SIMULASI TURBO CODES UNTUK PENGOLAHAN DATA ELEKTROKARDIOGRAM

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

Halaman Judul

SIMULASI TURBO CODES UNTUK PENGOLAHAN DATA

ELEKTROKARDIOGRAM

  SKRIPSI Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

  Memperoleh Gelar Sarjana Komputer Program Studi Teknik Informatika

  Oleh: L. Endra Prasetya

  085314004

  

JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  Halaman Judul

SIMULATION OF TURBO CODES FOR ELECTROCARDIOGRAM DATA PROCESSING

  THESIS Presented as Partial Fullfilment of the Requirements

  To Obtain the Computer Bachelor Degree In Informatics Engineering

  By: L. Endra Prasetya

  085314004

INFORMATICS ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF INFORMATICS ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Halaman Persetujuan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Halaman Pengesahan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Halaman Persembahan HALAMAN PERSEMBAHAN UNLESS someone like you cares a whole awful lot,

nothing is going to get better.

It’s not.

• -Dr. Seuss

  Skripsi ini saya persembahkan untuk :  Tuhan Yesus Kristus.

   Keluarga Bapak Ignatius Pilih, Ibu Th. Ninik

  Sriwinarni, Margareta Sri Pininih, dan Christina Putranti Rose Widani yang selalu setia mendukung dengan Cinta dan Doa.

   Keluarga besar Bapak B. Puji Saputro yang selalu mendukung dengan Doa.  Sahabat dan teman-teman.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Pernyataan Keaslian Karya

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRAK

  Perkembangan teknologi yang begitu pesat menuntut pengiriman data dengan kecepatan tinggi dan kinerja yang handal. Data yang dikirim dapat berupa data analog atau data digital, seperti audio, video, karakter atau teks. Sebagai contohnya adalah data rekam medis Electrocardiogram (ECG). Pemasalahan yang sering terjadi ketika komunikasi data adalah gangguan saluran. Gangguan saluran berupa derau (noise), pelemahan sinyal (fading), dan perusakan sinyal oleh sinyal lain (jamming) [1]. Jika data yang dikirim mengalami gangguan saluran, maka di sisi penerima data dipastikan mengalami kesalahan (error). Jika data yang dikirim berupa data ECG, maka akan menyebabkan salah diagnosa yang akan menimbulkan runtutan kesalahan, sehingga akan berakibat fatal terhadap pasien. Dari permasalahan tersebut, suatu metode dibutuhkan agar kesalahan dapat dideteksi dan dikoreksi [2]. Dengan menggunakan metode penyandian digital, kesalahan dapat dideteksi dan dikoreksi. Salah satu metode penyandian dalam error control coding , ialah dengan turbo codes.

  Turbo codes encoder yang dikembangkan untuk penelitian menggunakan

Recursive Systematic Convolutional (RSC) dengan rate 1/3 dan menggunan

random interleaver . Decoder turbo codes menggunakan algoritma Maximum A-

Posteriori Probability (MAP). Pengujian menggunakan data rekam medis dengan

  panjang data 300, 600, 900, 1200, dan 1500 titik. Modulasi yang diggunakan adalah Quadrature amplitude modulation (QAM) dengan ukuran QAM 4, 16, 32, dan 64. Signal to Noise Ratio (SNR) yang digunakan adalah 0 sampai dengan 20.

  Data ECG dapat dikoreksi dengan baik ketika menggunakan modulasi QAM 4 dengan SNR lebih besar dari 11 dan modulasi QAM 16 dengan SNR lebih besar dari 19. Pada penelitian ini, panjang data dan iterasi tidak mempengaruhi BER turbo codes. SNR mempengaruhi kinerja BER. Selain itu, ukuran modulasi mempengaruhi kinerja BER. Semakin kecil ukuran modulasi, nilai BER semakin baik.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

ABSTRACT

  The fast development of technology required that data should be transmitted in a high speed way and in a meticulous performance. The data which was sent could be in the form of an analog or digital data such as audio, video, character, or text. Examples are electrocardiogram (ECG) medical records. The problems which usually occur during a communication is on the way is channel disturbance. Channel disturbance could be in the form of hissing sound (noise), fading signals, and disturbed signals because of other signals which are called jamming [1]. Others from the mentioned problems, very often it happened that the data being sent is broken before it is transmitted. When the data being sent undergo channel disturbance or data break down, then there certainly be some errors on the receiver side and the data received is not valid. When the data being sent is in the form of an ECG, then it would cause false diagnosis which would raise a series of deceptions that it would end in a serious and fatal result on the patients. From this point of view, an application or a method is needed that the errors could detected and corrected [2]. By using a digital coding method, any error could be certainly detected and corrected. One of the coding methods in error control coding is the turbo codes.

