Analisis Throughput pada Sistem Mimo dan Siso - Throughput Analysis in Siso and Mimo System.

i

Analisis Throughput Pada Sistem MIMO dan SISO

Febriani Veronika Purba (0722120)

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jalan Prof. Drg. Suria Sumantri 65

Bandung 40164, Indonesia Email : febri_vayung@yahoo.com

ABSTRAK

Beberapa keterbatasan komunikasi wireless adalah jumlah kanal yang terbatas. WIFI dengan teknologi SISO (Single Input Single Output) mempunyai kekurangan yaitu adanya penurunan throughput. Solusi yang dapat mengatasi keterbatasan ini adalah dengan menggunakan teknologi MIMO.

Metode MIMO menggunakan antena lebih dari satu pada transmitter maupun receiver-nya yang bertujuan untuk menjadikan sinyal pantulan sebagai penguat sinyal utama sehingga tidak saling meniadakan.

Throughput pada sistem MIMO dengan trafik data TCP Upstream maupun downstream packet loss sebesar 0% dikategorikan sangat bagus dan throughput bagus. Dengan trafik data UDP Upstream maupun Downstream packet loss sebesar 0% dikategorikan sangat bagus dan throughput sedang. Sedangkan pada sistem SISO dengan trafik data TCP maupun UDP baik Upstream maupun Downstream packet loss sebesar 0% dikategorikan sangat bagus walaupun throughput kurang bagus.

Kata kunci : Multiple Input Multiple Output (MIMO), Single Input Single Output (SISO), Spatial Multiplexing.

ii

Throughput Analysis on SISO and MIMO System

Febriani Veronika Purba (0722120)

Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Maranatha Christian University

Prof. Drg. Suria Sumantri 65 Street Bandung 40164, Indonesia Email : febri_vayung@yahoo.com

ABSTRACT

The number of the channel in wireless communications are limited. WIFI technology with SISO (Single Input Single Output) has the lack of decrease in throughput. The solutions of this case is by using MIMO technology.

The method of MIMO use more than one antenna on the transmitter and receiver which has aims to reflected the signal as the main signal amplifier so it is not mutually each other.

The MIMO system throughput with TCP data traffic both Upstream and Downstream that have 0% packet loss that categorized as very good and the throughput is also good. UDP data traffic Upstream and Downstream that have 0% packet loss categorized as being very good and medium throughput. While the SISO system with TCP and UDP data traffic both Upstream and Downstream 0% packet loss categorized as very good although the throughput is less good.

Keyword: Multiple Input Multiple Output (MIMO), Single Input Single Output (SISO), Spatial Multiplexing.

v

DAFTAR ISI

ABSTRAK……… i

ABSTRACT……….. ii

KATA PENGANTAR……….. iii

DAFTAR ISI………. v

DAFTAR GAMBAR……… viii

DAFTAR TABEL………. ix

DAFTAR SINGKATAN……….. xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah……… 1

1.2 Identifikasi Masalah……….. 1

1.3 Perumusan Masalah……….. 1

1.4 Tujuan………... 2

1.5 Pembatasan Masalah………. 2

1.6 Sistematika Penulisan………... 2

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Single Input Single Output (SISO)………... 4

2.2 Single Input Multiple Output (SIMO)……….. 4

2.3 Multiple Input Single Output (MISO)……….. 5

2.4 Multiple Input Multiple Output (MIMO)………. 6

vi

2.5.1 Prinsip Kerja OFDM……….. 9

2.5.2 Keuntungan OFDM……….... 10

2.5.3 Kelemahan OFDM………. 10

2.6 Kanal Nirkabel (Wireless Channel)……….. 11

2.7 Kanal Multipath……… 11

2.8 Spatial Multiplexing……….. 11

2.9 Throughput……….………... 12

2.10 Interferensi……….. 12

2.10.1 Interferensi Co-Channel……… 12

2.10.2 Adjacent-Channel Interference………. 12

2.11 TCP………. 13

2.12 UDP……… 13

BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Pemodelan Sistem MIMO……… 15

3.2 Diagram Blok Sistem JPerf……….. 16

3.3 Metode Pengukuran……….. 16

3.4 Spesifikasi Perangkat Keras……….. 17

3.5 Spesifikasi Perangkat Lunak………. 19

3.6 Rencana Implementasi……….. 19

3.7 Diagram Alir UpLink………... 21

3.8 Diagram Alir DownLink……….. 21

vii

3.10 Parameter yang akan dianalisis………... 26 3.10.1 Throughput……….. 26

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

4.1 Parameter……….. 27 4.2 MIMO……….. 29 4.2.1 Analisa dan data pengamatan kondisi UpStream…………... 29 4.2.2 Analisa dan data pengamatan kondisi DownStream……….. 32 4.3 SISO………. 35 4.3.1 Analisa dan data pengamatan kondisi UpStream…………... 35 4.3.2 Analisa dan data pengamatan kondisi DownStream……….. 38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan………... 42 5.2 Saran………. 42

