbeda. Sedangan sistem jaringan multi-hop relay
menggunakan protokol AQF lebih baik dari sistem jaringan
menggunakan protokol QF. Analisis yang dilakukan
berdasarkan hasil simulasi Matlab.
Kata Kunci — Jaringan kooperatif, multi-hop relay, AQF, bit error
rate dan throughput
I. PENDAHULUAN
Penyediaan sarana komunikasi nirkabel banyak
mendapatkan kendala. Pada jaringan nirkabel setiap
pengiriman sinyal selalu terjadi gangguan yang
mempengaruhi kinerja dan menurunnya kualitas sinyal yang
diterima. Gangguan yang sering terjadi disebabkan oleh
fading [1, 2]. Fading terjadi karena adanya bermacam-macam
penghalang dalam lintasan sinyal yang mempengaruhi dan
menurunnya kinerja serta merusak sinyal transmisi informasi
yang dikirim ke penerima. Pengaruh fading tersebut dapat
II. LANDASAN TEORI
A. Jaringan Kooperatif
Jaringan kooperatif diterapkan untuk mengatasi pengaruh
fading dan noise. Sistem jaringan kooperatif merupakan
proses pengiriman sinyal informasi secara broadcast ke
tujuan dan relay, kemudian sinyal yang diterima oleh relay
dimodulasikan terlebih dulu kemudian dikirimkan ke tujuan
[1, 7].
11
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.1 2016: 11-18
2) Jaringan Kooperatif Multi-hop Relay
Jaringan kooperatif multi-hop relay juga merupakan
pengembangan dari jaringan langsung. Sinyal yang dikirim
secara broadcast selain dikirim langsung dari sumber ke
tujuan sinyal, juga dikirim ke relay dan dari relay-relay
diteruskan ke tujuan. Jaringan multi-hop relay terdiri dari
sumber (S), banyak relay (R1, R2, ..., Rk) sebagai multi-hop
relay dan tujuan (D). Berbeda dengan jaringan kooperatif satu
relay, jaringan kooperatif multi-hop relay terdiri dari relayrelay disusun secara serial. Proses jaringan kooperatif multihop relay sinyal informasi dikirim secara broadcast
menggunakan perantara untuk sampai ke tujuan. Sinyal yang
dikirim dari sumber ke tujuan ada yang diterima oleh relayrelay dan diterima secara langsung oleh tujuan. Pada relay
sinyal informasi yang telah diproses pengaruh gangguannya
akan dilakukan pengabungan dengan sinyal informasi yang
dikirim langsung dari sumber ke tujuan dengan metode
penggabungan sebelum dikirim ke tujuan.
R
S
Direct
D
Gambar 1 Bentuk Jaringan Relay [1, 7]
1) Jaringan Kooperatif Satu Relay
Jaringan kooperatif satu relay menggunakan teknik
pemanfaatan node atau relay lain sebagai antena virtual
nirkabel, sehingga menghasilkan banyak antena dalam sistem
jaringan nirkabel. Jaringan relay merupakan pengembangan
dari jaringan komunikasi langsung. Sinyal yang dikirim dari
sumber ke tujuan selain mengunakan jaringan langsung,
sinyal dikirm juga ke relay. Relay ditambahkan sebagai node
baru untuk membentuk teknik diversitas spasial, sehingga
sinyal yang dikirim dari sumber ke tujuan yang mendapatkan
fading atau gangguan dapat diproses sinyalnya sesuai dengan
yang dikirim.
R1
Model jaringan satu relay yang terdiri dari sumber (S), relay
(R1, R2, ..., Rk) dan tujuan (D) disusun secara parallel. Proses
pengiriman suatu sinyal dari sumber dilakukan terhadap
semua jalur transmisi secara broadcast ke tujuan, relay
sebagai node lain juga menerima broadcast tersebut, sinyal
yang diterima relay diproses terlebih dahulu sehingga sinyalsinyal tersebut berkurang pengaruh fading atau noise,
kemudian dilanjutkan proses pengiriman ke tujuan dengan
sinyal sesuai dengan sinyal yang dikirim
direct
S
D
Gambar 3 Model Jaringan Multi-hop Relay [20]
Berdasarkan gambar diatas, Jaringan Multi-hop relay
terdiri dari jaringan langsung dari sumber ke tujuan dan dari
sumber menuju ke tujuan melalui beberapa node sebagai hop
relay.
