KITEKTRO: Jurnal Online Teknik Elektro e-issn: Vol.1 No : 11-18

Analisi Kinerja Jaringan Kooperatif Multi-hop Relay

Berbasis Protokol Amplify-Quantize and Forward

(AQF)

Alfian

1)

_{, Nasaruddin}

2)

_{, Rusdha Muharar}

3)

Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala Jl. Tgk. Syech Abdurrauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh, Indonesia`

alfianm@gmail.com

nasaruddin@elektro.unsyiah.ac.id r.muharar@unsyiah.ac.id

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

Amplify-Quantize-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.

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

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-and-Forward (QF), dan protokol relay Amplify-Quantize-and-Forward (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

.

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].

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.

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 sinyal-sinyal tersebut berkurang pengaruh fading atau noise, kemudian dilanjutkan proses pengiriman ke tujuan dengan sinyal sesuai dengan sinyal yang dikirim

Gambar 2 Model Jaringan Satu relay [15]

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 relay-relay disusun secara serial. Proses jaringan kooperatif multi-hop relay sinyal informasi dikirim secara broadcast menggunakan perantara untuk sampai ke tujuan. Sinyal yang dikirim dari sumber ke tujuan ada yang diterima oleh relay-relay dan diterima secara langsung oleh tujuan. Pada relay-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.

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.

S R D Direct S _D direct R2 R1 Rk S D direct R1 Rk R2

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) 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.

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

(BPSK) dan Modulasi Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).

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].

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

2) Quantize-and-Forward (QF)

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 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 = 𝑱𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒃𝒊𝒕 𝒔𝒂𝒍𝒂𝒉

𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒋𝒖𝒎𝒍𝒂𝒉 𝒃𝒊𝒕 𝒚𝒂𝒏𝒈 𝒅𝒊𝒌𝒊𝒓𝒊𝒎 (1)

Pengiriman Data Penerima Data + _{Noise AWGN}

Fading + Noise AWGN

Kanal Ideal

Kanal AWGN

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_.

2) Throughput

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] :

𝑻𝒉𝒓 = {𝟏 − 𝑩𝑬𝑹} ∗ 𝑹 (2)

dimana, Thr merupakan nilai throughput, BER adalah nilai Bit Error Rate dan R adalah bit rate (data rate transmisi).

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.

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

sinyal informasi pada relay dilakukan dengan protokol Amplify-Quantize and Forward (AQF) sebelum di lanjutkan ke tujuan.

Gambar 5 Diagram Alir Tahapan Penelitian

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

S T U D I L IT E R A T U R E P E N U L IS A N L A P O R A N A N A L IS A H A S IL S IM U L A S I K E R J A M O D E L S IS T E M H A S IL S IM U L A S I S E L E S A I M U L A I Y a T id a k

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 :

𝒚𝟏= 𝒉𝒔𝒓𝒙𝒔 + 𝒏𝟏

𝒚̂𝟏= 𝑸(𝒚𝟏) (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:

𝒚𝟐= 𝒉𝒓𝟏. 𝜷𝟏. 𝒚𝟏+ 𝒏𝟐

= 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏. (𝒉𝒔𝒓. 𝒙𝒔 + 𝒏𝟏) + 𝒏𝟐

= 𝒉𝒓𝟏. 𝜷𝟏. 𝒉𝒔𝒓. 𝒙𝒔. + 𝒉𝒓𝟏 . 𝜷𝟏 . 𝒏𝟏+ 𝒏𝟐

𝒚̂𝟐= 𝑸. (𝒚𝟐) (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.

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 𝒚 ̂𝟑= 𝑸. (𝒚𝟑) (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.

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 𝒚̂𝒓𝒅= 𝑸. (𝒚𝒓𝒅) (6)

Untuk nilai sinyal yang di transmisikan langsung dari sumber menuju tujuan adalah ysd dengan persamaan sebagai berikut:

𝒚𝒔𝒅= 𝒉𝒔𝒅 . 𝒙𝒔+ 𝒏𝒔𝒅 (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 :

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.

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

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 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.

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.

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 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

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.

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.

Gambar 10 Throughput Jaringan Kooperatif Multi-hop Relay 3 Hop dengan metode transmisi yang berbeda yaitu menggunakan protokol AF, AQF dan QF.

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

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.

REFERENSI

[1] C.A. Conne, “Cooperative Diversity in Wireless Transmision: Multi-hop Amplify-and-Forward Relay System,” Thesis, Departement of Electrical and Computer Engineering, Queen’s University, Kingston. Ontario, Canada. 2009.

[2] 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.

[3] M. K. Simon and M. Alouini, “Digital Communication over Fading Channels”, Second Edition, Wiley & Sons Publication, Canada, 2005. [4] 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.

[5] 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.

[6] J. Cao, L.Yang and Z. Zhong, “Performance of Multihop Wireless Links over Generalized-KFading Channels,” IEEE Vehicular Technology Conference Fall, 2010.

[7] 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.

[8] 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.

[9] 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.

[10] M. R. Souryal and H.You, “Quantized-and-Forward Relaying with M-ary Phase Shift Keying”, IEEE WCNC Proseeding, Gaithersburg, Maryland, USA.February, 2008.

[11] I. Avram, N. Aerts and M. Moeneclaey, “A Novel Quantize-and-Forward Cooperative System: Channel Parameter Estimation Techniques,” Future Network and Mobile Summit 2010 Conference Proceedings,2010.

[12] 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.

[13] 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.

[14] 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. [15] M. Torabi, W. Ajib and D. Haccoun, “Performance Analysis of

Amplify-and-Forward Cooperative Netwrok with Relay Selection over Rayleigh Fading Channels”, IEEE 69th_{Vehicular Technology}

Conference,2009.

[16] H. Q. Ngo and E.G. Larsson, “Linear Multihop Amplify-and-Forward Relay Channels: Error Exponent and Optimal Number of Hops”, IEEE

Transaction on Wireless Communication, Linkoping University, Sweden. 2011.

[17] 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.

[18] 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.

[19] 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.

[20] A. Sengupta, I-H Wangand C. Fragouli,“Cooperative Relaying at Finite SNR – Role of Quantized-Map-and-Forward”, IEEE Transactions on Wireless Communication, 2009.

[21] 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.