  Turbo codes encoder which was developed for research used the Recursive Systematic Convolutional (RSC) with a rate of 1/3 and used a random inter- leaver. The Decoder turbo codes used the Maximum A-Posteriori Probability (MAP) algorithm. The test used a medical record data of 300, 600, 900, and 1,500 niche in length. The modulation which was applied was the Quadrature amplitude modulation (QAM) in QAM 4, 16, 32, and 64 sizes whereas the Signal to Noise Ratio (SNR) was 0 to 20.

  ECG data could be corrected well when using a QAM 4 modulation with an SNR more than 11 and a QAM 16 modulation with an SNR more than 19. In this research, the length and iteration of data had no influence on the BER turbo codes whereas the SNR did. If the size of modulation is smaller, value of BER

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Halaman Persetujuan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  

Kata Pengantar

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Yesus Kristus yang telah memberikan karunia, rahmat, dan kesempatan, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Simulasi Turbo Codes Untuk Pengolahan Data Elektrokardiogram”. Penyusunan skripsi ini tidak lepas dari semua pihak yang turut memberikan dukungan, doa, semangat, dan bantuan yang sangat bermanfaat bagi penulis. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih sebesar besarnya kepada :

  1. Bapak Damar Widjaja, S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing senantiasa memberikan masukkan dan bantuan dalam membimbing penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.

  2. Segenap dosen Universitas Sanata Dharma yang telah membantu memberikan bekal pengetahuan kepada penulis.

  3. Bapak Ignatius Pilih, Ibu Th. Ninik Sriwinarni, Margareta Sri Pinilih, dan keluarga besar Christina Putranti Rose Widani yang dengan tulus memberikan perhatian, doa, dan dukungan.

  4. Seluruh sahabat dan rekan-rekan TI (Angga, Sisca, Reza, Wulan, Surya, Devi, Putri, Petra, Itha, Tista, Gadis, dan Mas Susilo) yang tidak dapat penulis sebutkan atas kesediaanya dalam memberikan masukkan, menemani dan mendengarkan keluh kesah dari penulis. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang terdapat pada skripsi ini. Saran dan kritik penulis harapkan untuk kebaikan bersama. Semoga bermanfaat.

  Yogyakarta, Februari 2013 Penulis,

  L. Endra Prasetya

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Daftar Isi

  Halaman Judul .......................................................................................................... i Halaman Judul ......................................................................................................... ii Halaman Persetujuan .............................................................................................. iii Halaman Pengesahan ............................................................................................. iv Halaman Persembahan ............................................................................................ v Pernyataan Keaslian Karya .................................................................................... vi ABSTRAK ............................................................................................................ vii ABSTRACT ......................................................................................................... viii Halaman Persetujuan .............................................................................................. ix Kata Pengantar ........................................................................................................ x Daftar Isi................................................................................................................. xi Daftar Gambar ...................................................................................................... xvi Daftar Tabel ....................................................................................................... xviii

  BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang.......................................................................................... 1

  1.2 Rumusan masalah ..................................................................................... 2

  1.3 Tujuan ....................................................................................................... 2

  1.4 Manfaat ..................................................................................................... 3

  1.5 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

  1.6 Metodologi Penelitian .............................................................................. 3

  1.7 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

  BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................. 6

  2.1 ECG .......................................................................................................... 6

  2.2.2 Additive white gausian Noise ............................................................ 9

  2.8 Bit Error Rate

  3.2.1 Perancangan Encoder Turbo Codes ................................................ 21

  3.2 Perancangan Sistem ................................................................................ 20

  3.1.2 Analisis Kebutuhan Sistem ............................................................. 20

  3.1.1 Gambaran Sistem yang Dikembangkan .......................................... 20

  3.1 Analisis Sistem ....................................................................................... 20

  BAB III PERANCANGAN .................................................................................. 20

  2.8.3 Signal to Noise Ratio ....................................................................... 19

  2.8.2 Kuantisasi Kesalahan ...................................................................... 19

  2.8.1 Noise dan BER ................................................................................ 18

  ......................................................................................... 18

  2.7.1 Log-Likelihood Ratio ...................................................................... 16

  2.2.3 White Noise ....................................................................................... 9

  2.7 Algoritma Maximum A-Posteriori Probability ...................................... 16

  2.6.2 Decoding dengan Menggunakan Feedback Loop ........................... 15

  2.6.1 Skema Decoding ............................................................................. 15

  

