0 TUGAS KECERDASAN BUATAN APLIKASI ALGORITMA GENETIKA DALAM OPTIMASI PANCARAN LINK RADIO KOMUNIKASI BERBASIS ANTENA ARRAY EMPAT ELEMEN DISUSUN OLEH: 1. M. Mulia Maulana (100402102) [molenmaulana.blogspot.com] 2. Martua Nababan (100402107) 3. Puti Mayangsari Fhatony (100402110) [mayangfhatony.blogspot.com] 4. Riel Adi Sitompul (100402111)
24
Embed
Aplikasi Algoritma Genetika Dalam Optimasi Pancaran Link Radio Komunikasi Berbasis Antena Array Empat Elemen
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
0
TUGAS KECERDASAN BUATAN
APLIKASI ALGORITMA GENETIKA DALAM OPTIMASI PANCARAN LINK RADIO KOMUNIKASI BERBASIS ANTENA
ARRAY EMPAT ELEMEN
DISUSUN OLEH:
1. M. Mulia Maulana (100402102)[molenmaulana.blogspot.com]
XI. DAFTAR PUSTAKA....................................................................................... 15
3
I. LATAR BELAKANG MASALAH
Pengarahan pancaran pada antena untuk link radio komunikasi merupakan salah satu
usaha yang harus dilakukan, agar sisi penerima mendapatkan kualitas sinyal penerimaan yang
relatif baik. Link tersebut, bisa bersifat omnidirectional ataupun directional. Selain itu, dalam
satu link radio sangat mungkin adanya sinyal-sinyal lain yang tidak dikehendaki (signal not of
interest atau SNOI) dengan frekuensi yang sama, dan sifatnya mengacaukan sinyal dari
pemancar yang dikehendaki (signal of interest atau SOI). Sehingga diperluka optimasi
penerimaan dengan mengatur pancaran dari suatu antena, metode ini dapat dilakukan dengan
menggunakan beberapa antena yang dioperasikan secara bersamaan, yang disebut dengan antena
array dan mengatur nilai pencauan pada masing-masing elemen antena.
II. IDENTIFIKASI MASALAH
Dalam makalah ini, algoritma genetika (AG) diaplikasikan untuk mengoptimasi pancaran
link radio komunikasi menggunakan antena array empat elemen. Algoritma ini berperan mencari
nilai-nilai pembobot berupa beda fasa relatif elemen guna menghasilkan perbandingan antara
SOI (signal of interest) dan SNOI (signal not of interest) atau dikenal dengan signal to
interference ratio (SIR) seoptimal mungkin. Dalam simulasi, konfigurasi antena array
diamsumsikan berbentuk linier empat elemen, dengan jarak antar elemen setengah panjang
gelombang. Parameter AG ditentukan: jumlah populasi 50; jumlah generasi 250; probabilitas
pindah-silang (crossover) 0,85 dan probabilitas mutasi 0,1. Sebagai ilustrasi sintesa pola radiasi
dengan arah SOI = 0o , dengan SNOI diarahkan pada arah 10o, 20o , 30o , 40o , 50o , 60o , 70o ,
80o , dan 90o. Sebagai validasi, dibuat empat antena konikal, satu pencatunya digunakan sebagai
referensi (fasanya 0o) sedang ketiga pencatuan lainnya diatur dengan unit penggeser fasa (phase
shifter) merk Anritsu A5N110. Sistem ini dioperasikan pada frekuensi 1000 MHz. Dari hasil
percobaan diperoleh kesimpulan, bahwa terdapat kemiripan bentuk pola pancaran antara hasil
pengukuran dan hasil simulasi dengan AG, meskipun terdapat selisih SIR yang diperoleh.
Dengan tetap mengarahkan arah pancaran utama tetap pada arah SOI = 0o , dengan arah SNOI
divariasi: 10o, 20o , 30o , 40o , 50o , 60o , 70o , 80o , dan 90o, maka pada hasil pengukuran terdapat
selisih SIR berturut-turut sebesar 17,6 dB; 12,3 dB; 7,9 db; 4,6 dB; 6,1 dB; 5,0 dB; 6,7 dB; 4,7
dB dan 2,5 dB relatif lebih rendah dari hasil simulasi dengan AG.
