estimasi parameter kanal (doa dan delay) dengan...
Post on 02-Nov-2020
19 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Estimasi Parameter Kanal (DOA dan Delay) dengan Menggunakan
Algoritma MUSIC pada Antena array Kubus
Muhammad Syahroni
NRP : 2208203008
Dosen pembimbing :Prof. Dr.Ir. Gamantyo Hendrantoro,M.Eng
Ir. Puji Handayani, MT
2
PENDAHULUAN
3
1.1. Latar Belakang
Algoritma MUSIC yang ada hanyamenggunakan antena array linear danplanar [1],[2],[3],[4]
Terjadi error deteksi yang besar padasudut elevasi yang tinggi [1]
Hasil simulasi belum diverifikasi denganhasil pengukuran antena sebenarnya
4
1.2 Perumusan Masalah
Bagaimana model algoritma DOA dan delay dari antena array kubus?
Validasi Pengukuran akan bersesuaian dengan hasil simulasi?
Antena array kubus dapat mendeteksi sinyal dari berbagai sudut elevasi?
5
menganalisa kinerja estimasi DOA, DODdan delay pada algoritma MUSIC
mendapatkan model kanal yang sesuaiuntuk aplikasi indoor dapat digunakan
untuk evaluasi sistem komunikasinirkabel
1.3. Tujuan Penelitian
6
4.1. Manfaat Penelitian
Meningkatkan kemampuan deteksiantena penerima terhadap sinyal datangyang berasal sudut dengan elevasi tinggi
DOA dan Delay berguna untukmendesain model kanal yang sesuai
meningkatkan unjuk kerja sistemkomunikasi nirkabel pada aplikasi indoor
7
DASAR TEORI
8
2.1. Model Antena Array Kubus
Antenna yang disusundalam suatu volumeberbentuk kubus
Antena array ini terdiridari 8 element, dipisahkansejauh λ/2.
variasi dari parametersinyal berupa: sudut datang (elevasi θ
dan azimut ø)
jumlah sinyal
delay
2
4
6
8
1
3
5
7
9
Model Array(lanjutan)
)cossin(sin2
cossinsincos(sin2
)coscos(sin2
cos2
sinsin2
sinsincos(sin2
cossin2
0
)cossin(sin2
cossinsincos(sin2
)coscos(sin2
cos2
sinsin2
sinsincos(sin2
cossin2
0
...
...
...
...
...
...
...
...
111
11111
111
1
11
1111
11
zpypp
zpyppxpp
zpxpp
zp
ypp
yppxnn
pp
zy
zyx
zx
z
y
yx
ddj
dddj
ddj
dj
dj
ddj
j
ddj
dddj
ddj
dj
dj
ddj
j
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
A
Steering vector merupakan fungsi dari panjang gelombang dan
sudut datang (berupa θ dan azimut ø) dan geometri antena
10
Model Sinyal
Sinyal yang diterima pada antena penerima [3]
= sinyal baseband yang diterima pada waktu burst ke n.
n(t) = noise AWGN.
= steering vector
= amplitudo sinyal
= sinyal baseband kompleks yang ditransmisikan.
= delay propagasi dari sinyal
Q = jumlah sinyal total
Q
k
k
n
kkk
n tntsatX1
)()( )()(),()(
)()( tX n
),( kka
)(n
k
k)(s
11
Algoritma TST-MUSIC
Menggabungkan algoritma T-MUSIC & S-MUSIC
Melakukan pengelompokan dan pengisolasian sinyal-sinyal yang diterima
12
Algoritma T-MUSIC
Berguna untuk estimasi delay
Prinsip kerja T-MUSIC:
Matrik
kovarianEigen
Decomposition
Estimasi
Spektrum
delay
X(t)Rt
V t Pt
13
Matrik kovarian T-MUSIC diperoleh dengan:
M = Jumlah elemen antena
K = Jumlah burst
Xt = Sinyal yang sampai pada antena penerima
Algoritma T-MUSIC (lanjutan)
n
t
K
n
n
t
t XXMK
R1
1
14
Algoritma T-MUSIC (lanjutan)
Spectrum T-MUSIC
= temporal array vector
Vt = Noise subspace
)()()(
1)(
~~
gVVIg
PHt
s
t
s
H
t
music
)(~
g
15
Algoritma S-MUSIC
Berguna untuk estimasi DOA
Prinsip kerja S-MUSIC:
Matrik
kovarianEigen
Decomposition
Estimasi
Spektrum DOA
X(t)Rs
V s P s
16
Matrik Kovarian Rs dari S-MUSIC adalah
Nt = panjang training sequence
K = jumlah burst
Xt = sinyal yang sampai pada antena
Algoritma S-MUSIC (lanjutan)
Hn
t
K
n
n
t
t
s XXKN
R
1
1
17
Estimasi DOA oleh S-MUSIC adalah:
Vs= signal subspace
a = steering vector
I = matrik identitas
Algoritma S-MUSIC (lanjutan)
),()(),(
1),(
aVVIaP
Hs
s
s
s
H
s
music
18
METODE
PENELITIAN
19
FLOW CHART
Penentuan Asumsi Kondisi
Array dan Sinyal
Simulasi Algoritma MUSIC
Hasil Estimasi Simulasi
Pengukuran dengan antena
Array Volume
Algoritma MUSIC
berdasarkan pengukuran
Hasil Estimasi berdasarkan
pengukuran
Kesimpulan
20
3.1. Kondisi Array dan Sinyal
Antenna array adalah antenna biconical yang disusun dalam suatu volume berbentuk kubus
Antena array ini terdiri dari 8 elemen, dipisahkan sejauh λ/2.