B. Kanal Komunikasi
1) Kanal Additive White Noise Gaussion (AWGN)
Kanal Additive White Noise Gaussian (AWGN) adalah
kanal dimana sinyal informasi yang mempunyai gangguan
atau noise AWGN. Gangguan AWGN merupakan white noise
yang selalu ada dalam jaringan wireless. White Noise
bermakna gangguan yang terjadi tidak tergantung dengan
frekuensi sistem dan kerapatan spektrum tetap. Kanal ideal
merupakan kanal sinyal informasi tetapi tidak ada berubah
bentuk sinyal dengan kerapatan spektrum yang linear dan
respon frekuensi konstan.
R1
R2
direct
S
Rk
R2
D
Rk
Gambar 2 Model Jaringan Satu relay [15]
12
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
Pengiriman Data
Kanal
Ideal
+
Kanal
AWGN
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.1 2016: 11-18
(BPSK) dan Modulasi Quadrature Phase Shift Keying
(QPSK).
Penerima Data+
Noise AWGN
D. Protokol Relay
Dalam jaringan kooperatif relay ada beberapa protocol
relay yang digunakan diantaranya yaitu Amplify-and-Forward
(AF), Quantize-and-Forward (QF), Decode-and-Forward
(DF), dan protokol relay Amplify-Quantize-and-Forward
(AQF) [1, 2, 3, 8, 9, 10, 12, 16].
Fading + Noise AWGN
1) Amplify-and-Forward (AF)
Protokol AF merupakan protokol relay untuk
memperkuat sinyal pada relay sebelum dikirimkan ke tujuan.
Protokol AF akan mengukur sinyal yang diterima relay, bila
sinyal sinyal yang diterima dari proses propagasi pengiriman
terjadi gangguan baik fading maupun noise AWGN, sinyal
tersebut akan dikuatkan dan kemudian baru dikirim ke tujuan
Gambar 4. Pemodelan Kanal AWGN [17]
Noise AWGN merupakan gangguan yang sering
terjadi pada jaringan nirkabel, dimana mempunyai sifat
additive, white dan gaussian. Noise AWGN adalah gangguan
yang dapat ditambahkan sinyal dan tidak berpengaruh dari
frekuensi sistem dan besarnya tegangan gangguan
terdistribusi normal dan rapat daya konstan.
2) Quantize-and-Forward (QF)
2) Rayleigh Fading
Fading dapat diartikan sebagai perubahan fasa,
polarisasi dan level dari suatu sinyal terhadap waktu. Fading
biasanya terjadi pada jalur propagasi yang mengakibatkan
terjadinya refleksi sinyal, difraksi, dan rendaman gelombang
radio, sehingga terbentuk beberapa jalur yang berbeda dilalui
sinyal sampai pada penerima yang disebut multipath fading.
Karakteristik dari sinyal yang dipancarkan melalui jalur yang
berbeda sampai pada penerima dan digabungkan, maka
sinyal-sinyal tersebut berfluktuasi dan saling berinterferensi
membangun atau saling mengurangkan. Pengaruh fading akan
terjadi terhadap pelemahan sinyal dan menyebabkan
perubahan amplitudo. Selain itu fading juga dapat terjadi
karena adanya efek Doppler, hal ini terjadi karena perubahan
acak dimana pengguna bergerak dengan kecepatan relatif
terhadap pemancar. Pemodelan kanal multipath fading dapat
berupa distribusi Rayleigh [1, 3]. Pengaruh fading terhadap
level penerimaan sinyal dapat menguatkan serta melemahkan
sinyal sehingga terlihat bahwa sinyal tersebut berfluktuasi.
Protokol QF merupakan protokol relay yang
melakukan proses kuantisasi terhadap sinyal informasi yang
diterima dari sumber sebelum dikirim ke tujuan. Sinyal
informasi yang dikirim dari sumber secara broadcast diterima
oleh relay sebelum di kirimkan ke tujuan. Sinyal yang
mempunyai pengaruh fading dan noise selama proses
transmisi akan dilakukan kuantisasi oleh relay.