4
III. RUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana melakukan pengarahan pancaran antena agar sisi penerima mendapatkan
kualitas sinyal penerima yang relatif baik.
2. Bagaimana mendapatkan optimasi penerimaan pancaran antena array empat elemen.
IV. TUJUAN PENULISAN
1. Untuk mendapatkan optimasi pengarah pancaran antena array empat elemen.
2. Sebagai salah satu indikator penilain pada mata kuliah kecerdasan buatan (project
base).
V. BATASAN MASALAH
1. Mengoptimasi pancaran link radio komunikasi menggunakan antena array empat
elemen.
2. Mencari nilai-nilai pembobot berupa beda fasa relatif elemen guna menghasilkan
perbandingan antara SOI (signal of interest) dan SNOI (signal not of interest) atau
dikenal dengan signal to interference ratio (SIR) seoptimal mungkin.
VI. MANFAAT
Dalam sintesa pola pancaran antena array, ada beberapa parameter antena yang dapat
digunakan sebagai parameter perubahan. Metode optimasi pada antena array untuk
maksimalisasi harga direktivitas dengan mengubah parameter-parameter teknis dalam
perancangan suatu array, antara lain: pengutan elemen, beda fase relatif, konfigurasi dan jarak
elemen-elemennya. Selain itu, banyak algoritma yang dapat digunakan dalam proses optimasi
sintesa pola pancaran pada antena array, diantaranya: Least Mean Square (LSM), Griffith
Algorithm, Frost Algorithm, Blind Adaptive Algorithm dan neural network.
Pada penelitian ini, algoritma genetika (AG) diaplikasikan untuk optimasi pancaran link
radio komunikasi berbasis antena array empat elemen, dengan mencari nilai beda fasa relatif
5
antara masing-masing elemen array, sehingga diperoleh perbandingan daya sinyal penerimaan
SOI terhadap SNOI dikenal dengan signal to interference ratio (SIR) seoptimal mungkin.
VII. PRINSIP KERJA
1. Antena Array Empat Elemen
Gambar 1 menunjukkan empat elemen antena array, dimana masing-masing elemen
antena diasumsikan sebagai antena isotropis. Jarak antar elemen dinyatakan d (satuan panjang
gelombang; λ ), sudut pengamatan pada medan jauh yang ditinjau dari normal array adalah 𝜃 dan arah dari pancaran utama (main beam) adalah 𝜃o.
Gambar 1. Empat Elemen Isotropis
Jika W1, W2, W3 dan W4 berturut-turut menyatakan pencatuan pada elemen 1, 2, 3 dan elemen 4, maka pola pancaran yang dibentuk dari susunan ini, secara sederhana dinyatakan dengan:E (θ )=W 1+W 2 e jφ+W 2 e j 2 φ+W 2 e j3 φ (1)
Dimana:
φ= 2 πdλ(sinθ−sin θ0)
(2)
Jika W = W1 = W2 = W3 = W4, maka:
6
E (θ )=W ¿) (3)
Berdasarkan persamaan (3), untuk mengarahkan pancaran utama (main beam) sistem
array tersebut ke arah θ0 tertentu, dapat dilakukan dengan memberi beda fasa relatif pada elemen
ke-2, ke-3 dan ke-4 terhadap elemen ke-1 secara berturut-turut dengan 𝛿, 2𝛿, dan 3𝛿, dimana:δ=(2 πd
λ )sinθ0 (4)
Pernyataan di atas dan persamaan (4) akan digunakansebagai dasar untuk merancang dan
implementasi sistem antena array empat elemen guna mengarahkan pancaran utama link radio ke
arah SOI tertentu.
