pemodelan kanal komunikasi akustik pada...

Taufani Rizal Nofriansyah

NRP. 2207 100 004

Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Wirawan, DEA

Ir. Endang Widjiati, M.Eng.Sc

PEMODELAN KANAL KOMUNIKASI

AKUSTIK PADA PERAIRAN DANGKAL

Latar Belakang

Kondisi perairan Indonesia yang sangat potensial

Perlunya pengembangan sistem komunikasi bawah air

Perbedaan karakteristik pada komunikasi bawah air

2

Permasalahan

Sumber Kanal Penerima

Proses Komunikasi Sederhana

Bagaimana memodelkan kanal

komunikasi bawah air?

Apa saja parameter kanal

komunikasi bawah air?

3

Fokus!!

Kanal Bagaimana pengaruh

parameter tersebut?

Batasan Masalah

Pemodelan kanal menggunakan software MatLab

Pemodelan kanal difokuskan pada kondisi perairan dangkal

Pengamatan hasil difokuskan pada waktu kedatangan dan

amplitudo keluaran sinyal

4

Tujuan

Mempelajari komunikasi akustik pada perairan dangkal

Mempelajari parameter – parameter kanal perairan

dangkal

Membuat pemodelan kanal menggunakan software MatLab

5

Perairan Dangkal

Perairan dangkal adalah perairan kontinental yang

diasumsikan memiliki rata – rata kedalaman maksimal 200

meter. [2]

6

Kecepatan Suara

Karena kecepatan suara pada perairan dangkal tidak

berubah secara signifikan oleh kedalaman, kecepatan suara

pada perairan dangkal hanya dipengaruhi oleh temperatur

(T) dan salinitas air laut (S) [1]:

𝑐 = 1449,36 + 4,6𝑇 − 0,055𝑇2 + 0,000029𝑇3 +

1,34 − 0,01𝑇 𝑆 − 35

7

Model Ray

Jarak yang ditempuh melalui jalur lurus dapat dinotasikan

sebagai D00, dimana:

𝐷00 = 𝑅2 +(𝑑1 − 𝑑2)

2

Jarak yang ditempuh melalui jalur permukaan dapat

dinotasikan sebagai Dsb, dimana:

𝐷𝑠𝑏 = 𝑅2 + 2𝑏ℎ + 𝑑1 − −1

𝑠−𝑏𝑑22

Jarak yang ditempuh melalui jalur dasar dapat dinotasikan

sebagai Dsb, dimana:

𝐷𝑠𝑏 = 𝑅2 + 2𝑏ℎ − 𝑑1 + (−1)

𝑏−𝑠𝑑22

8

Parameter Kanal

Spherical Spreading

Absorbsi Volume

Pantulan Permukaan

Pantulan Dasar

Delay

9

Spherical Spreading

Diasumsikan bahwa sumber adalah bersifat omnidirectional

dan faktor yang merepresentasikan loss dalam tekanan

amplitudo pada spherical spreading sepanjang jalur dari

panjang D dapat dirumuskan [4]:

𝐿𝑠𝑠 =1

𝐷2=1

𝐷

10

Absorbsi Volume

Ketika suara terpropagasi di lautan, sebagian dari energi

akustik secara kontinyu mengirimkan panas. Pendekatan

empiris untuk koefisien atenuasi β (in dB/km), frekuensi f

(dalam kHz, diantara 3 kHz - 500 kHz), salinitas S (dalam

‰) dan tekanan hidrostatis P (dalam kg/cm2

𝐿𝐴 𝐷 = 𝑒𝑥𝑝 −0,998𝐷𝑆𝐴𝑓𝑇𝑓

2

𝑓𝑇2 + 𝑓2

+𝐵𝑓2

𝑓𝑇

Dimana,

𝐴 = 2,34 × 10−6, 𝐵 = 3,38 × 10−6

𝑓𝑇 = 21,9 × 106−1520𝑇+273

11

Pantulan Permukaan Laut

Jika permukaan kasar (disebabkan oleh gelombang), sedikit

loss akan terjadi pada setiap interaksi permukaan.

Pemodelan loss diasumsikan dengan adanya faktor konstan

loss dari LSR per interaksi permukaan.