3) Amplify-Quantize-and-Forward (AQF
Protokol AQF merupakan protokol hybrid relay
jaringan kooperatif, protokol AQF merupakan proses
penguatan sinyal yangtelah di kuantisasikan pada relay
sebelum dikirim ke tujuan. Proses pengiriman sinyal
informasi dari sumber dikirim secara broadcast ke tujuan dan
relay-relay. Sinyal yang diterima oleh relay yang mempunyai
pengaruh fading dan noisediproses mengunakan kuantisasi
dan penguatan sinyal sebelum di lanjutkan pengiriman ke
tujuan.
E. Parameter Kinerja
C. Modulasi
Jaringan Teknik modulasi secara umum dapat dibedakan
dua jenis, yaitu modulasi analog dan modulasi
digital.Modulasi analog berbeda dengan modulasi digital
dalam sinyal informasi yang dikirim berupa sinyal analog dan
sinyal digital.
Modulasi digital merupakan proses memberi simbol atau
pengkodean informasi dari suatu sumber informasi sesuai
dengan proses transmisi. Nilai frekuensi dari sinyal carrier
digunakan sebagai modulasi, karena nilai frekuensi sinyal
carrier lebih tinggi dari nilai sinyal informasi, modulasi di
proses dengan mempresentasikan perubahan dari fasa,
amplitude
atau
frekuensi
sinyal
carrier
dan
mengkombinasikan nilai-nilai tersebut dengan sinyal
informasi. Modulasi digital mempunyai beberapa jenis
diantaranya adalah Modulasi Binary Phase Shift Keying
1) Bir Error Rate
Bit Error Rate merupakan perbandingan antara jumlah
kesalahan bit yang diterima dengan jumlah total bit yang
diterima atau dikirim, besaran perbandingan ini merupakan
ukuran kualitas sinyal dalam suatu sistem komunikasi digital.
Jumlah kesalahan bit tersebut terjadi karena ada pengaruh
noise, gangguan distorsi, atau kesalahan bit singkronisasi.
Pengukuran Bit error rate hanya pada sistem komunikasi
digital dan pada level baseband. Tingkat kesalahan bit dapat
ditunjukkan dalam rumus matematika sebagai berikut [4].
𝑩𝑬𝑹 =
13
𝑱𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒃𝒊𝒕 𝒔𝒂𝒍𝒂𝒉
𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒃𝒊𝒕 𝒚𝒂𝒏𝒈 𝒅𝒊𝒌𝒊𝒓𝒊𝒎
(1)
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.1 2016: 11-18
Jika Bit error rate salam suatu sistem komunikasi digital
terlalu tinggi maka sistem akan dikatakan gagal. Dalam sistem
komunikasi digital suara maksimum Bit error rate yang
diizinkan sebesar 10-3 , sedangkan untuk sistem komunikasi
data sebesar 10-6.
sinyal informasi pada relay dilakukan dengan protokol
Amplify-Quantize and Forward (AQF) sebelum di lanjutkan
ke tujuan.
M ULAI
2) Throughput
S T U D I L IT E R A T U R E
Throughput adalah besarnya ukuran jumlah sinyal data
informasi sebenarnya yang terukur dalam satu satuan waktu
tertentu yang dikirimkan dari sumber ke tujuan. Besarnya
jumlah data bit informasi yang diterima pada tujuan dapat
memperlihatkan kinerja suatu sistem. Dengan demikian,
throughput merupakan salah satu indikator atau parameter
kondisi kinerja dari suatu sistem jaringan transmisi data. Nilai
throughput dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut
[8] :
M O D E L S IS T E M
S IM U L A S I K E R J A
T id a k
H A S IL S IM U L A S I
𝑻𝒉𝒓 = {𝟏 − 𝑩𝑬𝑹} ∗ 𝑹
Ya
(2)
A N A L IS A H A S IL
dimana, Thr merupakan nilai throughput, BER adalah nilai
Bit Error Rate dan R adalah bit rate (data rate transmisi).
P E N U L IS A N L A P O R A N
Dari persamaan tersebut nilai throughput ditentukan
oleh besarnya nilai BER pada sistem. Dalam hal ini besarnya
throughput pada sistem secara langsung dipengaruhi oleh
BER, dimana nilai BER yang tinggi akan mengakibatkan nilai
throughput menjadi rendah.