2. Algoritma Genetika
Seperti diketahui, Algoritma Genetika (AG), atau “Genetic Algorithm” merupakan
bagian dari evolutionary computing dan diinspirasi oleh teori Darwin tentang evolusi dan
dikenalkan oleh John Holland padatahun 1975. Dalam perkembangannya, algoritma ini
berkembang dalam area kecerdasan buatan (artificial intelligent), yang sangat ampuh untuk
menyelesaikan persoalan-persoalan optimasi suatu system, seperti dalam bidang
elektromagnetik, tentunya termasuk teknik antena.
Gambar 2. Diagram Blok Mekanisme Kerja Algoritma Genetika (AG)
Gambar 2 menunjukkan diagram blok mekanisme kerja AG. Proses ini dimulai dari
pembangkitan populasi awal yang merupakan kumpulan individu-individu. Masing-masing
7
individu tersebut, dinyatakan dalam bentuk gen dan kromosom sesuai dengan model dari
permasalahan. Kemudian individu-individu tersebut dipilih (seleksi) untuk mendapat individu-
individu yang baik.
Pengertian individu yang baik ini, dievaluasi berdasarkan nilai kebugaran (fitness) relatif
dari setiap individu. Semakin tinggi nilai kebugarannya, maka semakin baik nilai individu
tersebut dan semakin besar kemungkinan dia bertahan untuk dipilih.
Setelah dilakukan pemilihan individu-individu yang bernilai baik, proses berikutnya
adalah melakukan perkawinan silang (cross over) untuk menghasilkan individu-individu baru.
Individu-individu yang lahir sebelum dinyatakan sebagai individu baru akan mengalami
beberapa proses yang berhubungan dengan perubahan nilai gen, baik yang berupa adaptasi
maupun revolusi. Proses yang terjadi dinamakan dengan mutasi gen inilah individu-individu baru
dinyatakan telah lahir dan membentuk suatu populasi baru pada suatu generasi. Proses satu
pengulangan ini dinamakan dengan satu generasi. Begitu seterusnya, sampai berlangsung ke
berapa generasi yang diinginkan.
VIII. APLIKASI
1. Aplikasi Algoritma Genetika
Algoritma genetika (AG) yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan kromosom
float. Algoritma ini berfungsi untuk mencari beda fasa relatif β(m) antar elemen yang
bersesuaian, sehingga diperoleh harga signal to interference ratio (SIR) yang seoptimal mungkin.
a. Mekanisme Kerja
Mekanisme kerja dari algoritma genetika yang digunakan untuk optimasi link radio
komunikasi ini, secara skematik ditunjukkan pada gambar 4.
b. Definisi Individu
8
Gambar 3 memberikan ilustrasi tentang definisi sebuah individu, yaitu susunan beberapa
kromosom yang menyatakan nilai beda fasa relatif β(m). Setiap nilai β(m), merupakan gen – gen
float.
Gambar 3. Skematik dari satu individu
c. Nilai Kebugaran (Fitness)
Dalam masalah ini, nilai kebugaran (fitness) dinyatakan dengan signal to interference
ratio (SIR), yang diformulasikan dengan F(i,j), yang berarti bernilai kebugaran dari individu ke-i,
generasi ke-j. Formulasi SIR dinyatakan:
SIR=PA
∑i
Pip(5)
PA=A2
2∨F (θp , φp )∨¿2 ¿ (6)
Berturut – turut menyatakan daya dari SOI dan SNOI ke-p. A dan Ip merupakan
amplitudo SOI dan amplitudo SNOI ke-p. Sedangkan F(𝜃,φ) merupakan pola pancaran dari
array.
d. Perkawinan Silang (Cross Over)
Mekanisme perkawinan silang dalam makalah ini menggunakan pasangan berurutan,
dimana gen ke-k induk ke-i dengan defenisi induk [i][k] dan gen ke-k induk ke-(i+1) dengan
defenisi induk [i+1][k] akan menghasilkan keturunan:
Anak [i][k] = r*induk [i][k]+(1-r)*induk [i+1][k] (7)
Anak [i+1][k] = r*induk [i+1][k]+(1-r)*induk [i][k] (8)
9
Dimana r adalah bilangan acak antara 0 sampai 1.