2.6 Turbo Decoder ........................................................................................ 14

  2.5.1 Interleaving ..................................................................................... 14

  

2.5 Turbo Encoder ........................................................................................ 13

  2.4.1 Representasi Generator ................................................................... 12

  

2.4 Recursive Systematic Convolutional Encoder ........................................ 12

  2.3.1 Parameter Pengujian Unjuk Kerja Turbo Codes ............................. 12

  

2.3 Turbo Codes ........................................................................................... 10

  2.2.4 Distribusi Gaussian ........................................................................... 9

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3.2.4 Narasi Use Case .............................................................................. 23

  BAB IV IMPLEMENTASI SISTEM .................................................................. 37

  4.2.4 Tampilan Pengaturan Kanal AWGN .............................................. 42

  4.2.3 Tampilan Handling “Cari Data ECG” ............................................ 42

  4.2.2 Tampilan Proses Encoding .............................................................. 40

  4.2.1 Tampilan Utama .............................................................................. 40

  4.2 Implementasi Tampilan .......................................................................... 40

  4.1.4 Decoder Turbo Codes ..................................................................... 39

  4.1.3 Pengiriman Data Sandi Melalui Kanal AWGN .............................. 39

  4.1.2 Penyandian Data ECG..................................................................... 37

  4.1.1 Proses Pembacaan Data ECG.......................................................... 37

  4.1 Implementasi Proses ............................................................................... 37

  3.3.5 Halaman Decode ............................................................................. 35

  3.2.5 Diagram Konteks ............................................................................ 29

  3.3.4 Halaman Pengaturan kanal AWGN ................................................ 34

  3.3.3 Halaman Encode ............................................................................. 33

  3.3.2 Tampilan Open File ........................................................................ 33

  3.3.1 Halaman Utama Program ................................................................ 32

  3.3 Desain Antarmuka Pengguna ................................................................. 32

  3.2.10 DFD Level 1 Proses 3 ..................................................................... 32

  3.2.9 DFD Level 1 Proses 2 ..................................................................... 31

  3.2.8 DFD Level 1 Proses 1 ..................................................................... 31

  3.2.7 Data Flow Diagram Level 0 .......................................................... 30

  3.2.6 Diagram Dekomposisi (Diagram Berjenjang) ................................ 30

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  5.1 Hasil Pengujian ....................................................................................... 45

  5.1.1 Hasil Pengujian BER dengan Parameter Pengujian Iterasi ............. 45

  5.1.2 Hasil Pengujian BER Menggunakan Modulasi QAM 4 ................. 46

  5.1.3 Hasil Pengujian BER Menggunakan Modulasi QAM 16 ............... 46

  5.1.4 Hasil Pengujian BER Menggunakan Modulasi QAM 32 ............... 47

  5.2.1 Analisis Pengujian BER Berdasar Panjang data ECG .................... 48

  5.2.2 Hasil Pengujian BER Menggunakan Panjang Data ECG 300 ........ 48

  5.2.3 Hasil Pengujian BER Menggunakan Panjang Data ECG 600 ........ 49

  5.2.4 Hasil Pengujian BER Menggunakan Panjang Data ECG 900 ........ 49

  5.2.5 Hasil Pengujian BER Menggunakan Panjang Data ECG 1200 ...... 50

  5.3.1 Analisis Pengujian BER Menggunakan Modulasi QAM................ 51

  5.4 Pengujian ................................................................................................ 52

  5.4.1 Pembacaan Data ECG ..................................................................... 52

  

5.5 Encoder Turbo Codes ............................................................................. 53

  ............................................................................. 55

  5.6 Decoder Turbo Codes

  BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 57

  6.1 Kesimpulan ............................................................................................. 57

  6.2 Saran ....................................................................................................... 57 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 58 LAMPIRAN .......................................................................................................... 61 LAMPIRAN 1 ................................................................................................... 62

  BER QAM 4 Berdasar Iterasi ....................................................................... 62 BER QAM 4 .................................................................................................. 62 BER QAM 16 ................................................................................................ 63

  BER dengan panjang data ECG: 300 ............................................................ 65 BER dengan panjang data ECG: 600 ............................................................ 66 BER dengan panjang data ECG: 900 ............................................................ 66 BER dengan panjang data ECG: 1200 .......................................................... 67 BER dengan panjang data ECG: 1500 .......................................................... 68