SELESAI
Gambar 5 Diagram Alir Tahapan Penelitian
III. RANCANGAN
Objek rancangan dari penelitian adalah jaringan kooperatif
multi-hop relay. Sedangkan objek khususnya adalah kinerja
jaringan kooperatif multi-hop relay berbasis protokol AQF.
Penelitian ini dilakukan dengan membuat pemodelan
sistem dan algoritma kinerja jaringan koopertaif multi-hop
relay dengan protokol AQF menggunakan simulasi sesuai
dengan topologi yang direncanaan. Pemodelan simulasi yang
dirancang menggunakan software simulasi Matlab. Simulasi
digunakan untuk menganalisis Bit Error Rate dan throughput
dari jaringan kooperatif relay multi-hopmenggunakan
protokol AQF. Rancangan model jaringan multi-hop relay
terdiri dari sumber (S), banyak relay (R1,R2, …, Rk) sebagai
multi-hop relay dan tujuan (D). Jaringan kooperatif multi-hop
relay ditempatkan secara serial, seperti terlihat pada gambar
3.
Berbeda
dengan
pengiriman
sinyal
informasi
menggunakan jaringan secara langsung (direct), pengiriman
sinyal dari sumber langsung ke tujuan tanpa membutuhkan
perantara. Untuk jaringan kooperatif multi-hop relay,
pengiriman sinyal informasi dilakukan secara broadcast
menggunakan perantara untuk sampai ke tujuan. Sinyal yang
dikirim dari sumber melalui relay-relay dan pada relay sinyal
informasi diproses sebelum dikirim ke tujuan. Pengolahan
IV. MODEL SISTEM DAN ANALISA KINERJA
A. Model Sistem
Model sistem dari jaringan kooperatif multi-hop relay,
terdiri dari node sumber (S) yang berkomunikasi dengan
tujuan node (D) melalui dua buah relay yang disusun seri.
seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 6 Model Sistem Jaringan Kooperatif
Sistem komunikasi jaringan kooperatif seperti gambar di
atas menggunakan transmisi half-duplex dan setiap node
14
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.1 2016: 11-18
mempunyai sebuah antena dan modulasi yang digunakan
adalah BPSK,
Dari gambar 6. model sistem komunikasi jaringan
kooperatif. Mengambarkan bahwa sinyal ditransmisikan dari
sumber ke relay (S–R), dari relay ke relay (R–R) dan dari
relay ke tujuan (R–D), serta sinyal yang ditransmisikan secara
langsung dari sumber menuju tujuan (S–D), diasumsikan
dipengaruhi oleh noise AWGN dan koefisien rayleigh fading
( hi ).
Skenario awal sinyal xs ditransmisikan melalui saluran
informasi dari sumber (S) ke tujuan (D). Sinyal pertama
diterima pada relay 1 (R1) dengan nilai y1 sesuai persamaan
sebagai berikut :
Untuk hop ke empat, nilai sinyal yrd yang diterima pada
node tujuan (D) didapat dapat dari perkalian koefisien fading
hrd dengan nilai sinyal y3 dan koefisien penguatan dan
kuantisasi β3 ditambah dengan nilai gaussian n4.
𝒚𝒓𝒅 = 𝒉𝒓𝒅 . 𝜷𝟑 . 𝒚𝟑 + 𝒏𝟒
= 𝒉𝒓𝒅 . 𝜷𝟑 . (𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒉𝒔𝒓 . 𝒙𝒔 +
𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒏𝟏 + 𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒏𝟐 + 𝒏𝟑 ) + 𝒏𝟒
= 𝒉𝒓𝒅 . 𝜷𝟑 . 𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒉𝒔𝒓 . 𝒙𝒔 +
𝒉𝒓𝒅 . 𝜷𝟑 . 𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒏𝟏 +
𝒉𝒓𝒅 . 𝜷𝟑 . 𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒏𝟐 + 𝒉𝒓𝒅 . 𝜷𝟑 . 𝒏𝟑 + 𝒏𝟒
̂𝒓𝒅 = 𝑸. (𝒚𝒓𝒅 )
𝒚
𝒚𝟏 = 𝒉𝒔𝒓 𝒙𝒔 + 𝒏𝟏
̂𝟏 = 𝑸(𝒚𝟏 )
𝒚
Untuk nilai sinyal yang di transmisikan langsung dari
sumber menuju tujuan adalah ysd dengan persamaan sebagai
berikut:
(3)
Dimana hsr merupakan koefisien fading dari sumber ke
relay 1, n1 sebagai nilai gaussian AWGN pada hop pertama.