Untuk tiap pasangan, akan dibangkitkan bilangan acak r (antara 0 sampai dengan 1)
untuk dibandingkan dengan probabilitas perkawinan silang pa. Bila bilangan acak tersebut lebih
kecil dari pa, maka dilakukan perkawinan silang. Dan sebaliknya, bila bilangan tersebut lebih
besar dari pa, maka tidak dilakukan perkawinan silang.
e. Mutasi Gen (Pb)
Untuk gen ke-k dari individu ke-i yang dinyatakan dengan individu [i][k], akan
dilakukan mutasi berikut:
Individu [i][k] = individu [i][k] + q (9)
Dimana q adalah bilangan acak yang dibangkitkan dan nilainya kecil (antara 0 sampai
dengan 1). Bila bilangan acak q lebih kecil dari probabilitas mutasi pb, maka dilakukan mutasi.
Dan sebaliknya, bila bilangan tersebut lebih besar dari pb, maka tidak dilakukan mutasi.
f. Penentuan SIR Optimal
Setiap induvidu, yang merupakan pembobot setiap elemen β(m), dengan nilai SIR
tertinggi pada setiap generasi selalu disimpan untuk tetap dipertahankan sampai generasi
berikutnya yang telah ditentukan. Dengan menetukan jumlah generasi yang diinginkan, maka
akan diperoleh nilai kebugaran SIR yang optimum pada generasi tersebut. Simulasi optimasi
pancaran link radio komunikasi menggunakan algoritma genetika (AG) dilakukan dengan
program Matlab, yaitu dengan mencari koefisien beda fasa relatif antar elemen array; β(m).
Beberapa asumsi yang diberikan berkenaan simulasi yang dilakukan pada antena array di sini
sebagai berikut:
Semua elemen array adalah antena isotropis, dengan pola dan orientasi yang
sama.
Sinyal-sinyal SOI dan SNOI merupaka gelombang datar (plane wave) yang
datang dari medan jauh (far field).
Tidak ada perbedaan atau variasi amplitudo dalam penerimaan sinyal oleh
elemen-elemen array akibat perbedaan panjang lintasan relatif propagasi.
10
Karakteristik antena array linier empat elemen (M=4), jarak antar elemen dibuat sama
(d=0,5λ). Karakteristik AG: jumlah populasi = 50; jumlah generasi = 250; probabilitas pindah
silang = 0,85 dan probabilitasn mutasi = 0,1. Untuk mendapatkan hasil SIR seoptimal mungkin,
simulasi pola pancaran antena array dengan AG pada penelitian ini dilakukan dengan
mengarahkan SOI pada arah 00, dan SNOI diarahkan pada arah-arah 100 sampai 900 dengan step
100.
11
Gambar 4. Skematik Mekanisme Algoritma Genetika untuk optimasi link radio komunikasi
berbasis antena array empat elemen
2. Implementasi
Gambar 5 menunjukkan diagram blokdari prototipe sistem antena array emapat elemen.
Suatu pembangkit sinyal berfungsi untuk membangkitkan sinyal RF yang selanjutnya akan
12
dibagi levelnya secara sama oleh pembagi jalur, langsung dihubungkan saluran transmisi ke
suatu antena ke-1, tanpa pergeseran fasa (phase shifter). Sedangkan, keluaran yang lain, akan
masuk ke penggeser fasa #1, #2 dan #3 dan selanjutnya menuju ke antena ke-2, ke-3 dan ke-4.
Panjang dan karakteristik saluran transmisi kedua saluran transmisi dibuat sama.
Gambar 5. Blok Diagram Antena Array Empat Elemen
Berdasarkan gambar 5, diimplementasikan suatu sistem antena array empat elemen yang
diopersaikan pada frekuensi 1.000 MHz. Perangkat atu komponen yang digunakan sebai berikut:
(1) Pembangkit Sinyal
Pembangkit sinyal yang dipakai adalah Standart Signal Generator, dengan frekuensi