Diasumsikan letak delay berjauhan
Noise yang dibangkitkan adalah AWGN
21
3.2. Simulasi algoritma MUSIC
parameter sinyal berupa:
jumlah sinyal yang datang
sudut datang (berupa elevasi θ dan azimutø)
jumlah sampling sinyal
Delay
koefisien korelasi
SNR.
22
Simulasi MUSIC (lanjutan)
Prosedur simulasi
InisialisasiPembangkitan
Steering VectorPembangkitan
sinyal X(t) =
A.s(t-) + n(t)
Estimasi
DelayEstimasi
DOA
23
3.3 Hasil estimasi Simulasi
Keakuratan hasil simulasi diperolehdengan membandingkan sudut datangdan delay yang sebenarnya dengan sudutdan delay estimasi yang dideteksi
Diuji dengan metode Root Mean SquareError
24
3.4. Pengukuran
•Pengukuran dilakukan di Ruang B305, ITS
• Hasil pengukuran : amplitudo (mV) dan fase (derajat)
Network Analyzer
Antena Pemancar Antena Penerima
RF AmplifierAttenuator
Port 1 Port 2
Kabel Koaxial
Kabel Koaxial
25
3.5. Penerapan Algoritma MUSIC
pada Data Hasil Pengukuran
memasukkan data hasil pengukuranberupa X(t) pada input algoritma MUSIC di peroleh estimasi DOA dan delay
26
3.6.Validasi hasil Estimasi
berdasarkan pengukuran
membandingkan sudut datang sebenarnya(berdasarkan geometrical optik) dan sudut hasilestimasi diperoleh error DOA
Membandingkan delay propagasi sebenarnyadengan delay estimasi diperoleh error delay
27
Hasil dan Pembahasan
28
Akurasi Estimasi DOA dan Delay
Sebagai Fungsi SNR
Error maksimum pada SNR = 0 dB RMS Error
azimut 0,325o dan RMS Error elevasi =0.315o
29
Resolusi Kerapatan DOA
Pada SNR = 10 dB resolusi DOA = 7o,pada SNR = 20 dB resolusi DOA sebesar 3o , pada SNR 30 dB resolusi DOA=1o
SNR = 10 dB SNR = 20 dB
30
Jumlah Sinyal sebagai fungsi SNR
Hasil: Maksimum sinyal yang dapat dideteksi adalah 6 sinyal pada SNR > 28 dB
31
Akurasi estimasi sebagai fungsi korelasi
sinyal
Algoritma MUSIC tidak dapat mendeteksi sinyal yang berkorelasi penuh
32
Estimasi Hasil Pengukuran
Sinyal I: DOA azimut -1o, DOA 91.5o elevasi, delay 4 ns
Sinyal II: DOA azimut 180o, DOA 91o elevasi, delay 7 ns
33
Validasi hasil Pengukuran
Lokasi B305, Elektro ITS
Rx3
0.8
40.8
65
1.36 0.82
0.5
35
0.2
1
0.09
0.5
35
0.395
7.140
4.6
5
Rx3
x
y
2.1
1.35
1.1
95
1.3
45
Tx
Rx
A
B
C
D
BB
D
34
Validasi hasil pengukuran (lanjutan)
Tabel 1. Sinyal datang dan delay propagasi pada antena penerima
Tabel 2. RMS error
35
Kesimpulan
36
Kesimpulan Sinyal akan dapat dideteksi dengan akurat ketika sinyal berasal
dari berbagai sudut elevasi dan azimut. Error elevasi tertinggi adalah 0.315o dan error azimut adalah 0.325o, terjadi ketika sinyal datang pada antena dengan SNR sebesar 0 dB
Jumlah sinyal datang maksimum yang dapat dideteksi adalah sebanyak enam sinyal
Kualitas dari resolusi sudut berbanding lurus dengan SNR sinyal datang
Algoritma MUSIC dapat mengestimasi dua sinyal berdekatan ketika selisih delay minimal sebesar 1 ns. Bila delay < 1 ns, maka dua sinyal tersebut akan dianggap sebagai 1 sinyal.
Berdasarkan hasil data pengukuran diperoleh hasil estimasi DOA yang akurat ketika divalidasi dengan metode geometrical optik, dimana RMS error elevasi berkisar antara 0o – 1o, sedangkan RMS error azimut adalah 1o-1.5o.
Ketika mengestimasi delay, algoritma MUSIC akan menghasilkan error yang cukup besar yaitu 3 – 8 ns
37
Daftar Pustaka
[1] S. Sekizawa,”Estimation of Arrival Directions Using MUSIC Algorithm with a Planar Array”
[2] R.O. Schmidt, “ Multiple Emitter Locatin and Signal Parameter Estimation”, IEEE transaction and propagation, vol AP-34, No 3, March 1986.
[3] Y.Y. Wang, “TST-Music for joint DOA-Delay Estimation” in IEEE transaction on signal processing, vol 49, no 4, april 2001
[4] J.D. Lin, “ Joint Spatial-Temporal Channel Parameter Channel Parameter Estimation Using Tree-structured MUSIC” 0-7803-7484-3/02 IEEE 2002
[5] A. Pholyiam, “ Joint Estimation of Propagation Delay and Direction of Arrival of Multipath Signal”, 0-7803-7757-5/03 , IEEE 2003
[6] Nur Adi Siswandari,”Analisa Korelasi Spasial Propagasi Kanal Radio 1.7 GHz Dalam Ruang Menggunakan Antena Array Planar Sintetis”, ITS, 2003
Sekian
top related