Nilai sinyal y1 dan sinyal xr1 dari relay 1 yang ditransmisikan
menuju ke relay R2 dikalikan dengan nilai koefisien fading
hr1 dan koefisien penguatan β1, sesuai persamaan berikut:
𝒚𝒔𝒅 = 𝒉𝒔𝒅 . 𝒙𝒔 + 𝒏𝒔𝒅
(4)
Dengan hr1 koefisien fading pada hop kedua dari R1
menuju R2 , n2 adalah nilai gaussian AWGN pada R2.
Sedangkan β1 koefisien penguatan setelah proses kuantisasi
dilakukan untuk mengurangi noise dan fading.
Langkah selanjutnya sinyal y2 ditransmit dari R2 menuju
R3yang merupakan hop ketiga, dan nilai sinyal y2dikalikan
dengan hr2 koefisien fading dan β2 koefisien penguatan setelah
proses kuantisasi serta ditambah dengan nilai gaussian n3,
sinyal yang diterima pada R3 dengan bernilai y3, seperti pada
persamaan berikut ini.
𝒚𝑫 = 𝒚𝒔𝒅 +
𝒚𝒓𝒅
(8)
B. Analisa Kinerja
1) Hasil Simulasi Sinyal-sinyal pada Sistem Jaringan
Kooperatif Multi-hop.
Model sistem jaringan kooperatif yang terdiri dari satu
sumber pengirim, 3 (tiga) relay dan satu penerima yang di
susun secara seri. Sinyal yang ditransmisi dari sumber menuju
tujuan akan dipengaruhi oleh noise AWGN dan rayleigh
fading sehingga sinyal yang diterima tidak sesuai dengan yang
ditransmisikan.
𝒚𝟑 = 𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒚𝟐 + 𝒏𝟑
= 𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . (𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒉𝒔𝒓 . 𝒙𝒔 + 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒏𝟏 +
𝒏𝟐 ) + 𝒏𝟑
= 𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒉𝒔𝒓 . 𝒙𝒔 + 𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒏𝟏
+𝒉𝒓𝟐 . 𝜷𝟐 . 𝒏𝟐 + 𝒏𝟑
̂𝟑 = 𝑸. (𝒚𝟑 )
𝒚
(7)
Dimana hsd merupakan koefisien fading sinyal dari
sumber menuju tujuan, sedangkan xs sinyal yang
ditransmisikan dari sumber menuju tujuan dam nsd nilai
masukkan gaussian AWGN sumber menuju tujuan.
Sinyal yang diterima dari pengolahan informasi dengan
sistem kooperatif dan transmisi langsung belum memberikan
pengurangan pengaruh noise dan juga belum memberikan
sinyal yang sempurna seperti bentuk sinyal yang dikirim,
sehingga perlu teknik pengabungan untuk mengeleminasi
sinyal informasi yang masih dipengaruhi fading. Hal ini
dilakukan menggunakan metode Maximum Ration Combining
(MRC) dengan persamaan sebagai berikut :
𝒚𝟐 = 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒚𝟏 + 𝒏𝟐
= 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . (𝒉𝒔𝒓 . 𝒙𝒔 + 𝒏𝟏 ) + 𝒏𝟐
= 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒉𝒔𝒓 . 𝒙𝒔 . + 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒏𝟏 + 𝒏𝟐
̂𝟐 = 𝑸. (𝒚𝟐)
𝒚
(6)
Dengan adanya noise dan fading mempengaruhi
kinerja sistem jaringan kooperatif. Oleh sebab itu sistem
komunikasi jaringan kooperatif membutuhkan metode atau
protokol untuk memperbaiki sinyal yang diterima pada relay
atau tujuan. Simulasi sistem komunikasi jaringan kooperatif
yang dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari multi-hop
relay dengan metode atau protocol AQF dengan teknik spatial
diversity yang didasarkan pada Bit Error Rate dan throughput.
Teknik diversity merupakan suatu teknik dimana sinyal
(5)
Dimana hr2 koefisien fading saluran pada hop ketiga yang
dikalikan nilai koefisien penguatan gain β2 setelah proses
kuantisasi dari node R2 dan nilai sinyal y2 serta ditambahkan
n3 nilai masukkan Gaussian AWGN dari R2 menuju R3.
