ANALISIS KINERJA SMART ANTENNA MENGGUNAKAN ALGORITMA LMS DAN RLS PADA WIMAX IEEE 802.16E
(ANALYSIS PERFORMANCE OF SMART ANTENNA USING LMS AND RLS ALGORITHM IN WIMAX IEEE 802.16E)
I.g.n Putu Suardika Putra¹, Heroe Wijanto², Gelar Budiman³
¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom
Abstrak
Sistem komunikasi bergerak pada umumnya menggunakan antena yang memiliki beam tetap. Smart antenna merupakan antena susunan adaptif yang bisa mengubah pola radiasi atau parameter-parameter lain sesuai dengan perubahan parameter-parameter sinyal yang akan datang. Smart antenna tersebut akan mengarahkan pola radiasinya secara maksimum menuju sinyal yang dituju dan meminimumkan pengarahannya pada sinyal pengganggu. Diharapkan dengan penggunaan smart antenna tersebut akan meningkatkan kinerja dari sistem komunikasi bergerak.
Tugas akhir ini menganalisis kinerja smart antenna yang menggunakan algoritma least mean square (LMS) dan Recursive least square (RLS ) pada sistem WiMAX. Algoritma LMS dan RLS tersebut akan meminimalisasikan penjumlahan kuadrat estimasi error pada pembobotan elemen antena. Simulasi ini akan menganalisis mean square error (MSE) terhadap signal to noise ratio (SNR) menggunakan parameter uji berupa jumlah user yang diinginkan, jumlah interferensi, jumlah antena, dan jumlah subcarrier. Serta simulasi ini akan menganalisa kualitas sinyal dengan mengamati signal to noise and interference ratio (SNIR) terhadap perubahan besarnya jumlah interferensi.
Hasil yang didapatkan adalah kinerja smart antenna semakin baik pada penggunaan algoritma RLS yang ditunjukkan pada grafik MSE yang cenderung semakin menurun pada peningkatan SNR dalam skala 0 dB sampai dengan 20 dB dan besarnya nilai SNIR pada kondisi ideal, yaitu sebesar 21,5dB. Penurunan MSE akan dipengaruhi oleh pengurangan sinyal pengganggu, penambahan jumlah antena, pengurangan jumlah subcarrier, lambatnya pergerakan yang dilakukan oleh user. Peningkatan nilai SNIR ditunjukkan dengan memperlambat kecepatan user. Pada kondisi
multiuser dengan menggunakan 4 elemen antena, simulasi memberikan satu beam untuk 4 user yang berdekatan,yaitu pada sudut kedatangan 00, 100, 200 dan 300. Nilai mean square error hasil algoritma LMS lebih cepat konvergen mendekati nol dibandingkan nilai mean square error hasil algoritma RLS. Nilai forgetting factor dan ste-size optimum yang diperoleh dari simulasi ini adalah sebesar 0,9.
Kata Kunci : beam, smart antenna, least mean square, Recursive least square, mobile WiMAX, forgetting factor, step-size
Abstract
Mobile communication systems typically use an antenna that has a fixed beam. Smart antenna is an adaptive array antenna that can change the radiation pattern or other parameters in
accordance with changes in signal parameters that will come. Smart antennas will direct the maximum radiation pattern toward the target signal in the signal direction and minimize distractions. Hopefully, with the use of smart antennas will improve the performance of mobile communication systems.
This thesis analyze the performance of smart antenna using least mean square algorithm (LMS) and Recursive least square (RLS) in WiMAX systems. LMS and RLS algorithm will minimize the sum of the squared estimation error in the weighting of the antenna elements. This simulation will analyze the mean square error (MSE) of the signal to noise ratio (SNR) using the test
parameters of the desired number of users, amount of interference, the number of antennas, and the number of subcarriers. And this simulation will analyze the signal quality by observing the signal to noise and interference ratio (SNIR) against changes in the amount of interference. The result is better performance of smart antenna on the use of the RLS algorithm is shown on the graph of MSE which tends to decrease on increasing the SNR in the scale of 0 dB to 20 dB and the value of SNIR in ideal conditions, that is equal to 21.5 dB. The decrease of MSE will be
affected by the reduction in confounding signals, increasing the number of antennas, reducing the number of subcarriers, the slow movement performed by the user. Increasing the value of SNIR is indicated by slowing the speed of the user. On multiuser using four antenna elements, the simulation gives a beam adjacent to four users, namely the arrival at an angle of 00, 100, 200 and 300. Mean square error value results LMS algorithm converge faster than the value approaches zero mean square error of the RLS algorithm. Algorithm use forgetting factor value Ste-factor and the optimum size of the simulation is set at 0.9.