DAFTAR PUSTAKA………... 43

LAMPIRAN A DATA PENGAMATAN MIMO

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1. Sistem SISO... 4

Gambar II.2. Sistem SIMO………. 5

Gambar II.3.Sistem MISO……….. 6

Gambar II.4. Perbandingan PAPR m-SLM W=2 pada Subcarrier N=64……….. 7

Gambar II.5. Spektrum sinyal carrier OFDM………. 10

Gambar II.6. Pengirim dari Space Time Block Coding……….. 12

Gambar II.7. Penerima dari Space Time Block coding……….. 13

Gambar III.1. Pemodelan sistem MIMO secara umum……….. 16

Gambar III.2. Topologi jaringan JPerf……… 17

Gambar III.3. Denah ruang lantai 3 PT Telekomunikasi Risti………... 20

Gambar III.4. Diagram alir Uplink………. 21

Gambar III.5. Diagram alir DownLink……….. 21

Gambar III.6. Tampilan GUI pada JPerf……… 22

Gambar III.7. Penjelasan tampilan JPerf……… 22

Gambar III.8. Tampilan client dengan trafik UDP………. 24

Gambar III.9. Tampilan server dengan trafik data UDP………. 24

Gambar III.10. Tampilan client dengan trafik data TCP……….. 25

ix

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1. Throughput………. 28

Tabel IV.2. Jitter……… 29

Tabel IV.3. Packet loss……….. 29

Tabel IV.4. Trafik data TCP dengan parallel stream 1………. 30

Tabel IV.5. Trafik data TCP dengan parallel stream 2………. 31

Tabel IV.6. Trafik data UDP bandwidth 1 Mbytes/sec………. 31

Tabel IV.7. Trafik data UDP bandwidth 5 Mbytes/sec………. 32

Tabel IV.8. Trafik data UDP bandwidth 10 Mbytes/sec……….. 32

Tabel IV.9. Trafik data TCP dengan parallel stream 1………. 33

Tabel IV.10. Trafik data TCP dengan parallel stream 2………... 34

Tabel IV.11. Trafik data UDP bandwidth 1 Mbytes/sec……….. 34

Tabel IV.12. Trafik data UDP bandwidth 5 Mbytes/sec……….. 35

Tabel IV.13. Trafik data UDP bandwidth 10 Mbytes/sec……… 36

Tabel IV.14. Trafik data TCP dengan parallel stream 1……….. 36

Tabel IV.15. Trafik data TCP dengan parallel stream 2……….. 37

Tabel IV.16. Trafik data UDP bandwidth 1 Mbytes/sec………. 38

Tabel IV.17. Trafik data UDP bandwidth 5 Mbytes/sec………. 39

Tabel IV.18. Trafik data UDP bandwidth 10 Mbytes/sec……… 39

Tabel IV.19. Trafik data TCP dengan parallel stream 1……….. 40

Tabel IV.20. Trafik data TCP dengan parallel stream 2……….. 41

x

Tabel IV.22. Trafik data UDP bandwidth 5 Mbytes/sec……….. 42 Tabel IV.23. Trafik data UDP bandwidth 10 Mbytes/sec……… 43