15
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.1 2016: 11-18
informasi dikirim melalui beberapa saluran yang berbeda.
Kuat sinyal replika yang diterima dari beberapa saluran
pengiriman tersebut akan diproses dengan melakukan
combining untuk mendapatkan estimasi sinyal data yang
dikirimkan.
2) Nilai Bit Error Rate pada Sistem Jaringan Kooperatif
Multi-hop Relay
a. Jumlah Hop yang Berbeda dengan Protokol AQF
Pengaruh kinerja suatu sistem jaringan kooperatif
dimana Bit Error Rate (BER) sebagai parameter untuk dasar
mengukur kinerja sistem. Sistem jaringan koopertif multi-hop
relay menggunakan dua hop memiliki kinerja paling baik dari
jaringan yang menggunakan tiga hop dan empat hop dengan
protokol yang sama.
Gambar 8 Bit Error Rate Jaringan Kooperatif Multi-Hop 2 relay ( 3 Hop)
dengan menggunakan protokol AF, QF dan Proposed AQF
3) Throughput Jaringan Kooperatif Multi-hop Relay
a. Throughput Protokol AQF dengan Hop yang Berbeda
Gambar 7 Nilai Bit Error Rate pada Jaringan Kooperatif Multi-Hop Relay
Menggunakan Protokol AQF dengan 4 Hop, 3 Hop dan 2 Hop serta Jaringan
Direct
Grafik sinyal yang berwarna hitam menunjukkan
jaringan langsung dari sumber menuju tujuan tanpa adanya
relay, grafik yang berwarna biru memperlihatkan jaringan
kooperatif dengan satu relay menggunakan protokol AQF.
Sedangkan grafik yang berwarna merah merupakan jaringan
kooperatif 4 hop dengan tiga relay dan grafik berwarna hijau
menunjukkan jaringan kooperatif 3 hop dengan dua relay.
Gambar 9 Throughput Jaringan Kooperatif Multihop Relay menggunakan
protokol AQF dengan jumlah Hop yang berbeda.
Gambar 9 menunjukkan hasil simulasi jaringan
kooperatif Multi-hop relay menggunakan protokol AQF
dengan jumlah hop yang berbeda. Throughput pada sistem
jaringan kooperatif Multi-hop relay dipengaruhi oleh
besarnya Bit Error Rate, pada kondisi Bit Error Rate bernilai
nol maka throughput akan maksimal. Sebaliknya pada kondisi
Bit Error Rate tinggi akan membuat throughput pada sistem
kecil, dari grafik dapat dilihat throughput dengan 2 hop
semakin meningkat dibandingkan jaringan kooperatif dengan
tiga hop dan empat hop.
Pada saat SNR bernilai 10 dB nilai throughput jaringan
kooperatif menggunakan protokol AQF dengan dua hop
mencapai 50 Mbps, untuk tiga hop mencapai nilai 49,6 Mbps
dan 49,8 Mbps untuk jaringan kooperatif dengan empat hop.
Hasil ini menunjukkan bahwa semakin banyak hop yang
b. Jaringan Kooperatif Multi-hop Relay dengan Protokol
Berbeda AF, QF dan AQF
Jaringan kooperatif menggunakan protokol AF pada
kondisi SNR 10 dB nilai Bit Error Rate yang didapat lebih
kecil dari yang menggunakan protokol QF dan AQF yang
menjadi fokus penelitian. Nilai Bit Error Rate menggunakan
protokol AF didapat sekitar 0,5 x 10-3 , yang mengunakan
protokol QF menghasilkan Bit Error Rate 8 x 10-3, sedangkan
hasil Bit Error Rate untuk protokol AQF didapat sebesar 4,5
x 10-3, hasil Bit Error Rate menggunakan protokol AQF lebih
besar dari sistem jaringan kooperatif menggunakan protokol
AF.
16
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.1 2016: 11-18
digunakan maka nilai throughput yang di hasilkan semakin
kecil, hal ini dapat disimpulkan bahwa semakin banyak
jumlah hop maka nilai kesalahan sinyal yang di terima
semakin besar, throughput yang diterima semakin kecil.
hop) dengan protokol yang berbeda AQF, AF dan QF
telah dilakukan analisa, dimana jaringan kooperatif
multi-hop relay dengan protokol AF lebih baik dari
jaringan kooperatif menggunakan protokol AQF dan QF
dalam kondisi asumsi jarak yang tidak berbeda.
