Analisis Kinerja Energy Detection Blackman-Tukey dan Welch Pada Kanal AWGN Aplikasi Cognitive Radio
TUGAS AKHIR
ANALISIS KINERJA METODE ENERGY DETECTION BLACKMANTUKEY DAN WELCH PADA KANAL AWGN APLIKASI COGNITIVE
RADIO
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh
Ari Frahma Ginting
NIM : 110402023
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
1
Universitas Sumatera Utara
2
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Keterbatasan spektrum frekuensi menjadi masalah utama dalam dunia
telekomunikasi nirkabel. Untuk mengatasi hal tersebut digunakankanlah suatu
sistem yang disebut cognitive radio, dimana rentang band frekuensi bebas
digunakan pengguna lain (secondary user) saat tidak dipakai pengguna utama
(primary user).
Salah satu jenis cognitive radio yang paling banyak digunakan adalah
energy detection. Tugas akhir ini menggunakan metode energy detection dengan
membandingkan kinerjanya menggunakan PSD (Power Spectral Density)
Blackman-Tukey dan Welch. Adapun parameter yang mempengaruhi dalam
penelitian ini adalah spektral daya sinyal dan Threshold.
Hasil
analisis
menunjukkan
PSD
Blackman-Tukey
lebih
baik
dibandingkan PSD Welch, dimana rata- rata daya spektral Blackman dan Tukey
adalah -2,25033 dB/Hz dan Welch adalah -2,20859 dB/Hz setiap pembangkitan
kanal 10-100% dengan besar threshold -5,53 dB/Hz.
Kata kunci : Power Spectral Density, Threshold, Blackman-Tukey, Welch
3
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “ Analisis Kinerja
Energy Detection Blackman-Tukey dan Welch pada Kanal AWGN aplikasi
Cognitive Radio ”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan
untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Sabar
Ginting dan Juriah br Sagala, saudara/saudari kandung penulis, Ika Kristina
Ginting, Karto Perdinanta Ginting, dan Josua Ginting atas seluruh perhatian dan
dukungannya selama ini.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis
mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu,
dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Naemah Mubarakah, S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing yang telah
banyak meluangkan waktu dan memberikan ide dalam menyelesaikan tugas
akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, Msi, selaku dosen wali penulis dan selaku
Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara yang senantiasa memberikan bimbingannya selama perkuliahan.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas bantuan administrasinya.
4. Seluruh keluarga besar Balak 1 yang tidak bisa disebutkan namanya satu
per satu
5. Seluruh keluarga besar Telkom 2011: Oktri, Wahyudi, Faisal, Dhani,
Ikhyar, Ferdi, Hasan, Ridho, dan Surya.
6. Seluruh keluarga besar Trompet 28 : Denago, Toni, Goster, Gindo, Nuek,
Mian, dll
7. Sahabat terdekat pemberi saran dan semangat terbaik: Yudha, Mian,
Sandro, Riandi, Dedi, Youki,dan paling istimewa Chintya NSL
8. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Akhir kata penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna,
untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi
penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini
bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan semua pihak yang membutuhkannya.
Medan, Januari 2016
Penulis
(Ari Frahma Ginting)
NIM: 110402023
5
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ..............................................................................................................i
KATA PENGANTAR ...........................................................................................ii
DAFTAR ISI ..........................................................................................................v
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................ix
DAFTAR ISTILAH .............................................................................................x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................2
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ..............................................................2
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................2
1.5 Metodologi Penelitian ............................................................................3
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum ....................................................................................................6
2.2 Spektrum Frekuensi Radio ....................................................................7
2.3 Teknologi Cognitive Radio ...................................................................9
2.3.1 Pengertian Cognitive Radio ..................................................10
2.3.2 Konfigurasi Cognitive Radio ................................................12
2.4 Teknik Spektrum Sensing ....................................................................16
2.4.1 Energy Detection ..................................................................19
2.4.2 Match Filter Detection .........................................................20
2.4.3 Cyclostationary Feature Detection ......................................21
2.5 Kebijakan Dan Perencanaan Spektrum Untuk Penyiaran ...................24
6
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Umum .................................................................................................26
3.2 Model Sistem ......................................................................................26
3.3 Struktur Simulasi ................................................................................27
3.4 Proses Simulasi ...................................................................................27
3.4.1 Diagram Alir Simulasi .........................................................28
3.4.2 Prinsip Kerja Sistem ............................................................26
3.4.3 Transmitter ..........................................................................31
3.4.3.1 Parameter Masukan Simulasi ...............................31
3.4.3.2 Model Sinyal FM .................................................31
3.4.3.3 Random Frekuensi ...............................................33
3.4.4 Energy Detection ................................................................35
3.4.4.1 FFT ( Fast Fourier Transform ) ..........................36
3.4.4.2 PSD ( Power Spectral Density ) ..........................36
3.4.4.2.1 PSD Blackman-Tukey ...........................37
3.4.4.2.2 PSD Welch ............................................38
3.4.4.3 Threshold ..............................................................39
BAB IV DATA DAN HASIL PENELITIAN
4.1 Umum .................................................................................................41