Keywords : beam, smart antenna, least mean square, Recursive least square, mobile WiMAX, forgetting factor, step-size
I
B
A
B
N
A
U
L
U
H
A
D
N
E
P
1 . 1 LatarBelakang Pada masa sekarang dan masa yang akan datang ,teknolog ikomunikas inrikabe lptia u a t a r a b e l broadband wireles sakan teru sberkembang dengan pesat .Ha lin ite jrad iuntuk k n a k h u t u b m e m g n a y a n u g g n e p n a t u t n u t i h u n e m e m omunikas ikecepatan itnggi ,kapastia sbesa r . i g g n it g n a y s a ti li b o m t a k g n it n a g n e d u t n e t a tr e s ) d n a b d a o r b ( Moblie WiMAXmerupakansolus i s s e l e r i w d n a b d a o r b yang memungkinkan konvergens ija irngan moblie dan ifxed broadband o i d a r s e s k a i g o l o n k e t u t a s i u l a l e m broadband lua sdanarstiekturj a irnganyang lfeksibel .Moblie n a k a n u g g n e m , E E E I h e l o n a k r a d n a t s i d g n a y E i s i v e r X A M i W n a k a p u r e m g n a y X A M i W i g o l o n k e t g n u k u d n e m n a d M D F O i g o l o n k e t smar tantenna .A -ir interface pada moblie WiMAX n a k p a r e n e m Orthogona lFrequency Mulitple Access (OFDMA )untuk memperoleh performa h t a p it l u m yangl ebihbaikpada ilngkunganNonLineO fSight( NonLOS .) Meilha tbahwa kecenderungan pengguna komunikas ibergerak semakin banyak yang r o t a r e p o n a d r o d n e v a k a m , k if a rt n a k t a k g n i n e m i tr a r e b telekomunikas iharu smemperbesa r n i k a m e s g n a y a n u g g n e p p u k g n a c n e m t a p a d a g g n i h e s a y n i k il i m i d g n a y n a g n ir a j s a ti s a p a k . k a y n a b Kecenderungan in isudah mula iterilha tdar isistem generas ikedua sistem komuikas i t i s a r e n e g e k t u j n a lr e b s u r e t n a k a n a d k a r e g r e b iga yang akan diperkenalkan secara lua .s r o t a r e p O -operato rpe lrumempe lrua sdayapanca rkearahpenggunanyas ajadenganmemperkeci l a g g n i h e s , ) r e r e f r e t n i( u g g n a g g n e p i a g a b e s n a k t a r a b ii d g n a y n i a l a n u g g n e p a d a p e k a y n a y a d a n e t n a r a c n a p a y a d i s n e i s if e base staiton akan meningka.t Saa tini ,satu teknik yang mungkin h a l a d a r a l u l e s s a ti s a p a k n a k i a n e k n a k ij n a j n e m smar tantenna atau antenna adapitve, yatiu u t n e tr e t l a y n i s a d a p a y n n a r a c n a p n a k t a s u m e m k u t n u n a k n i k g n u m e m u p m a m g n a y i g o l o n k e t a a g g n i h e s n a k n i g n ii d g n a y kanmengurangii nterferensi .Teknologii nij ugamampumemecahkan e k o i d a r l a y n i s n a k k a r e g g n e m n a g n e d n a k u k a li d a y n a jr e k a r a C . s k e l p m o k g n a y a d a p h a l a s a m e k a y n n a k r a b e y n e m n a k u b , n a k n i g n ii d g n a y n a r a s a s seluruh sel ,ha lin iakan meningkatkan r a j s a ti s a p a k ingan. i n i r i h k a s a g u t a d a P dianailsa kine jra smar tantenna menggunakan algortima RLS dan i n i fi t p a d a a m ti r o g l A . k a r e g r e b i s a k i n u m o k a d a p a y n i s n a m r o f r e p n a k t a k g n i n e m n a k a g n a y S M Ln a u l u h a d n e P I b a B Anailsi sKinejraSmar tAntenna MenggunakanAlgortimaLMSdanRLSPadaWIMAXI EEE802.16 2 e p a d a p r o r r e i s a m it s e t a r d a u k n a h a l m u j n e p n a k i s a s il a m i n i m e m k u t n u i s g n u f r e b mbobotan m e t s i s a n e t n a n e m e l e smar tantenna . 