Pengaruh Jumlah Elemen Array Terhadap Speed Of Convergence Adaptive Beamforming Pada Smart Antenna
TUGAS AKHIR
PENGARUH JUMLAH ELEMEN ARRAY TERHADAP SPEED OF
CONVERGENCE ADAPTIVE BEAMFORMING PADA SMART ANTENNA
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh
ZULHAM JULIO
NIM : 120402067
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
TUGAS AKHIR
PENGARUH JUMLAH ELEMEN ARRAY TERHADAP SPEED OF
CONVERGENCE ADAPTIVE BEAMFORMING PADA SMART ANTENNA
Oleh:
Zulham Julio
120402067
Disetujui Oleh:
Pembimbing
Ir. Arman Sani, MT
NIP: 196311281991031003
Diketahui Oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
NIP: 195405311986011002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Smart antenna merupakan sebuah antena array yang dikombinasikan
dengan teknologi pengolahan sinyal digital. Tujuan penggunaan teknologi
pengolahan sinyal yaitu untuk mengetahui arah kedatangan sinyal dari user yang
dimaksud sehingga meningkatkan penerimaan sinyal. Salah satu cara untuk
meningkatkan penerimaan sinyal adalah dengan menambah jumlah elemen antena.
Tugas Akhir ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah elemen array
terhadap speed of convergence algoritma LMS (least mean square). Dari analisis
diperoleh bahwa penambahan jumlah elemen array akan meningkatkan speed of
convergence algoritma LMS. Speed of convergence paling cepat sebesar 11 iterasi
saat jumlah elemen yang digunakan sebanyak 10 elemen sampai 12 elemen dan
paling lambat sebesar 104 iterasi saat jumlah elemen yang digunakan sebesar dua
elemen. Semakin cepat speed of convergence, maka proses adaptive beamfoming
untuk melacak dan mengoptimalkan pancaran ke arah user yang diinginkan juga
semakin cepat.
Kata Kunci : Smart antenna , adaptive beamforming, speed of convergence, desired
signal, algoritma LMS
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas Berkah dan
Rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :
PENGARUH JUMLAH ELEMEN ARRAY TERHADAP SPEED OF
CONVERGENCE ADAPTIVE BEAMFORMING PADA SMART ANTENNA
Tugas Akhir merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1)
di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu
Ayahanda Sawirman dan Ibunda Nirwanti, yang telah membesarkan, mendidik dan
selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah. Selanjutnya rasa sayang
kepada saudara penulis, Ilham Yusuf yang selalu memberi dukungan dan semangat
kepada penulis.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga menyelesaikan
Tugas Akhir, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari
berbagai pihak. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang tulus kepada :
1.
Bapak Ir. Arman Sani, M.T, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis
yang senantiasa membimbing dan memberikan bantuan kepada penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Tigor Hamonangan Nst, S.T, M.T, selaku Dosen Wali penulis yang
membimbing dan mengarahkan penulis sampai menyelesaikan pendidikan
di kampus USU.
ii
Universitas Sumatera Utara
3.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5.
Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis
dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro.
6.
Seluruh sahabat penulis, Faishal, Junaidi, Antan, Bambang, Windi, Wahyu,
Leily, Rini, Ibnu , Guntur, M. Arif, Fauzi, Fauziah, Sudarmin, Fajar, M. Arif
Suhendra, Agida, Hendra Prayetno, Gansyar, Roso, Ihsan, Royansyah,
Muadzzah, Syahrul, Yogy, Dody, Ilham Bagus, Arif Milando, M. Ridho,
Elyani, Suji, Mahatir, Habib, Fadlan, Ifan, Lipi, Rasyid, Kennedy, Ardi,
Arief. W , Syahrul Lesmana dan teman-teman angkatan 2012 lainnya, atas
kebersamaan dan dukungan yang diberikan kepada penulis selama
menjalani masa perkuliahan.
7.
Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro atas dukungan dan
bantuan yang diberikan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.
Kritik dan saran dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan
Tugas Akhir ini. Kiranya Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.
Medan, 21 September 2016
Penulis
Zulham Julio
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ................................................................................................ viii
I.
II.