4.2 Analisis Energy Detection pada PSD Blackman Tukey .....................41
4.3 Analisis Energy Detection pada PSD Welch ......................................43
4.4 Analisis Perhitungan Spektral Daya ...................................................47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .........................................................................................49
5.2 Saran ....................................................................................................51
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................52
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Prinsip komunikasi radio ...............................................................6
Gambar 2.2
Komponen sistem cognitive radio ................................................12
Gambar 2.3
Pemanfaatan spectrum yang kosong oleh sistim cognitive radio ..13
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4
Penggunaan antena dengan beam forming khusus pada cognitive
radio ..............................................................................................14
Gambar 2.5
Model sistem sensing spektrum berbasis deteksi Transmitter ......18
Gambar 2.6
Skema energy detector domain frekuensi .....................................20
Gambar 3.1
Model Sistem Energy Detection ...................................................26
Gambar 3.2
Struktur Simulasi ..........................................................................27
Gambar 3.3
Diagram Alir Simulasi ..................................................................28
Gambar 3.4
Lanjutan Diagram Alir Simulasi ...................................................29
Gambar 3.5
Modulasi FM ................................................................................32
Gambar 3.6
Contoh program random pada Matlab ..........................................33
Gambar 3.7
Bentuk Sinyal Analog ...................................................................34
Gambar 3.8
Diagram Metode Energy Detector ................................................35
Gambar 4.1
Grafik data simulasi kinerja metode energy detection ..................47
8
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Frekuensi dan Panjang Gelombang Menurut ITU (International
Telecommunication Union ..............................................................8
Tabel 4.1
Data hasil simulasi Energy Detection menggunakan PSD BlackmanTukey ...........................................................................42
Tabel 4.2
Data hasil simulasi Energy Detection menggunakan PSD welch .44
Tabel 4.3
Simulasi Energy Detection menggunakan PSD Periodogram dan
PSD Welch ....................................................................................46
Tabel 4.4
Pembangkitan Kanal Energy Detection Sebesar 20% ..................47
9
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISTILAH
Cognitive radio ........................................................................................................9
Spectrum Sensing ...................................................................................................16
Energy Detection ...................................................................................................19
Matched Filter Detection ......................................................................................20
Cyclostationary Feature Detection .......................................................................21
PSD ( Power Spectral Density ) ............................................................................21
PSD Blackman-Tukey ............................................................................................22
PSD Welch .............................................................................................................23
Transmitter ............................................................................................................30
FFT ( Fast Fourier Transform ) ............................................................................36
Threshold ...............................................................................................................39
10
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS KINERJA METODE ENERGY DETECTION BLACKMANTUKEY DAN WELCH PADA KANAL AWGN APLIKASI COGNITIVE
RADIO
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh
Ari Frahma Ginting
NIM : 110402023
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
1
Universitas Sumatera Utara
2
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Keterbatasan spektrum frekuensi menjadi masalah utama dalam dunia
telekomunikasi nirkabel. Untuk mengatasi hal tersebut digunakankanlah suatu
sistem yang disebut cognitive radio, dimana rentang band frekuensi bebas
digunakan pengguna lain (secondary user) saat tidak dipakai pengguna utama
(primary user).
Salah satu jenis cognitive radio yang paling banyak digunakan adalah
energy detection. Tugas akhir ini menggunakan metode energy detection dengan
membandingkan kinerjanya menggunakan PSD (Power Spectral Density)
Blackman-Tukey dan Welch. Adapun parameter yang mempengaruhi dalam
penelitian ini adalah spektral daya sinyal dan Threshold.
Hasil
analisis
menunjukkan
PSD
Blackman-Tukey
lebih
baik
dibandingkan PSD Welch, dimana rata- rata daya spektral Blackman dan Tukey
adalah -2,25033 dB/Hz dan Welch adalah -2,20859 dB/Hz setiap pembangkitan
kanal 10-100% dengan besar threshold -5,53 dB/Hz.
Kata kunci : Power Spectral Density, Threshold, Blackman-Tukey, Welch
3
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “ Analisis Kinerja
Energy Detection Blackman-Tukey dan Welch pada Kanal AWGN aplikasi
Cognitive Radio ”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan
untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Sabar
Ginting dan Juriah br Sagala, saudara/saudari kandung penulis, Ika Kristina
Ginting, Karto Perdinanta Ginting, dan Josua Ginting atas seluruh perhatian dan
dukungannya selama ini.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis
mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu,
dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Naemah Mubarakah, S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing yang telah
banyak meluangkan waktu dan memberikan ide dalam menyelesaikan tugas
akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, Msi, selaku dosen wali penulis dan selaku
Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara yang senantiasa memberikan bimbingannya selama perkuliahan.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas bantuan administrasinya.
4. Seluruh keluarga besar Balak 1 yang tidak bisa disebutkan namanya satu
per satu
5. Seluruh keluarga besar Telkom 2011: Oktri, Wahyudi, Faisal, Dhani,
Ikhyar, Ferdi, Hasan, Ridho, dan Surya.