xi

DAFTAR SINGKATAN

SISO Single Input Single Output

MIMO Multiple Input Multiple Output

MISO Multiple Input Single Output

SIMO Single Input Multiple Output

SNR Signal to Noise Ratio

STC Space Time Coding

STBC Space Time Block Coding

OFDM Ortoghonal Frequency Division Multiplexing

DMT Discrete Multitone Modulation

FDM Frequency Division Multiplexing

ISI Interchannel Interference

PSK Phase Shift Keying

QAM Quadrature Amplitude Modulation

FFT Fast Fourier Transform

DAC Digital-to-Analog Converters

ADC Analog-to-Digital Converters

AWGN Additive White Gaussian Noise

ACI Adjacent-Channel Interference

UDP User Datagrams Protocol

TCP Transmissions Control Protocol

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Beberapa keterbatasan komunikasi wireless adalah karena jumlah kanal yang terbatas, sehingga pembagian kanal pada teknologi wireless tersebut terbatas. Salah satu teknologi wireless adalah teknologi WIFI, sesuai dengan standar IEEE 802.11 teknologi ini juga mempunyai keterbatasan penggunaan pada pengkanalan frekuensi. Di Indonesia WIFI merupakan teknologi yang frekuensinya ditetapkan sebagai frekuensi unlicense, sehingga teknologi tersebut berpotensi terjadinya Interferensi karena setiap orang bebas menggunakan frekuensi tersebut. WIFI dengan teknologi SISO (Single Input Single Output) mempunyai kekurangan yaitu adanya penurunan throughput. Solusi yang dapat mengatasi keterbatasan ini adalah dengan menggunakan teknologi MIMO.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) adalah teknologi yang memanfaatkan multi antena untuk mengirim banyak sinyal yang paralel dari transmitter menuju multi antena receiver yang digunakan pada peralatan di sisi pengirim dan penerima untuk komunikasi wireless radio.

1.2 Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, masalah utama yang akan diangkat pada tugas akhir ini adalah dapat mengetahui besarnya Throughput pada sistem MIMO.

1.3 Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini yaitu :

 Bagaimana throughput pada sistem MIMO dan SISO pada keadaan UpStream dan DownStream dengan trafik data TCP dan UDP dengan teknologi WIFI.

BAB I PENDAHULUAN 2

1.4 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai oleh mahasiswa pada tugas akhir ini adalah  Menganalisa throughput pada sistem MIMO dan SISO pada

keadaan UpStream dan DownStream dengan trafik data TCP dan UDP dengan teknologi WIFI.

1.5 Pembatasan Masalah

Untuk memfokuskan analisa sesuai dengan permasalahan diatas, maka tugas akhir ini akan dibatasi sebagai berikut :

1. Antena yang digunakan adalah antena MIMO 2x3:2. 2. Perangkat yang digunakan adalah CISCO 3502E.

3. Parameter kinerja sistem yang dianalisis adalah besarnya throughput. 4. Hasil data parameter yang dianalisis menggunakan software JPERF. 5. Pengukuran dilakukan di ruangan indoor (dalam gedung) ± 18 m. 6. Frekuensi yang digunakan 2.4 GHz.

7. Pengukuran yang dilakukan menggunakan 1 server dan 1 client.

1.6 Sistematika Penulisan

Penyusunan laporan Tugas Akhir ini terdiri dari lima bab sebagai berikut:  BAB I. Pendahuluan

Pada bab ini akan dibahas mengenai Latar Belakang Masalah, Perumusan Masalah, Identifikasi Masalah, Tujuan, Pembatasan Masalah, dan Sistematika Penulisan.

 BAB II. Landasan Teori

Pada bab ini akan dibahas teori-teori pendukung untuk menganalisa throughput pada sistem MIMO beserta gambaran secara umum.

BAB I PENDAHULUAN 3

 BAB III. Perancangan Sistem

Pada bab ini dijelaskan cara kerja dari software JPerf untuk menganalisa throughput.

 BAB IV. Data Pengamatan

Pada bab ini berisi tentang hasil pengamatan pada software JPerf dan perbandingan antara throughput MIMO dengan throughput SISO.

 BAB V. Kesimpulan dan Saran

Pada bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk pengembangan mengenai MIMO di masa mendatang.

42 Universitas Kristen Maranatha

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan bab penutup yang membahas mengenai kesimpulan dan saran-saran untuk perbaikan dan pengembangan lebih lanjut.

5.1. Kesimpulan

 Sistem MIMO UpStream trafik data TCP dengan parallel stream 1 dan parallel stream 2 nilai packet loss 0% dikategorikan sangat bagus dan throughput 12.67 Mbits/sec atau 25.33% dikategorikan sedang. Dengan trafik data UDP dengan bandwidth 1 Mbytes/sec, 5 Mbytes/sec, dan 10 Mbytes/sec secara keseluruhan dikategorikan kurang bagus dengan throughput 4.69 Mbits/sec atau 9.37%.

 Sistem MIMO DownStream trafik data TCP dengan parallel stream 1 dan parallel stream 2 nilai packet loss 0% dikategorikan sangat bagus dan throughput 14.74 Mbits/sec atau 29.44% dikategorikan sedang. Dengan trafik data UDP bandwidth 1 Mbytes/sec, 5 Mbytes/sec, dan 10 Mbytes/sec throughput 5.41 Mbits/sec atau 10.82% dikategorikan kurang bagus dan packet loss 0% dikategorikan sangat bagus.