PENDAHULUAN .........................................................................................1
1.1
Latar Belakang ........................................................................................1
1.2
Rumusan Masalah………………….. .....................................................2
1.3
Tujuan Penelitian .....................................................................................2
1.4
Batasan Masalah ......................................................................................2
1.5
Metodologi Penelitian .............................................................................3
1.6
Sistematika Penulisan ..............................................................................3
DASAR TEORI.............................................................................................5
2.1
Pengertian Smart Antenna .......................................................................5
2.2
Klasifikasi Smart Antenna .......................................................................6
2.2.1
Switch Beam System ....................................................................6
2.2.2
Adaptive Array System.................................................................8
2.3
Cara Kerja Smart Antenna .......................................................................9
2.4
Antenna Array........................................................................................11
2.5
Linear Array ..........................................................................................13
2.5.1 Dua Elemen Array ........................................................................13
2.5.2 N – Elemen Array .........................................................................14
2.6
Circular Array dan Planar Array ..........................................................15
2.7
Konsep Adaptive Array .........................................................................16
2.8
Alasan Penggunaan Smart Antenna .......................................................16
2.9
Propagasi Sinyal ....................................................................................18
2.10 Kelebihan dan Kekurangan Smart Antenna ...........................................19
iv
Universitas Sumatera Utara
2.11 Beamforming .........................................................................................21
2.12 Adaptive Beamforming .........................................................................22
2.12.1 Non Blind Adaptive Algorithm ..................................................23
2.12.1 Blind Adaptive Algorithm ..........................................................25
III METODE PENELITIAN ............................................................................27
3.1
Metodologi Penelitian ..........................................................................27
3.2
Jenis Antena yang Digunakan ...............................................................29
3.3
Spesifikasi Perangkat Penelitian............................................................30
3.4
Parameter Umum Simulasi ....................................................................31
3.5
Parameter Analisis .................................................................................32
IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................................33
4.1
Umum ....................................................................................................33
4.2
Analisis Hasil Simulasi .........................................................................33
V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................44
5.1
Kesimpulan ...........................................................................................44
5.2
Saran .....................................................................................................44
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................45
LAMPIRAN
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi sistem smart antenna ………………………..……………6
Gambar 2.2 Pola radiasi switched beam system.……………………………...…7
Gambar 2.3 Pola radiasi adaptive array system ………………………….............8
Gambar 2.4 Perbandingan coverage relatif dari sistem switched beam, adaptive
array dan conventional sectoring……………………………….…………………9
Gambar 2.5 Diagram blok implementasi smart antenna …………………..........10
Gambar 2.6 Antena array linier………………………………...………………..12
Gambar 2.7 Dua elemen array…………………………………..…………….....13
Gambar 2.8 N- elemen linear array…….……………………………………….14
Gambar 2.9 Uniform circular array …………………………………………….15
Gambar 2.10 Uniform planar circular array…………………………………....15
Gambar 2.11 Penyebab penurunan kualitas sistem komunikasi ..................……17
Gambar 2.12 Multipath environment……………………………………………19
Gambar 2.13 Fade zone…………………………………………………………19
Gambar 2.14 Konfigurasi beamforming………………………………………...22
Gambar 2.15 Sistem adaptive beamforming algoritma LMS…………………...24
Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penelitian………………..........................28
Gambar 3.2 Konfigurasi antena yang digunakan….............................................29
Gambar 3.3 Grating lobes………………………............................……………32
Gambar 3.4 Blok diagram adaptive filter dengan algoritma LMS ……………..33
vi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1 Hasil simulasi untuk N = 2 elemen .................................................. 34
Gambar 4.2 Hasil simulasi untuk N = 3 elemen .................................................. 35
Gambar 4.3 Hasil simulasi untuk N = 4 elemen .................................................. 36
Gambar 4.4 Hasil simulasi untuk N = 5 elemen .................................................. 37
Gambar 4.5 Hasil simulasi untuk N = 6 elemen .................................................. 38
Gambar 4.6 Hasil simulasi untuk N = 7 elemen ................................................. 39
Gambar 4.7 Hasil simulasi untuk N = 8 elemen ................................................. 39
Gambar 4.8 Hasil simulasi untuk N = 9 elemen ................................................. 40
Gambar 4.9 Hasil simulasi untuk N = 10 elemen ............................................... 41
Gambar 4.10 Hasil simulasi untuk N = 11 elemen .............................................. 42
Gambar 4.11 Hasil simulasi untuk N = 12 elemen .............................................. 42
Gambar 4.12 Grafik jumlah elemen (N) vs iterasi .............................................. 43
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi perangkat penelitian………….…………………………...31
Tabel 3.2 Parameter yang digunakan dalam simulasi.………………………......31
Tabel 4.1 Besar optimum weight untuk tiap elemen…………………………….43
viii
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH JUMLAH ELEMEN ARRAY TERHADAP SPEED OF
CONVERGENCE ADAPTIVE BEAMFORMING PADA SMART ANTENNA
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh
ZULHAM JULIO
NIM : 120402067
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
TUGAS AKHIR
PENGARUH JUMLAH ELEMEN ARRAY TERHADAP SPEED OF
CONVERGENCE ADAPTIVE BEAMFORMING PADA SMART ANTENNA
Oleh:
Zulham Julio
120402067
Disetujui Oleh:
Pembimbing
Ir. Arman Sani, MT
NIP: 196311281991031003
Diketahui Oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si
NIP: 195405311986011002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Smart antenna merupakan sebuah antena array yang dikombinasikan
dengan teknologi pengolahan sinyal digital. Tujuan penggunaan teknologi
pengolahan sinyal yaitu untuk mengetahui arah kedatangan sinyal dari user yang
dimaksud sehingga meningkatkan penerimaan sinyal. Salah satu cara untuk
meningkatkan penerimaan sinyal adalah dengan menambah jumlah elemen antena.