Sedangkan untuk jaringan koopertif multi-hop relay
menggunakan protokol AQF lebih baik dari jaringan
kooperatif multi-hop relay menggunakan QF.
b. Perbandingan Throughput Protokol AF, QF dan AQF
Hasil throughput yang terlihat jaringan kooperatif dengan 3
hop menggunakan dua relay yang disusun serial, jaringan
kooperatif yang menggunakan protokol AQF besarnya
throughput semakin meninggkat begitu juga yang
menggunakan protokol AF dan QF. akan tetapi besarnya nilai
throughput lebih baik jaringan kooperatif 3 hop menggunakan
protokol AF dari yang menggunakan AQF. Pada SNR = 10
dB nilai throughput protokol AF mencapai 50 Mbps,
selanjutnya yang menggunakan protokol AQF nilai
throughput sebesar 49,8 Mbps, sedangkan menggunakan
protokol QF nilai throughput sebesar 49,5 Mbps. Simulasi
sistem menggunakan protokol AF menghasilkan unjuk kerja
yang lebih baik dari sistem yang menggunakan protokol AQF
dan QF. Hal ini terjadi karena penguatan dan kuantisasi sinyal
yang diberikan tidak dapat mengimbangi pelemahan sinyal
akibat pengaruh fading ketika transmisi dilakukan.
REFERENSI
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
Gambar 10 Throughput Jaringan Kooperatif Multi-hop Relay 3 Hop dengan
metode transmisi yang berbeda yaitu menggunakan protokol AF, AQF dan
QF.
[12]
V. KESIMPULAN
Dari hasil simulasi jaringan kooperatif multi-hop relay
dengan beberapa kondisi sistem, maka didapat beberapa
kesimpulan sebagai berikut:
1.
Kinerja Bit Error Rate dan throughput dari sistem
jaringan kooperatif multi-hop relay dengan protokol
AQF dari hasil analisis menunjukkan kinerja jaringan
menggunakan 2 hop lebih baik dibandingkan dengan 3
hop dan 4 hop, dimana jarak dari sumber ke relay dan
dari relay ke relay serta relay ke tujuan tidak berbeda.
2. Kinerja Bit Error Rate dan throughput dari sistem
jaringan kooperatif multi-hop menggunakan dua relay (3
[13]
[14]
[15]
[16]
17
C.A. Conne, “Cooperative Diversity in Wireless Transmision: Multihop Amplify-and-Forward Relay System,” Thesis, Departement of
Electrical and Computer Engineering, Queen’s University, Kingston.
Ontario, Canada. 2009.
Yusnidar, “Analisis Bit Error RateThroughput Jaringan Relay
Nirkabel dengan Metode Applify-Quantize and Forward
(AQF), ”Skripsi, Lab.Telkomunikasi Jurusan Teknik Elektro Fakultas
Teknik, Universitas Syiah Kuala Unsyiah, Banda Aceh, Indonesia,
2013.
M. K. Simon and M. Alouini, “Digital Communication over Fading
Channels”, Second Edition, Wiley & Sons Publication, Canada, 2005.
Irfan Ali, “Bit-Error-Rate (BER) Simulation Using MATLAB”,
International Journal of Engineering Research and Application, Vol. 3,
Issue 1, pp. 706-711, January, 2013.
A. S. Avestimehr and D. N. C. Tse , “Outage Capacity of the Fading
Relay Channel in the Low SNR Regime”, IEEE Transaction on
Information Theory, Vol. 53, No.4, pp.1401-1415, 2007.
J. Cao, L.Yang and Z. Zhong, “Performance of Multihop Wireless
Links over Generalized-KFading Channels,” IEEE Vehicular
Technology Conference Fall, 2010.
J. Mohammadi, F. Gao, Y. Rong and W. Chen, “Joint source and relay
design for two-hop amplify-and-forward relay network with QoS
constraints,” EURASIP Journal on Wireless Communication and
Networking, Vol.108, April , 2013.