2 . 1 Tujuan : h a l a d a i n i ri h k a s a g u t n a t a u b m e p i r a d n a u j u t n u p a d A . 1 Mengetahu ispesi ifkas iantenasusunan yangt epa tdalam penerapan smar tantenna pada 6 1 . 2 0 8 E E E I X A M i W . 2 Melakukan simulas ianailsi skine jra smar tantenna dengan menggunakan Algortima S L R n a d S M L padasistemWiMAXI EEE802.16 . 3 Meilha tkine jra dar ihasi lsimulas ialgortima RLS dan LMS diitnjau dar i berbaga i n a h a b u r e p p a d a h r e t a n n e t n a n a n u s u s i s a i d a r a l o p n a d R I N S , E S M : u ti a y r e t e m a r a p h a l m u j r e t e m a r a p susunan antena ,jumlah interferensi ,jumlah user ,jumlah subcarrier l a y n i s a d a p usernya,j umlahdatas ampe,ls udu tkedatanganuser ,besarnyanlia iforgetitng r o t c a f dannlia is -tep size. 3 . 1 RumusanMasalah l a d i ti l e ti d n a d i j a k i d n a k a g n a y n a h a l a s a m r e p n u p a d A amt uga sakhrii n iadalah: . 1 Bagaimanakah spesi ifkas iantena susunan yang tepa tdalam penerapan smar tantenna 6 1 . 2 0 8 E E E I X A M i W a d a p . 2 Bagaimanakah kine jrasistem smar tantenna ap d a simulas ipenggunaanalgortima LMS n a d RLSsistemWIMAX802.16 . 3 Bagaimanakah pengaruh perubahan paramete r jumlah susunan antena , jumlah r e s u h a l m u j , i s n e r e f r e t n i ,jumlah subcarrier pada sinya lusernya ,jumlah data sampe,l , r e s u n a g n a t a d e k t u d u s nlia iforgetitng f actor dannlia is -tep size terhadap besarnya nlia i li s a h n a d R I N S , E S M pola radias iyang didapatkan pada sistem komunikas ibergerak t u b e s r e t 4 . 1 BatasanMasalah : n i a l a r a t n a i n i ri h k a s a g u t m a l a d s a h a b i d n a k a g n a y h a l a s a m i r a d n a s a t a b n u p a d A
n a u l u h a d n e P I b a B Anailsi sKinejraSmar tAntenna MenggunakanAlgortimaLMSdanRLSPadaWIMAXI EEE802.16 3 . 1 Antenasusunanyangdipergunakanpadapeneilitani n iadalah ilnear denganpenggunaan 4 elemenantenna . 2 Paramete rkine jrayangdiuijkan ,antaral ainMSE ,SNIRdanpolar adiasis usunanantenna r e s u 3 n a k a n u g g n e m n a g n e d interferece . 3 Simulas idenganmengggunakans o tfwareMaltab7.4.0.287( R2007a). 5 . 1 Hipotesi s m ti r o g l a n a d S L R a m ti r o g l a n a a n u g g n e P aLMSpadasmar tantennapada WiMAXIEEE s a ti l a u k i k i a b r e p m e m n a d m e t s i s a jr e n i k n a t a k g n i n e p n a k ir e b m e m e 6 1 . 2 0 8 kine jra sistem i s a k i n u m o k bergerak. 6 . 1 Keluaranyangdiharapkan i s e p s i u h a t e k i d t a p a d i n i r i h k a s a g u t n a it il e n e p a d a p n a k u k a li d g n a y a s il a n a i r a D ifkas i a n n e t n a t r a m s yang tepa tuntuk standa rIEEE 802.16e dengan melakukan simulas iterhadap S L R a m ti r o g l a dan algortima LMS sebaga ialgortima adapit fyang membe irkan perbaikan k a r e g r e b i s a k i n u m o k a d a p a jr e n i k ini . Sehingga akan membe irkan penggunaan daya dan . k i a b n i k a m e s g n a y i s a i d a r a l o p a tr e s n e i s if e h i b e l g n a y i s n e u k e r f m u rt k e p s 7 . 