Tugas Akhir ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jumlah elemen array
terhadap speed of convergence algoritma LMS (least mean square). Dari analisis
diperoleh bahwa penambahan jumlah elemen array akan meningkatkan speed of
convergence algoritma LMS. Speed of convergence paling cepat sebesar 11 iterasi
saat jumlah elemen yang digunakan sebanyak 10 elemen sampai 12 elemen dan
paling lambat sebesar 104 iterasi saat jumlah elemen yang digunakan sebesar dua
elemen. Semakin cepat speed of convergence, maka proses adaptive beamfoming
untuk melacak dan mengoptimalkan pancaran ke arah user yang diinginkan juga
semakin cepat.
Kata Kunci : Smart antenna , adaptive beamforming, speed of convergence, desired
signal, algoritma LMS
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT karena atas Berkah dan
Rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :
PENGARUH JUMLAH ELEMEN ARRAY TERHADAP SPEED OF
CONVERGENCE ADAPTIVE BEAMFORMING PADA SMART ANTENNA
Tugas Akhir merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1)
di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu
Ayahanda Sawirman dan Ibunda Nirwanti, yang telah membesarkan, mendidik dan
selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah. Selanjutnya rasa sayang
kepada saudara penulis, Ilham Yusuf yang selalu memberi dukungan dan semangat
kepada penulis.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga menyelesaikan
Tugas Akhir, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari
berbagai pihak. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin menyampaikan rasa
terimakasih yang tulus kepada :
1.
Bapak Ir. Arman Sani, M.T, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis
yang senantiasa membimbing dan memberikan bantuan kepada penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Tigor Hamonangan Nst, S.T, M.T, selaku Dosen Wali penulis yang
membimbing dan mengarahkan penulis sampai menyelesaikan pendidikan
di kampus USU.
ii
Universitas Sumatera Utara
3.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Rahmad Fauzi, S.T, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5.
Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis
dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro.
6.
Seluruh sahabat penulis, Faishal, Junaidi, Antan, Bambang, Windi, Wahyu,
Leily, Rini, Ibnu , Guntur, M. Arif, Fauzi, Fauziah, Sudarmin, Fajar, M. Arif
Suhendra, Agida, Hendra Prayetno, Gansyar, Roso, Ihsan, Royansyah,
Muadzzah, Syahrul, Yogy, Dody, Ilham Bagus, Arif Milando, M. Ridho,
Elyani, Suji, Mahatir, Habib, Fadlan, Ifan, Lipi, Rasyid, Kennedy, Ardi,
Arief. W , Syahrul Lesmana dan teman-teman angkatan 2012 lainnya, atas
kebersamaan dan dukungan yang diberikan kepada penulis selama
menjalani masa perkuliahan.
7.
Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro atas dukungan dan
bantuan yang diberikan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna.
Kritik dan saran dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan
Tugas Akhir ini. Kiranya Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.
Medan, 21 September 2016
Penulis
Zulham Julio
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL ................................................................................................ viii
I.
II.