12

Pantulan Dasar Laut - 1

Impedansi yang tidak cocok antara perairan laut dan dasar

laut menyebabkan dasar laut dapat memantulkan

beberapa suara yang datang dan dijelaskan sebagai [3]:

𝐿𝐵 𝜃 =𝑚 cos 𝜃 − 𝑛2 − 𝑠𝑖𝑛2𝜃

𝑚 cos 𝜃 + 𝑛2 − 𝑠𝑖𝑛2𝜃

Dimana,

𝑚 =𝜌1𝜌, 𝑛 =

𝑐

𝑐1

- ρ dan c adalah kerapatan dan kecepatan suara pada perairan laut

- ρ1 dan c1 adalah kerapatan dan kecepatan suara pada dasar laut

13

Pantulan Dasar Laut - 2

Sudut θsb berhubungan dengan jalur Dsb dan sudut θsb

berhubungan dengan jalur Dsb,

𝜃𝑠𝑏 = 𝑡𝑎𝑛−1

𝑅

2𝑏ℎ + 𝑑1 − −1𝑠−𝑏 𝑑2

𝜃𝑠𝑏 = 𝑡𝑎𝑛−1

𝑅

2𝑏ℎ − 𝑑1 + −1𝑏−𝑠 𝑑2

14

Delay

τsb adalah keterlambatan waktu kedatangan dari jalur Dsb

dan τsb adalah keterlambatan waktu kedatangan dari jalur

Dsb:

𝜏𝑠𝑏 =𝐷𝑠𝑏 − 𝐷00𝑐

𝜏𝑠𝑏 =𝐷𝑠𝑏 − 𝐷00𝑐

15

Pemodelan Kanal

Dari semua parameter diatas, didapatkan:

𝑦 𝑡 = 𝐴00 𝑡 𝐿𝑠𝑠 𝐷00 𝐿𝐴 𝐷00 𝑥 𝑡

+ 𝐴𝑠𝑏 𝑡 𝐿𝑠𝑠 𝐷𝑠𝑏 𝐿𝐴 𝐷𝑠𝑏 −𝐿𝑆𝑅𝑠𝐿𝐵𝑅𝑏 𝐿𝐵 𝜃𝑠𝑏

𝑏𝑥 𝑡 − 𝜏𝑠𝑏 + 𝐽𝑠𝑏 𝑡

𝑠

𝑏=𝑠−1

∞

𝑠=1

+ 𝐴𝑠𝑏 𝑡 𝐿𝑠𝑠 𝐷𝑠𝑏 𝐿𝐴 𝐷𝑠𝑏 −𝐿𝑆𝑅𝑠𝐿𝐵𝑅𝑏 𝐿𝐵 𝜃𝑠𝑏

𝑏𝑥 𝑡 − 𝜏𝑠𝑏 + 𝐽𝑠𝑏 𝑡

𝑏

𝑠=𝑏−1

∞

𝑏=1

16

Metodologi Penelitian

17

Nilai Input Parameter Simbol Nilai

Jarak R 100 m dan 200 m

Kedalaman laut h 10 m dan 14,5 m

Kedalaman sumber d1 3 m

Kedalaman penerima d2 2 m

Frekuensi f 3000 Hz

Frekuensi sampling fs 200.000 Hz

Loss Permukaan Lsr 3 dB

Loss Dasar Lbr 10 dB

Kepadatan air ρ 1023 kg/m3

Kepadatan dasar laut ρ1 1500 kg m3

Kecepatan suara dasar laut c1 1650 m/s

Suhu air T 27°C

Salinitas S 35 ppt

Banyak pantulan N 5

Noise AWGN n(t) 5 dB

18

Profil Kecepatan Suara di Singapura

19

Sinyal Inputan

Sinyal sinusoidal yang dibangkitkan menggunakan konfigurasi

frekuensi sebesar 3000 Hz dengan frekuensi sampling sebesar

200.000 Hz

20

Hasil Simulasi (Waktu Kedatangan) - 1

Nilai parameter pada R = 100 m dan h = 10 m Nilai parameter pada R = 100 m & h = 14,5 m

21

Kedatangan

Jarak

Tempuh

(m)

Waktu Kedatangan

(s)

1 174,8151 0,0729

2 185,6784 0,0835

3 200,1344 0,0976

4 217,3421 0,1144

5 236,6050 0,1332

Kedatangan

Jarak

Tempuh

(m)

Waktu Kedatangan

(s)

1 183,3386 0,0812

2 204,2058 0,1016

3 230,5331 0,1272

4 260,4354 0,1564

5 292,6770 0,1878

Waktu Kedatangan D00 = 0,0650 s

Hasil Simulasi (Waktu Kedatangan) - 2

Nilai parameter pada R = 200 m dan h = 10 m Nilai parameter pada R = 200 m dan h = 14,5 m

22

Kedatangan

Jarak

Tempuh

(m)

Waktu Kedatangan

(s)

1 337,5082 0,1340

2 343,3479 0,1397

3 351,5724 0,1477

4 361,9829 0,1578

5 374,3581 0,1699

Kedatangan

Jarak

Tempuh

(m)

Waktu Kedatangan

(s)

1 342,0867 0,1384

2 354,0193 0,1501

3 370,4334 0,1661

4 390,6517 0,1858

5 414,0129 0,2085


Sinyal Output (R = 200 m & h = 10 m )