  Lampiran 2 Fungsi Proses_baca_data.m ......................................................... 68 Lampiran 3 Hasil Pembacaan Data ECG oleh Proses_baca_data.m ............... 71 Lampiran 4 Fungsi Encoder .............................................................................. 72 Lampiran 5 Pengiriman Data Sandi Melalui Kanal AWGN ............................. 73 Lampiran 7 Hasil Penerjemahan Data Biner menjadi Data ECG ..................... 82 Lampiran 8 Data ECG ....................................................................................... 82 Lampiran 9 Penghitungan Manual Encoder Menggunakan Excel .................... 83

  Turbo Code Decoder 1 .................................................................................. 84 Turbo code Decoder 2 .................................................................................. 89 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Daftar Gambar

Gambar 2.1 Rekaman Detak Jantung ..................................................................... 6Gambar 2.2 Konversi digital ke analog................................................................... 7Gambar 2.3 Diagram Constellation ........................................................................ 8Gambar 2.4 Konsep Diagram Constellation ........................................................... 8Gambar 2.5 Kanal AWGN ..................................................................................... 9Gambar 2.6 Unjuk kerja turbo codes ................................................................... 12Gambar 2.7 Turbo codes (a) dan (b) dengan rate ½ ........................................... 13Gambar 2.8 Turbo Codes dengan rate 1/3 ........................................................... 14Gambar 2.9 Skema decoder ................................................................................. 14Gambar 2.10 Feedback loop ................................................................................ 15Gambar 3.1 Model Sistem..................................................................................... 20Gambar 3.2 Diagram encoder dengan generator polinomial 15,13 ..................... 21Gambar 3.3 Diagram decoder ............................................................................... 22Gambar 3.4 Diagram Use Case pengguna ............................................................ 23Gambar 3.5 Diagram arus data.............................................................................. 29Gambar 3.6 Diagram berjenjang ........................................................................... 30Gambar 3.7 DFD level 0 ....................................................................................... 31Gambar 3.8 DFD level 1 proses 1 ......................................................................... 31Gambar 3.9 DFD level 1 proses 2 ......................................................................... 32Gambar 3.10 DFD level 1 proses 3 ....................................................................... 32Gambar 3.11 Halaman utama progam .................................................................. 33Gambar 3.12 Tampilan fungsi Encode.................................................................. 34Gambar 3.13 Pengaturan kanal AWGN ................................................................ 35Gambar 3.14 Tampilan fungsi Decode ................................................................. 36Gambar 4.1 Tampilan utama program turbo codes. ............................................. 40Gambar 4.2 Tampilan Turbo Encoder .................................................................. 41Gambar 4.3 Tampilan Cari lokasi Simpan data .................................................... 41Gambar 4.4 Notifikasi proses Encoding ............................................................... 41

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 4.8 Tampilan Decoder Turbo Codes. ...................................................... 43Gambar 4.9 Tampilan ECG setelah Encoding ...................................................... 44Gambar 5.1 BER turbo codes yang dibentuk daari pengujian iterasi ................... 45Gambar 5.2 BER turbo codes dengan ukuran modulasi QAM 4. ......................... 46Gambar 5.3 BER turbo codes dengan ukuran modulasi QAM 16 ........................ 47Gambar 5.4 BER turbo codes dengan ukuran modulasi QAM 32 ........................ 47Gambar 5.5 BER turbo codes dengan ukuran modulasi QAM: 64...................... 48Gambar 5.6 BER turbo codes dengan panjang data ECG: 300 titik ..................... 49Gambar 5.7 BER turbo codes dengan panjang data ECG: 600 titik ..................... 49Gambar 5.8 BER turbo codes dengan panjang data ECG: 900 titik ..................... 50Gambar 5.9 BER turbo codes dengan panjang data ECG: 1200 titik ................... 50Gambar 5.10 BER turbo codes dengan panjang data ECG: 1500 titik. ................ 51

  Gambar 5. 11 Hasil pembacaan data menggunakan fungsi dari physionet.org . .. 52

Gambar 5.12 Hasil pembacaan data ECG pada program turbo codes. ................. 52Gambar 5.13 Trellis diagram dari RSC ................................................................ 54Gambar 5.14 Hasil encoding program turbo codes .............................................. 55Gambar 5.15 Pengujian Decoder Turbo codes ..................................................... 56

  PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Daftar Tabel

Tabel 4.1 Pengubahan data ECG menjadi data Biner ........................................... 38Tabel 4.2 Pengubah data “string” menjadi array .................................................. 38Tabel 4.3 Fungsi konversi data biner menjadi Data ECG ..................................... 39Tabel 4.4 Trellis diagram pada program............................................................... 83Tabel 4.5 Data proses yang diproses oleh decoder ............................................... 84Tabel 4.6 Branch Matrix hasil persamaan (2.13) ................................................. 84Tabel 4.7 Penghitungan partial branch matrix ..................................................... 85Tabel 4.8 Penghitungan forward branch matrix dari persamaan (2.11) ............... 86Tabel 4.9 Normalisasi Forward Branch Matrix ................................................... 86Tabel 4.10 Penghitungan Backward branch mrnggunakan persamaan (2.12) .... 87Tabel 4.11 Normalisasi Backward branch ............................................................ 87Tabel 4.12 Pengitungan LLR ................................................................................ 88Tabel 4.13 Hasil akhir pengitungan LLR .............................................................. 88Tabel 4.14 Hasil L(extrinsic) dari DEC 1 ............................................................. 89Tabel 4.15 Penghitungan LLR dari DEC 1 ........................................................... 89Tabel 4.16 Hasil L(extrinsic) dari DEC 1 ............................................................. 89Tabel 5.1 Perhitungan Encoder secara manual. .................................................... 53Tabel 5.2 Sampel Pengujian data .......................................................................... 55Tabel 5.3 hasil encoding setelah pemenggalan secara vertikal tiap tiga karakter 55

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Perkembangan teknologi yang begitu pesat menuntut pengiriman data dengan kecepatan tinggi dan kinerja yang handal. Data yang dikirim dapat berupa data analog atau data digital, seperti audio, video, karakter atau teks. Sebagai contohnya adalah data rekam medis Electrocardiogram (ECG) atau Elektrokardiogram (EKG). ECG adalah rekaman pada permukaan tubuh aktivitas listrik yang dihasilkan oleh jantung [3].

  Gangguan saluran merupakan permasalahan yang sering terjadi ketika komunikasi data, seperti derau (noise), pelemahan sinyal (fading), dan perusakan sinyal oleh sinyal lain (jamming) [1]. Selain permasalahan tersebut sering kali data rusak sebelum ditranmisikan [2]. Jika data yang dikirim mengalami gangguan saluran atau kerusaan data, maka di sisi penerima data dipastikan mengalami kesalahan (error) dan data yang diterima tidak valid. Jika data yang dikirim berupa data rekam medis (ECG atau EEG) maka akan menyebabkan salah diagnosa yang akan menimbulkan runtutan kesalahan, sehingga akan berakibat fatal terhadap pasien.

  Dari permasalahan tersebut, suatu aplikasi atau metode dibutuhkan agar kesalahan (error) dapat dideteksi dan dikoreksi [2]. Dengan menggunakan metode penyandian digital, kesalahan dapat dideteksi dan dikoreksi. Penyandian digital mengubah data ke dalam bit-bit kode yang bertujuan untuk meningkatkan ketahanan sinyal terhadap terjadinya gangguan saluran.

  Salah satu metode penyandian dalam error control coding, ialah dengan . Turbo codes diperkenalkan oleh Berrou, Glavieux, dan

  turbo codes

  Thitimajshima pada tahun 1993 [4]. Turbo codes merupakan metode baru turunan dari sandi convolusional dengan unjuk kerja penghitungan Bit Error Rate (BER) mendekati Shanon limit

  Turbo codes banyak dikembangkan untuk National Aeronautics and Space

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  untuk mengirim citra foto dari Mars [5]. Selain itu error control coding digunakan untuk komunikasi luar angkasa, transmisi data, penyimpanan data, komunikasi perangkat bergerak, file transfer, dan transmisi digital audio atau video [6].

  Pengujian unjuk kerja turbo codes selama ini dilakukan dengan cara membuat simulasi dengan parameter-parameter tertentu. Parameter yang sering diuji adalah rasio noise (Eb/No), ukuran frame, code rate dan jumlah iterasi [7]. Pengujian unjuk kerja turbo codes mengunakan data ECG sudah pernah dilakukan menggunakan komunikasi satelit berbasis Code-Division Multiple-Acces (CDMA) [8]. Pengujian tersebut menggunakan kanal Additive White Gaussian Noise (AWGN) Unshadowed/shadowed. Selain itu, pengujian tersebut menggunakan

  

code rate ½, jumlah bit yang dikirim 1280 bit, memori encoder yang digunakan

• 5 adalah 2. Iterasi yang digunakan adalah 1, 3, dan 5 dengan target BER 10 .