 Sistem SISO UpStream atau DownStream baik TCP maupun UDP packet loss 0% sangat bagus, walaupun throughput kurang bagus.  Nilai throughput pada simulasi dengan nilai throughput pada rumus

berbeda dikarenakan throughput pada simulasi belum dikurangi oleh faktor-faktor interferensi.

5.2. Saran

 Untuk pengembangan lebih lanjut, dapat dilakukan simulasi throughput dengan lokasi outdoor (diluar gedung).

 Untuk pengembangan lebih lanjut MIMO dapat dilakukan pengujian variansi noise (frekuensi).

43 Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR PUSTAKA

1. A. Santamaria, dan F.J. Lopez Hernandez, Wireless LAN Systems, Artech House, INC, 1994.

2. Chien, Charles, Digital Radio Systems On A Chip:A Systems Approach, Kluwer Academic Publishers, London, 2000.

3. Darmawan, Andreas, Cooperative Spatial Multiplexing, Electrical Engineering, Iowa State University, 2004.

4. http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Internet_protocol_suite&oldid=6 688341

5. http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=User_Datagram_Protocol&oldid =6591640

6.

http://mbkom.blogspot.com/2012/02/pengertian-dan-perbedaan-bandwidth-dan.html

7. Maddanaca, Andi, Reduksi Peak-To-Average Power Ratio pada Sistem STBC MIMO-OFDM dengan Metode Selected Mapping dan Partial Transmit Sequence, IncomTech Jurnal Telekomunikasi dan KomputerTeknik Elektro, Universitas Mercu Buana, Jakarta, 2012.

8. T.Gunasekaran, dan K.R. Shankar Kumar, Evaluation of Multiple Input Multiple Output (MIMO) System Capacity with Spatial Correlations, Journal of Computer Science Department of Electronics and Communication Engineering,India,2011.

DAFTAR SINGKATAN

SISO Single Input Single Output MIMO Multiple Input Multiple Output MISO Multiple Input Single Output SIMO Single Input Multiple Output

SNR Signal to Noise Ratio

STC Space Time Coding

STBC Space Time Block Coding

OFDM Ortoghonal Frequency Division Multiplexing DMT Discrete Multitone Modulation

FDM Frequency Division Multiplexing ISI Interchannel Interference

PSK Phase Shift Keying

QAM Quadrature Amplitude Modulation

FFT Fast Fourier Transform

DAC Digital-to-Analog Converters ADC Analog-to-Digital Converters AWGN Additive White Gaussian Noise ACI Adjacent-Channel Interference

UDP User Datagrams Protocol

TCP Transmissions Control Protocol WIFI Wireless Fidelity

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Beberapa keterbatasan komunikasi wireless adalah karena jumlah kanal yang terbatas, sehingga pembagian kanal pada teknologi wireless tersebut terbatas. Salah satu teknologi wireless adalah teknologi WIFI, sesuai dengan standar IEEE 802.11 teknologi ini juga mempunyai keterbatasan penggunaan pada pengkanalan frekuensi. Di Indonesia WIFI merupakan teknologi yang frekuensinya ditetapkan sebagai frekuensi unlicense, sehingga teknologi tersebut berpotensi terjadinya Interferensi karena setiap orang bebas menggunakan frekuensi tersebut. WIFI dengan teknologi SISO (Single Input Single Output) mempunyai kekurangan yaitu adanya penurunan throughput. Solusi yang dapat mengatasi keterbatasan ini adalah dengan menggunakan teknologi MIMO.

MIMO (Multiple Input Multiple Output) adalah teknologi yang memanfaatkan multi antena untuk mengirim banyak sinyal yang paralel dari

transmitter menuju multi antena receiver yang digunakan pada peralatan di sisi

pengirim dan penerima untuk komunikasi wireless radio.

1.2 Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, masalah utama yang akan diangkat pada tugas akhir ini adalah dapat mengetahui besarnya Throughput pada sistem MIMO.

1.3 Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini yaitu :

 Bagaimana throughput pada sistem MIMO dan SISO pada keadaan UpStream dan DownStream dengan trafik data TCP dan UDP dengan teknologi WIFI.

BAB I PENDAHULUAN 2

1.4 Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai oleh mahasiswa pada tugas akhir ini adalah  Menganalisa throughput pada sistem MIMO dan SISO pada

keadaan UpStream dan DownStream dengan trafik data TCP dan UDP dengan teknologi WIFI.