23

Hasil Simulasi (amplitudo)

Jarak dan

Kedalaman Amplitudo Sinyal Output

Sinyal

Output + Noise

R = 100 m,

h = 10 m

Max. 4,7499 × 10-3 9,9135 × 10-3

Min. -4,3411 × 10-3 -8,5511 × 10-3

R = 100 m,

h = 14,5 m

Max. 4,4023 × 10-6 6,6240 × 10-6

Min. -5,2633 × 10-6 -9,5768 × 10-6

R = 200 m,

h = 10 m

Max. 6,4686 × 10-8 6,8934 × 10-8

Min. -4,6746 × 10-8 -6,8226 × 10-8

R = 200 m,

h = 14,5 m

Max. 4,2401 × 10-11 8,4261 × 10-11

Min. -4,6170 × 10-11 -8,7113 × 10-11

24

Kesimpulan

Dari hasil perhitungan, didapatkan waktu kedatangan

terkecil terdapat pada R = 100 m dan h = 10 m serta

waktu kedatangan terbesar terdapat pada R = 200 dan h

= 14,5 m.

Perbandingan antara amplitudo sinyal pada jarak 100 m

dan 200 m serta kedalaman 10 m dan 14,5 m

menunjukkan bahwa redaman amplitudo sinyal berbanding

lurus dengan peningkatan jarak maupun kedalaman.

Pemberian noise dengan SNR sebesar 5 dB menyebabkan

peningkatan amplitudo pada sinyal yang didapat.

25

Saran

26

Penggunaan data karakteristik salah satu kondisi perairan di Indonesia dapat digunakan pada penelitian berikutnya sebagai data acuan dan data masukan untuk mengembangkan kanal komunikasi akustik pada perairan dangkal Indonesia.

Melakukan pengukuran pada kondisi nyata sehingga dapat membandingkan hasil keluaran sinyal secara simulasi dan pengukuran.

Meneliti karakteristik noise yang sering terjadi di salah satu kondisi perairan di Indonesia juga dapat dilakukan sebagai pemodelan kanal dengan kondisi noise yang terjadi pada kenyataannya.

Daftar Pustaka

1. Chitre, Mandar., (2006) Underwater Acoustic Communications in Warm

Shallow Water Channels, PhD Thesis, Electrical & Computer Engineering

National University Of Singapore.

2. Etter, Paul C., (1996) Underwater Acoustic Modelling, 2nd edition. Chapman &

Hall. London.

3. Brekhovskikh, L.M., Lysanov, Yu.P., (2003) Fundamental of Ocean Acoustic.

American Institute of Physics, New York.

4. Jensen, F.B., Kuperman, W.A., Porter, M.B. and Schmidt, H. (1994)

Computational Ocean Acoustics. American Institute of Physics, New York.

5. Stojanovic, M. 1996. “Recent advances in high-speed underwater acoustic

communications,” IEEE J. Ocean. Eng. 21, 125–136.

6. Jesus, S.M., Porter, M.B., Stephan, Y., Demoulin, X., Rodriguez, O., Coelho,

E., (2001) “Single Hydrophone Source Localization”, IEEE Journal of Ocean

Engineering.

27

28

Terima Kasih

29

- Lampiran -

Loss Transmisi vs Jarak

30

[2]

Atenuasi vs Frekuensi

31

[3]

Spherical Spreading

32

Absorbsi Volume

33

Rayleigh Distribution

34

Gaussian Distribution

35

SNR

36

Konversi dB

37

Data (R = 100 m dan h = 10 m)

38

Kedatangan Jarak Tempuh Delay Waktu Kedatangan

1 174,8151 0,0079 0,0729

2 185,6784 0,0185 0,0835

3 200,1344 0,0326 0,0976

4 217,3421 0,0494 0,1144

5 236,6050 0,0682 0,1332


Data (R = 100 m dan h = 14,5 m)

39


1 183,3386 0,0162 0,0812

2 204,2058 0,0366 0,1016

3 230,5331 0,0622 0,1272

4 260,4354 0,0914 0,1564

5 292,6770 0,1228 0,1878


Data (R = 200 m dan h = 10 m)

40


1 337,5082 0,0041 0,1340

2 343,3479 0,0098 0,1397

3 351,5724 0,0178 0,1477

4 361,9829 0,0279 0,1578

5 374,3581 0,0400 0,1699


Data (R = 200 m dan h = 14,5 m)

41


1 342,0867 0,0085 0,1384

2 354,0193 0,0202 0,1501

3 370,4334 0,0362 0,1661

4 390,6517 0,0559 0,1858

5 414,0129 0,0786 0,2085


pemodelan kanal komunikasi akustik pada...

Documents