1 Metodologi :t u k ir e b i a g a b e s e d o t e m a p a r e b e b n a g n e d n a k a jr e k i d n a k a i n i ri h k a s a g u T . 1 Studil tieratu r Mempelajar ibeberapareferens imengena ismar tantenna ,antenna susunan ,algortima S M L , algortima RLS, komunikas i bergerak pada WiMAX IEEE 802.16e dan n a a n u g g n e p sotfwareMaltab. Melakukandiskus idankonsutlas idengandosendant eman. . 2 Desaindanperancangans istem PerancanganalgortimaLMSdanRLSpadasmar tantennapadaWiMAXI EEE802.16 . 3 Simulasis istem
n a u l u h a d n e P I b a B Anailsi sKinejraSmar tAntenna MenggunakanAlgortimaLMSdanRLSPadaWIMAXI EEE802.16 4 Pencatatans emuadatayangt eramat ipadas aats imulas id liakukan . 4 Anailsi skine jras istem Prose sevaluas idan anailsis t erhadaphasi lyangdidapatkan selamapengamatan t erhadap k u k a li d h a l e t g n a y i s a l u m i s a n . 5 Kesimpulan Mena irks ebuahkesimpulans esua idenganperancangans imulas iyangt elahdliakukan 8 . 1 Sistema itkaPenuilsan : t u k ir e b i a g a b e s h a l a d a n a k u k a li d n a k a g n a y r i h k a s a g u t n a s il u n e p a k it a m e t s i s n u p a d A I B A B Pendahuluan t a l i s ir e b n a k a i n i b a B a rbelakang permasalahan ,batasan dan rumusan masalah ,tujuan .i n i ri h k a s a g u t n a s il u n e p a k it a m e t s i s n a d n a it il e n e p i g o l o d o t e m a tr e s ,t a a f n a m n a d i r o e T r a s a D I I B A B m e t s i s , n a n u s u s a n n e t n a , a n n e t n a r a s a d p e s n o k n a k s a l e j n e M smar tantenna ,algortima S M L ,algortimaRLS ,kana lpropagas idan WiMAX. i s a l u m i S l e d o M n a g n a c n a r e P I I I B A B n a g n a c n a r e p s a h a b m e M algortimaLMSdan RLS se trasimulas idar isistemt ersebu tyang a d a p n a k m a n a ti d smar tantenna padaWiMAXI EEE802.16. a s il a n A V I B A B t n a k s a l e j n e m n a k a i n i b a B entanganailsat erhadaphaslis imulas iantenaadaptfiLMSdan k u t n u i a u s e s n a k i s a l u m i s i d g n a y i s a k if i s e p s h a k a p a t a h il i d n a k a n a D . X A M i W a d a p S L R a d a p n a k p a r e ti d WiMAXdenganmeilha tparamete rMSE ,SNIRdanpolar adias.i
n a u l u h a d n e P I b a B Anailsi sKinejraSmar tAntenna MenggunakanAlgortimaLMSdanRLSPadaWIMAXI EEE802.16 5 p u t u n e P V B A B g n e m n a k a i n i b a B uraikan kesimpulan dar ihasi lpeneilitan Tuga sAkhi rin isetra saran t u j n a l h i b e l n a g n a b m e g n e p k u t n u . 9 . 1 RencanaKegiatan n a t a i g e K Jan'10 Feb'10 Ma 'r10 WAapkt'r1u0PelaMksean'i1a0an Jun'i10 Jul'i10 Ags't10 n a d n a p a i s r e P a k a t s u p i d u t s n e M yusun n a d a m ti r o g l a m a r g o r p m e t s i S n a ij u g n e P n a n u s u y n e P n a it il e n e p n a r o p a L Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
V
B
A
B
N
