Upload
vuongdang
View
228
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
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
Waktu Kedatangan D00 = 0,1299 s
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
Waktu Kedatangan D00 = 0,0650 s
Data (R = 100 m dan h = 14,5 m)
39
Kedatangan Jarak Tempuh Delay Waktu Kedatangan
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
Waktu Kedatangan D00 = 0,0650 s
Data (R = 200 m dan h = 10 m)
40
Kedatangan Jarak Tempuh Delay Waktu Kedatangan
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
Waktu Kedatangan D00 = 0,1299 s
Data (R = 200 m dan h = 14,5 m)
41
Kedatangan Jarak Tempuh Delay Waktu Kedatangan
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
Waktu Kedatangan D00 = 0,1299 s