1.5 Pembatasan Masalah

Untuk memfokuskan analisa sesuai dengan permasalahan diatas, maka tugas akhir ini akan dibatasi sebagai berikut :

1. Antena yang digunakan adalah antena MIMO 2x3:2. 2. Perangkat yang digunakan adalah CISCO 3502E.

3. Parameter kinerja sistem yang dianalisis adalah besarnya throughput. 4. Hasil data parameter yang dianalisis menggunakan software JPERF. 5. Pengukuran dilakukan di ruangan indoor (dalam gedung) ± 18 m. 6. Frekuensi yang digunakan 2.4 GHz.

7. Pengukuran yang dilakukan menggunakan 1 server dan 1 client.

1.6 Sistematika Penulisan

Penyusunan laporan Tugas Akhir ini terdiri dari lima bab sebagai berikut:  BAB I. Pendahuluan

Pada bab ini akan dibahas mengenai Latar Belakang Masalah, Perumusan Masalah, Identifikasi Masalah, Tujuan, Pembatasan Masalah, dan Sistematika Penulisan.

 BAB II. Landasan Teori

Pada bab ini akan dibahas teori-teori pendukung untuk menganalisa

BAB I PENDAHULUAN 3

Universitas Kristen Maranatha  BAB III. Perancangan Sistem

Pada bab ini dijelaskan cara kerja dari software JPerf untuk menganalisa

throughput.

 BAB IV. Data Pengamatan

Pada bab ini berisi tentang hasil pengamatan pada software JPerf dan perbandingan antara throughput MIMO dengan throughput SISO.

 BAB V. Kesimpulan dan Saran

Pada bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk pengembangan mengenai MIMO di masa mendatang.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan bab penutup yang membahas mengenai kesimpulan dan saran-saran untuk perbaikan dan pengembangan lebih lanjut.

5.1. Kesimpulan

 Sistem MIMO UpStream trafik data TCP dengan parallel stream 1 dan parallel stream 2 nilai packet loss 0% dikategorikan sangat bagus dan

throughput 12.67 Mbits/sec atau 25.33% dikategorikan sedang. Dengan

trafik data UDP dengan bandwidth 1 Mbytes/sec, 5 Mbytes/sec, dan 10 Mbytes/sec secara keseluruhan dikategorikan kurang bagus dengan

throughput 4.69 Mbits/sec atau 9.37%.

 Sistem MIMO DownStream trafik data TCP dengan parallel stream 1 dan parallel stream 2 nilai packet loss 0% dikategorikan sangat bagus dan throughput 14.74 Mbits/sec atau 29.44% dikategorikan sedang. Dengan trafik data UDP bandwidth 1 Mbytes/sec, 5 Mbytes/sec, dan 10 Mbytes/sec throughput 5.41 Mbits/sec atau 10.82% dikategorikan kurang bagus dan packet loss 0% dikategorikan sangat bagus.

 Sistem SISO UpStream atau DownStream baik TCP maupun UDP

packet loss 0% sangat bagus, walaupun throughput kurang bagus.

 Nilai throughput pada simulasi dengan nilai throughput pada rumus berbeda dikarenakan throughput pada simulasi belum dikurangi oleh faktor-faktor interferensi.

5.2. Saran

 Untuk pengembangan lebih lanjut, dapat dilakukan simulasi throughput dengan lokasi outdoor (diluar gedung).

 Untuk pengembangan lebih lanjut MIMO dapat dilakukan pengujian variansi noise (frekuensi).

43 Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR PUSTAKA

1. A. Santamaria, dan F.J. Lopez Hernandez, Wireless LAN Systems, Artech House, INC, 1994.

2. Chien, Charles, Digital Radio Systems On A Chip:A Systems Approach, Kluwer Academic Publishers, London, 2000.

3. Darmawan, Andreas, Cooperative Spatial Multiplexing, Electrical Engineering, Iowa State University, 2004.

4. http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Internet_protocol_suite&oldid=6 688341

5. http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=User_Datagram_Protocol&oldid =6591640

6.

http://mbkom.blogspot.com/2012/02/pengertian-dan-perbedaan-bandwidth-dan.html

7. Maddanaca, Andi, Reduksi Peak-To-Average Power Ratio pada Sistem

STBC MIMO-OFDM dengan Metode Selected Mapping dan Partial Transmit Sequence, IncomTech Jurnal Telekomunikasi dan KomputerTeknik Elektro, Universitas Mercu Buana, Jakarta, 2012.

8. T.Gunasekaran, dan K.R. Shankar Kumar, Evaluation of Multiple Input

Multiple Output (MIMO) System Capacity with Spatial Correlations,

Journal of Computer Science Department of Electronics and Communication Engineering,India,2011.