A
R
A
S
N
A
D
N
A
L
U
P
M
I
S
E
K
1 . 5 Kesimpulan n i a l a r a t n a i n i ri h k A s a g u T a d a p n a it il e n e p i r a d l i b m a i d t a p a d g n a y n a l u p m i s e k a p a r e b e B :t u k ir e b i a g a b e s . 1 Simulas idengan menggunakan nlia iforgetitng facto rpada algortima RLS sebesa r0,9 u m it p o g n a y l i s a h n a k ir e b m e m m pada simulas i sistem ke jra smar t antenna yang n a k u k a li d . Ha l in i dtiunjukkan pada seilsih antara sudu t pengarahan pola panca r n a g n a t a d e k t u d u s p a d a h r e t m u m i s k a m user yang bernlia irata-rata 1.7523867 dan nlia i a p l i c e k r e t t u d u s h i s il e s n a k a p u r e m t u b e s r e t daberbaga ikondisi ,sepe tr ipenggunaan4 ,8 g n i s a m n a k u k a l e m n a g n e d a n e t n a n e m e l e 6 1 n a d -masing5kal ipercobaan . 2 Simulas i dengan menggunakan nlia i s - etep s iz pada algortima LMS sebesa r 0,9 a d a p m u m it p o g n a y l i s a h n a k ir e b m e m simulas i sistem ke jra smar t antenna yang n a k u k a li d . Hal i n idtiunjukkan dar ihasi lmean square erro ryang semakin cepa tdalam i a li n a d a p i s n e g r e v n o k s -tepsize0,9yatius aats etelah15 tieras.i . 3 N ilia mean square erro rhasi lalgortima LMS lebih cepa tkonvergen mendekat ino l n n a k g n i d n a b i d lia imeans quareerro rhasi lalgortimaRLS. . 4 Algortima RLS dan algortima LMS dapa tdigunakan sebaga ialgortima adapit funtuk g n i s a m a d a p e k n a u t a c n a t o b o b m e p n a k u k a l e m -masing elemen antena pada sistemsmar t a n n e t n a yang disusun dengan antena susunan ilnie r yang membeirkan pengarahan l a m i s k a m polapanca rantenas usunnyakepadause ryangdiinginkan . . 5 Besarnyanlia iMSEpadaalgortimaRLS danLMS akandipengaruh iolehmeningkatnya h a l m u j a y n t a k g n i n e m , i s n e r e f r e t n i h a l m u j user , sediktinya jumlah antena yang u g i d nakan,s emakinbesarnyakecepatanyangdimiilk iolehuser . 6 Banyaknya jumlah antena yang digunakan akan mempengaruh ijumlah beam yang i r a d i s a i d a r a l o p h e l o n a k li s a h i d smar tantenna tersebu tdan mempengaruhi l ua sdaerah h e l o p u k a c i d g n a y beamtersebu.tn a r a S n a d n a l u p m i s e K V b a B AnailsisKinerjaSmartAntenna MenggunakanAlgortimaLMSdanRLSPadaWIMAXI EEE802.16 15 2 . 5 Sara n a y n t u j n a l e s n a it il e n e p k u t n u n a u c a i a g a b e s n a k a n u g i d t a p a d g n a y n a r a s i a g a b r e b n u p a d A : t u k ir e b i a g a b e s h a l a d a . 1 Peneilitans elanjutnyadapa tmenggunakanalgortimal ain,s epetr iS (MI SimpleMatrik n o it r e v n I Algortihm). . 2 Peneilitan selanjutnya dapa tmenggunakan blok lengkap sistem komunikas i moblie E T L i g o l o n k e t i s a k i n u m o k m e t s i s n a g n e d n a k g n i d n a b i d g n a y X A M i W . . 3 Peneilitan in idlianjutkan sampa ipada tahap implementas iinterkoneks ike hardware S M T n a k a n u g g n e m n a g n e d . . 4 Peneilitans elanjutnyadapa tmenggunakanj eni sarray antennayang l ain. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