A. Steinerand S. Shamai, “Single-User Broadcasting Protokols over a
Two-Hop Relay Fading Channel, ” IEEE Transactions on Information
Theory, Vol. 52, No. 11, pp. 4821-4838, November, 2006.
A. H. Mohammed, B. Dai, B. Huang, and M. Azhar,“A Survey and
Tutorial of Wireless Relay Network Protokols based on Network
Coding, ” Elsevier Journal Network and Computer Applications, Vol.
36, No. 2, pp. 593-610, March. 2013.
M. R. Souryal and H.You, “Quantized-and-Forward Relaying with Mary Phase Shift Keying”, IEEE WCNC Proseeding, Gaithersburg,
Maryland, USA.February, 2008.
I. Avram, N. Aerts and M. Moeneclaey, “A Novel Quantize-andForward Cooperative System: Channel Parameter Estimation
Techniques,” Future Network and Mobile Summit 2010 Conference
Proceedings,2010.
Jovan Stosic and Zoran Hadzi-Velkov.“Bit Error Rateof Multi-hop
Relay Systems in Various Fading Channels” Springer ICT Innovations
2009, pp 177-186, 2010.
A. Yazlin, A. Mustofa, dan M. F. E. Purnomo,“Performansi Sistem
Komunikasi Kooperatif Menggunakan Teknik Amplify and Forward
(AF) dengan Modulasi Quadrature Phase Shift Keying (QPSK),”
Jurnal TEUB Universitas Brawijaya, Vol. 1, No. 3, 2013.
Q. T. Zhang, “Maximal Ratio Combining over Nakagami Fading
Channels with an Arbitrary Branch Covariance Matrix”, IEEE
Transaction on Vehicular Technology, Vol. 48, No. 4, July, 1999.
M. Torabi, W. Ajib and D. Haccoun, “Performance Analysis of
Amplify-and-Forward Cooperative Netwrok with Relay Selection
over Rayleigh Fading Channels”, IEEE 69thVehicular Technology
Conference,2009.
H. Q. Ngo and E.G. Larsson, “Linear Multihop Amplify-and-Forward
Relay Channels: Error Exponent and Optimal Number of Hops”, IEEE
KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
e-ISSN: 2252-7036
Vol.1 No.1 2016: 11-18
Transaction on Wireless Communication, Linkoping University,
Sweden. 2011.
K. Schwieger and G. Fettweis,“Power and Energy Consumption for
Multi-Hop Protokols: A Sensor Netwrok Point of View,” International
Workshop on Wireless Ad-hoc Network (IWWAN), Dresden
University of Technology, Dresden, Germany, 2005.
B. Maham, A. Behnadand M. Debbah , “Analysis of Bit Error Rateand
Throughput for Half-Duplex Hybrid-ARQ Relay Channels,” IEEE
Transactions on Vehicular Technology, Vol. 61, No. 7, pp. 3061-3070,
2012.
G. Wibisono and S. Mayang, “Unjuk Kerja Teknik Diversitas SC di
Pengirim dan MRC di Penerima Pada Kanal Fading Nakagami dengan
Andanya Co-channel Interference”.IES, Politeknik Elektronika Negeri
Surabaya – ITS, Indonesia, 2005.
A. Sengupta, I-H Wangand C. Fragouli,“Cooperative Relaying at
Finite SNR – Role of Quantized-Map-and-Forward”, IEEE
Transactions on Wireless Communication, 2009.
W. Su, A.K.Sadek, and K.J.R. Liu,“Cooperative Communication
Protokols in Wireless Networks: Performance Analysis and Optimum
Power Allocation”, Wireless Personal Communications, Vol. 44, No.2,
pp. 181-217, January, 2008.
UCAPAN TERIMA KASIH
Bagian (heading)/seksi ucapan terima kasih dan referensi
tidak boleh diberi nomor.
Tim Publikasi JTE ingin mengucapkan terima kasih kepada
Bapak ………… atas kontribusinya dalam perbaikan
template ini.
Alfian 1209200200002 lahir di Banda Aceh 6 Oktober 1973. Pada tahun
2007 lulus S1 pada Program Ekstensi Teknik Elektro Universitas Syiah Kuala.
Kegiatan yang pernah workshop School on Internet pada SOI-Asia Project,
Anggota team Implementasi jaringan Fiber Optik Universitas Syiah Kuala
dan operaor distance learning SOI-Asia Projects.
18