  Pada tugas akhir ini, pengujian turbo codes menggunakan program simulasi yang dibuat dengan menggunakan Matlab. Pengujian menggunakan data rekam medis dengan panjang data 300, 600, 900, 1200, dan 1500 titik. Data tersebut adalah data pecahan antara negatif 1 dan positif 1. Bilangan pecahan tidak dapat diprose oleh encoder. Untuk mengatasi hal tersebut, setiap titik data akan diubah menjadi data bulat kemudian akan dijadikan data biner basis 12 bit. Code

  

rate yang digunakan adalah 1/3, memori encoder yang digunakan adalah 3.

  Iterasi yang digunakan adalah 1, 2, 3, 4, dan 5. Signal to Noise Ratio (SNR) yang digunakan adalah 0 sampai dengan 20 db.

  1.2 Rumusan masalah

  Dari latar belakang masalah, rumusan masalah yang didapat adalah:

  1. Bagaimana mengoreksi data yang terkena noise?

  2. Bagaimana program turbo codes mengoreksi data?

  1.3 Tujuan

  Tujuan dari tugas akhir ini adalah tersedianya program simulasi turbo

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

   Manfaat

  1.4 Hasil penelitian tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat bagi

  mahasiswa dan dosen teknik informatika sebagai media pendukung pembelajaran untuk mata kuliah Teknik Koreksi Kesalahan Data.

  Hasil penelitian tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat sebagai referensi penelitian lanjutan teknik koreksi data mengenai error control coding terutama untuk pengkajian turbo code lebih lanjut.

  1.5 Batasan Masalah

  Batasan masalahan dari penelitian ini adalah:

  1. Pengujian dilakukan dengan cara simulasi pada aplikasi encoding dan decoding pada Matlab.

  2. Program simulasi turbo codes menggunakan personal computer (PC) tunggal.

  3. Data ECG berasal dari MIT-BIH Arryhtymia Database [9].

  4. Pengujian program turbo codes menggunakan data ECG dengan panjang data 300, 600, 900, 1200, dan 1500 sampel titik data.

  5. Code rate turbo codes menggunakan rate=1/3.

  6. SNR yang digunakan adalah 0 sampai 20 db.

  7. Kanal yang digunakan adalah AWGN.

  8. Modulasi yang digunakan adalah Quadrature amplitude modulation (QAM).

  9. Algoritma decoding yang digunakan adalah Maximum a-posteriori Probability (MAP) dengan menggunakan variasi iterasi 1, 2, 3, 4, dan 5.

  10. Perhitungan BER dilakukan dengan menggunakan rumus dasar BER.

  1.6 Metodologi Penelitian

  Langkah-langkah yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

  1. Studi literatur Mengumpukan dan mempelajari referensi yang berkaitan dan mendukung penelitian ini, seperti error control coding, tutorial turbo code, algoritma turbo

  code .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  3. Pengujian program Program akan diuji dengan memberi masukan data kecil atau berjumlah sedikit. Kemudian hasil simulasi dibandingkan dengan hasil perhitungan secara teoritis. Program akan dianggap benar jika kedua hasil perhitungan bernilai sama.

  4. Simulasi dan pengumpulan data Simulasi dan perancangan program turbo codes mengunakan bahasa pemprograman Matlab.

  5. Analisis Pada tahap ini, penulis akan melakukan analisis dari hasil pengujian. Analisis akan dilakukan dengan melakukan pengamatan dan menghitung nilai BER, kemudian akan menyimpukan unjuk kerja dari turbo codes.

   Sistematika Penulisan

1.7 BAB I PENDAHULUAN

  Bab ini berisi latar belakang masalah penulisan tugas akhir, rumusan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.

  BAB II LANDASAN TEORI Bab ini menjelaskan mengenai teori yang berkaitan dengan masalah tugas akhir ini. BAB III PERANCANAN SIMULASI TURBO CODES Bab III berisi perancangan prose dan tampilan program turbo codes yang akan dibuat. BAB IV IMPLEMENTASI TURBO CODES Bab ini berisi implementasi proses dan tampilan (GUI) program turbo .

  codes

  BAB V HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA Bab V akan memaparkan proses implementasi hasil dan analisa dari

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran berdasar hasil analisis program turbo code.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2 BAB II LANDASAN TEORI

  2.1 ECG Electrocardiogram (ECG) merupakan gambaran yang berupa grafik

  berbagai variasi potensial listrik yang disebabkan oleh eksitasi (proses untuk menetral polaritas) yang dideteksi pada permukaan tubuh [10]. Elektrokardiogram normal merupakan gambaran skalar yang memperlihatkan defleksi (perubahan garis dasar yang diukur sebagai gelombang) yang disebabkan oleh aktifitas atrium (ruangan yang menjadi jalan masuk ke struktur atau organ lain) dan ventrikel (suatu ronga normal, kecil di dalam suatu organ seperti jantung dan otak) sebagai perubahan dalam magnitudo tegangan dan polaritas (positif dan negatif) terhadap waktu. Gambar 2.1 menunjukkan skema detak jantung.