6. Seluruh keluarga besar Trompet 28 : Denago, Toni, Goster, Gindo, Nuek,
Mian, dll
7. Sahabat terdekat pemberi saran dan semangat terbaik: Yudha, Mian,
Sandro, Riandi, Dedi, Youki,dan paling istimewa Chintya NSL
8. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Akhir kata penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna,
untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi
penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini
bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan semua pihak yang membutuhkannya.
Medan, Januari 2016
Penulis
(Ari Frahma Ginting)
NIM: 110402023
5
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ..............................................................................................................i
KATA PENGANTAR ...........................................................................................ii
DAFTAR ISI ..........................................................................................................v
DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................ix
DAFTAR ISTILAH .............................................................................................x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................2
1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ..............................................................2
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................2
1.5 Metodologi Penelitian ............................................................................3
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum ....................................................................................................6
2.2 Spektrum Frekuensi Radio ....................................................................7
2.3 Teknologi Cognitive Radio ...................................................................9
2.3.1 Pengertian Cognitive Radio ..................................................10
2.3.2 Konfigurasi Cognitive Radio ................................................12
2.4 Teknik Spektrum Sensing ....................................................................16
2.4.1 Energy Detection ..................................................................19
2.4.2 Match Filter Detection .........................................................20
2.4.3 Cyclostationary Feature Detection ......................................21
2.5 Kebijakan Dan Perencanaan Spektrum Untuk Penyiaran ...................24
6
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Umum .................................................................................................26
3.2 Model Sistem ......................................................................................26
3.3 Struktur Simulasi ................................................................................27
3.4 Proses Simulasi ...................................................................................27
3.4.1 Diagram Alir Simulasi .........................................................28
3.4.2 Prinsip Kerja Sistem ............................................................26
3.4.3 Transmitter ..........................................................................31
3.4.3.1 Parameter Masukan Simulasi ...............................31
3.4.3.2 Model Sinyal FM .................................................31
3.4.3.3 Random Frekuensi ...............................................33
3.4.4 Energy Detection ................................................................35
3.4.4.1 FFT ( Fast Fourier Transform ) ..........................36
3.4.4.2 PSD ( Power Spectral Density ) ..........................36
3.4.4.2.1 PSD Blackman-Tukey ...........................37
3.4.4.2.2 PSD Welch ............................................38
3.4.4.3 Threshold ..............................................................39
BAB IV DATA DAN HASIL PENELITIAN
4.1 Umum .................................................................................................41
4.2 Analisis Energy Detection pada PSD Blackman Tukey .....................41
4.3 Analisis Energy Detection pada PSD Welch ......................................43
4.4 Analisis Perhitungan Spektral Daya ...................................................47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .........................................................................................49
5.2 Saran ....................................................................................................51
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................52
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Prinsip komunikasi radio ...............................................................6
Gambar 2.2
Komponen sistem cognitive radio ................................................12
Gambar 2.3
Pemanfaatan spectrum yang kosong oleh sistim cognitive radio ..13
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4
Penggunaan antena dengan beam forming khusus pada cognitive
radio ..............................................................................................14
Gambar 2.5
Model sistem sensing spektrum berbasis deteksi Transmitter ......18
Gambar 2.6
Skema energy detector domain frekuensi .....................................20
Gambar 3.1
Model Sistem Energy Detection ...................................................26
Gambar 3.2
Struktur Simulasi ..........................................................................27
Gambar 3.3
Diagram Alir Simulasi ..................................................................28
Gambar 3.4
Lanjutan Diagram Alir Simulasi ...................................................29
Gambar 3.5
Modulasi FM ................................................................................32
Gambar 3.6
Contoh program random pada Matlab ..........................................33
Gambar 3.7
Bentuk Sinyal Analog ...................................................................34
Gambar 3.8
Diagram Metode Energy Detector ................................................35
Gambar 4.1
Grafik data simulasi kinerja metode energy detection ..................47
8
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Frekuensi dan Panjang Gelombang Menurut ITU (International
Telecommunication Union ..............................................................8
Tabel 4.1
Data hasil simulasi Energy Detection menggunakan PSD BlackmanTukey ...........................................................................42
Tabel 4.2
Data hasil simulasi Energy Detection menggunakan PSD welch .44
Tabel 4.3
Simulasi Energy Detection menggunakan PSD Periodogram dan
PSD Welch ....................................................................................46
Tabel 4.4
Pembangkitan Kanal Energy Detection Sebesar 20% ..................47
9
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISTILAH
Cognitive radio ........................................................................................................9
Spectrum Sensing ...................................................................................................16
Energy Detection ...................................................................................................19
Matched Filter Detection ......................................................................................20
Cyclostationary Feature Detection .......................................................................21
PSD ( Power Spectral Density ) ............................................................................21
PSD Blackman-Tukey ............................................................................................22
PSD Welch .............................................................................................................23
Transmitter ............................................................................................................30
FFT ( Fast Fourier Transform ) ............................................................................36
Threshold ...............................................................................................................39
10
Universitas Sumatera Utara