PENDAHULUAN .........................................................................................1
1.1
Latar Belakang ........................................................................................1
1.2
Rumusan Masalah………………….. .....................................................2
1.3
Tujuan Penelitian .....................................................................................2
1.4
Batasan Masalah ......................................................................................2
1.5
Metodologi Penelitian .............................................................................3
1.6
Sistematika Penulisan ..............................................................................3
DASAR TEORI.............................................................................................5
2.1
Pengertian Smart Antenna .......................................................................5
2.2
Klasifikasi Smart Antenna .......................................................................6
2.2.1
Switch Beam System ....................................................................6
2.2.2
Adaptive Array System.................................................................8
2.3
Cara Kerja Smart Antenna .......................................................................9
2.4
Antenna Array........................................................................................11
2.5
Linear Array ..........................................................................................13
2.5.1 Dua Elemen Array ........................................................................13
2.5.2 N – Elemen Array .........................................................................14
2.6
Circular Array dan Planar Array ..........................................................15
2.7
Konsep Adaptive Array .........................................................................16
2.8
Alasan Penggunaan Smart Antenna .......................................................16
2.9
Propagasi Sinyal ....................................................................................18
2.10 Kelebihan dan Kekurangan Smart Antenna ...........................................19
iv
Universitas Sumatera Utara
2.11 Beamforming .........................................................................................21
2.12 Adaptive Beamforming .........................................................................22
2.12.1 Non Blind Adaptive Algorithm ..................................................23
2.12.1 Blind Adaptive Algorithm ..........................................................25
III METODE PENELITIAN ............................................................................27
3.1
Metodologi Penelitian ..........................................................................27
3.2
Jenis Antena yang Digunakan ...............................................................29
3.3
Spesifikasi Perangkat Penelitian............................................................30
3.4
Parameter Umum Simulasi ....................................................................31
3.5
Parameter Analisis .................................................................................32
IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................................33
4.1
Umum ....................................................................................................33
4.2
Analisis Hasil Simulasi .........................................................................33
V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................44
5.1
Kesimpulan ...........................................................................................44
5.2
Saran .....................................................................................................44
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................45
LAMPIRAN
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi sistem smart antenna ………………………..……………6
Gambar 2.2 Pola radiasi switched beam system.……………………………...…7
Gambar 2.3 Pola radiasi adaptive array system ………………………….............8
Gambar 2.4 Perbandingan coverage relatif dari sistem switched beam, adaptive
array dan conventional sectoring……………………………….…………………9
Gambar 2.5 Diagram blok implementasi smart antenna …………………..........10
Gambar 2.6 Antena array linier………………………………...………………..12
Gambar 2.7 Dua elemen array…………………………………..…………….....13
Gambar 2.8 N- elemen linear array…….……………………………………….14
Gambar 2.9 Uniform circular array …………………………………………….15
Gambar 2.10 Uniform planar circular array…………………………………....15
Gambar 2.11 Penyebab penurunan kualitas sistem komunikasi ..................……17
Gambar 2.12 Multipath environment……………………………………………19
Gambar 2.13 Fade zone…………………………………………………………19
Gambar 2.14 Konfigurasi beamforming………………………………………...22
Gambar 2.15 Sistem adaptive beamforming algoritma LMS…………………...24
Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penelitian………………..........................28
Gambar 3.2 Konfigurasi antena yang digunakan….............................................29
Gambar 3.3 Grating lobes………………………............................……………32
Gambar 3.4 Blok diagram adaptive filter dengan algoritma LMS ……………..33
vi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1 Hasil simulasi untuk N = 2 elemen .................................................. 34
Gambar 4.2 Hasil simulasi untuk N = 3 elemen .................................................. 35
Gambar 4.3 Hasil simulasi untuk N = 4 elemen .................................................. 36
Gambar 4.4 Hasil simulasi untuk N = 5 elemen .................................................. 37
Gambar 4.5 Hasil simulasi untuk N = 6 elemen .................................................. 38
Gambar 4.6 Hasil simulasi untuk N = 7 elemen ................................................. 39
Gambar 4.7 Hasil simulasi untuk N = 8 elemen ................................................. 39
Gambar 4.8 Hasil simulasi untuk N = 9 elemen ................................................. 40
Gambar 4.9 Hasil simulasi untuk N = 10 elemen ............................................... 41
Gambar 4.10 Hasil simulasi untuk N = 11 elemen .............................................. 42
Gambar 4.11 Hasil simulasi untuk N = 12 elemen .............................................. 42
Gambar 4.12 Grafik jumlah elemen (N) vs iterasi .............................................. 43
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi perangkat penelitian………….…………………………...31
Tabel 3.2 Parameter yang digunakan dalam simulasi.………………………......31
Tabel 4.1 Besar optimum weight untuk tiap elemen…………………………….43
viii
Universitas Sumatera Utara