Gambar 2.1 Rekaman Detak Jantung [11]

  Defleksi pertama gelombang P pada Gambar 2.1 disebabkan oleh eksitasi kedua atrium. Defleksi QRS disebabkan oleh eksitasi kedua ventrikel, dan gelombang T terjadi karena pulihnya kedua ventrikel (repolarisasi).

  2.2 Penyandian Kanal

  Penyandian isyarat digital berguna untuk meningkatkan kinerja

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Waveform coding merupakan penyandian yang mengubah bentuk

  gelombang menjadi bentuk gelombang yang “lebih baik”, sehingga mengurangi terjadinya galat (error). Sedangkan structured sequences merupakan penyandian yang mengubah urutan data menjadi urutan yang “lebih baik” yang mempunyai bit berlebih (redundant bit). Bit berlebih digunakan untuk mendeteksi dan mengkoreksi error.

  Urutan terstruktur dibedakan menjadi dua kategori, yaitu: block codes dan

  

convolutional code . Berdasarkan metode penyandian, penyandian kanal dibedakan

  menjadi dua, yaitu: Backward Error Correction (BEC) dan Forward Error

  Correction (FEC)

  BEC hanya membutuhkan deteksi kesalahan. Jika kesalahan terdeteksi, pengirim diminta untuk mengirim ulang pesan. BEC merupakan metode sederhana yang menggunakan persyaratan sederhana pada koreksi galat. Di sisi lain, BEC membutuhkan komunikasi duplek yang menyebabkan keterlambatan transmisi.

  Sedangkan FEC membutuhkan decoder yang digunakan untuk mengoreksi sejumlah kesalahan. Decoder harus mampu mengetahui posisi bit yang mengalami kesalahan. FEC hanya membutuhkan komunikasi simplek saja, FEC sangat menarik dalam komunikasi jaringan nirkabel. FEC digunakan untuk meningkatkan efisiensi energi dari sistem.

2.2.1 Konversi Digital ke Analog

  Konversi digital ke analog adalah proses pengubahan salah satu karakteristik sinyal analog berdasarkan informasi data digital [2]. Gambar 2.2 menunjukkan hubungan antara informasi digital, proses digital ke analog modulasi, dan sinyal analog yang dihasilkan. Salah satu konversi digital ke analog adalah quadrature amplitude modulation (QAM).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.2.1.1 Quadrature Amplitude Modulation

  Quadrature amplitude modulation (QAM) merupakan gabungan

amplitude shift keying (ASK) dan phase shift keying (PSK) [2]. QAM

  menggunakan dua operator (satu di phase dan lainnya quadrature) dengan tingkat amplitudo yang berbeda untuk masing-masing operator. Variasi kemungkinan QAM sangat banyak, Gambar 2.3 menunjukkan beberapa skema QAM.

Gambar 2.3 Diagram Constellation

2.2.1.1.1 Constellation Diagram

  Diagram konstelasi digunakan membantu menentukan amplitudo dan fase dari sebuah elemen sinyal, terutama ketika menggunakan dua operator (satu-fase dan satu quadrature) [2]. Dalam diagram konstelasi, jenis elemen sinyal diwakili sebagai titik. Bit atau kombinasi dari bit digambarkan disekitar titik konstelasi. sebelahnya. Diagram memiliki dua sumbu. Sumbu X berhubungan dengan carrier di fase, sumbu Y vertikal berhubungan dengan carrier quadrature. Setiap titik pada diagram merupakan potongan informasi. Proyeksi titik pada sumbu X mendefinisikan amplitudo puncak dalam fase, proyeksi titik pada sumbu Y mendefinisikan amplitudo puncak pada quadrature. Panjang garis (vektor) yang menghubungkan titik ke asal adalah amplitudo puncak elemen sinyal (kombinasi dari X dan komponen Y), sudut garis dibuat dengan sumbu X merupakan fase elemen sinyal. Semua informasi yang dibutuhkan ditemukan pada diagram konstelasi. Gambar 2.4 menunjukkan konsep diagram konstelasi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  2.2.2 Additive white gausian Noise Additive white gausian Noise (AWGN) merupakan model kanal sederhana

  dan umum dalam suatu sistem komunikasi [12]. AWGN adalah sebuah statistik acak pada frekuensi yang lebar dengan spektrum kepadatan yang konstan.

  2.2.3 White Noise

  Spektrum rapat noise power dianggap memiliki nilai yang sama untuk setiap frekuensi (dalam pita komunikasi yang digunakan), yang dapat dimodelkan pada persamaan matematis sebagai beriku [1]:

  (2.1) (

  ) = dengan adalah daya noise dan f adalah frekuensi.

   Distribusi Gaussian

  2.2.4 Pola kemunculan noise dianggap terdistribusi Gaussian dengan nilai rata-

  rata (mean) adalah nol dan varians tergantung rapat daya yang diperkirakan dari noise tersebut [1].

  Penerima akan menterjemahkan sinyal informasi (bit) baseband dari sinyal

  

carrier yang telah mengandung noise. Penambahan noise tersebut terjadi di dalam

  kanal (saluran) yang dapat berupa kabel tembaga atau lintasan melalui udara tanpa halangan (line of sight).

  Sumber noise yang kedua berasal dari rangkaian pada penerima itu sendiri. Dalam tugas akhir ini bentuk noise yang dipilih bersifat aditif (menambahkan) dengan pendekatan statistik yang memiliki distribusi Gaussian dan pada keseluruhan band frekuensi menunjukkan karakteristik yang sama sehingga memiliki sifat yang sama dengan warna putih yang spektrumnya membentang pada keseluruhan frekuensi warna.

  

Sinyal yang Sinyal yang

  

dikirim diterima

n(t)

• +

  s(t) r(t)

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 2.5 merupakan blok kanal AWGN. Pada kanal AWGN, zero-

  

mean white Gaussian noise ditambahkan pada sinyal transmisi s(t), sehingga

  sinyal yang diterima r(t) berbentuk sebagai berikut: (2.2)

  = + ( )

  

s(t) adalah sinyal atau data yang dihasilkan encoder, n(t) adalah zero-mean white

Gaussian noise dengan daya N o /2, dan r(t) adalah data atau sinyal yang

  mengalami perubahan karena derau. Kanal AWGN merupakan penambahan data atau sinyal s(t) dan derau n(t). Derau AWGN dihasilkan oleh thermal noise, shot

  noise , dan radiasi sinar matahari.

2.3 Turbo Codes

  Salah satu turunan sandi konvolusi adalah turbo codes. Turbo codes pertama kali diperkenalkan oleh Berrou, Glavieux, dan Thitimajshima pada tahun 1993 [4]. Turbo codes merupakan penggabungan dari dua atau lebih Recursive

  

Systematic Convolutional (RSC) dan decoder yang terkait, menggunakan aturan

decoding umpan balik (feedback loop), diimplementasikan sebagai saluran

decoder yang identik. Detail RSC dan feedback loop dapat dilihat pada bagian

yang selanjutnya.

  Turbo codes yang diajukan oleh Berrou menggunakan code rate (R) ½,

  generator polinomial g1=37 dan g2=21, dan interleaving 256x256. Code rate merupakan perbandingan antara bit yang masuk ke dalam encoder dan bit yang

• 5

  dihasilkan encoder. Turbo codes tersebut menghasilkan BER 10 setelah iterasi ke 18 dengan E b /N 0.7 dB, mendekati batas teori yang diprediksi Shanon. Detail dan generator polinomial dapat dilihat pada bagian yang selanjutnya.

  interleaving

  Penggunaan turbo codes sangat banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari seperti [5] [13]:

  1. Komunikasi perangkat bergerak

  Turbo codes dikembangkan untuk komunikasi perangkat bergerak. Turbo

codes merupakan salah satu pilihan FEC dalam Universal Mobile

Telecommunications System (UMTS) generasi ketiga. Perkembangan turbo codes

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

  Turbo codes digunakan dalam Wideband Code-Division Multiple-Access

  (W-CDMA). W-CDMA merupakan generasi penerus dari second generation (2G) yang bebasis pada komunikasi Global System for Mobile Communication (GSM)

  

Time Division Multiple-Access (TDMA). W-CDMA didukung oleh Third

Generation Partnership Project (3GPP)