OPTIMASIJARINGAN SINGLE FREQUENCY NETWORK (SFN) PADA

PEMBANGUNAN TELEVISI DIGITAL TERRESTRIAL MENGGUNAKAN GENETIC ALGORITHM (GA)

Dosen PembimbingProf. Ir. Gamantyo Hendrantoro M.Eng, Ph.D.

2

1. Dunia pertelevisian mulai berkembangdari sistem analog ke sistem digital.

2. Dalam pengaplikasiannya TV Digital lebihsering menggunakan SFN daripada MFN.

3. Perlu dilakukan optimasi SFN untukmendapatkan coverage yang maksimalkarena adanya faktor difraksi.

3

1. Mengetahui penerapan jaringan SFNpada teknologi DVB-T.

2. Melakukan optimasi jaringan SFN padateknologi DVB-T dengan menggunakanmetode GA .

4

1. Bagaimana performansi kualitas sinyal hasiloptimasi posisi pemancar SFN denganpengaruh knife-edge diffraction ?

2. Bagaimana optimasi jaringan SFN padateknologi DVB-T dengan menggunakanmetode GA untuk meningkatkanpersentase coverage ?

5

1. Optimasi menggunakan letak posisi antenna pemancarsebagai decision variable dan persentase coveragesebagai objective function.

2. Pemancar yang digunakan sebanyak 3 buah denganketinggian masing-masing 37,5 meter dan daya pancar100 W.

3. Jaringan yang digunakan ialah Single FrequencyNetwork dengan bandwidth 8 MHz tiap kanal denganmode 2K dan guard interval sebesar 1/32.

4. Kanal frekuensi yang digunakan ialah kanal UHF 600MHz.

5. Tipe antenna yang digunakan ialah antenaomnidirectional.

6

1. Pemodelan Wilayah2. Propagasi3. Perhitungan Kualitas Sinyal4. Optimasi5. Hasil

7

TxA(25,25)

TxC(25,75)

TxB(75,50)

100m

10 km100m

10 km

8

Kota Tinggi Gedung (meter) Jumlah GedungKota A 30-40 20Kota B 40-50 20Kota C 50-60 20Kota L 50-60 20Kota M 50-60 40Kota N 50-60 60

2

rP4t t r

cPG Gfdπ

=

Daya terima (Watt) apabila dalam keadaan LOS menggunakanmodel propagasi free space loss :

9

Dimana := penguatan dari antenna pemancar= penguatan dari antenna penerima

d = jarak antara pemancar dan penerimaf = frekuensi sinyal

tGrG

10

2

rP 10log4t t r d

cPG G Gfdπ

= +

Nilai daya terima (dB) apabila titik penerima dalam keadaanterhalang gedung menggunakan model propagasi knife edge :

1 2

1 2

2( )d dv hd dλ+

=

Dimana := penguatan dari antenna pemancar, = penguatan dari antenna penerima= gain diffraction

d = jarak antara pemancar dan penerimaf = frekuensi sinyal

tGrGdG

11

( ) 0

0 0

. ( )/

.(1 ( ) .i i ii

i i ii i

PC I

P i P N

ω δ δ

ω δ δ∈Ω

∈Ω ∈Ψ

−=

− − + +

∑∑ ∑

Dimana :Tu = panjang symbol yang berguna, Δ = panjang guard intervalTp = panjang dan interval di mana sinyal berkontribusi konstruktifωi = nilai fungsi bobot, δi = delay relative echo ke-n terhadap satuan waktu sinkronisasi (s), δo = waktu sinkronisasi (s), No = Noise (Watt)

12

1

(%) 100.R

r

r

CovFR=

=

∑

min min1 & ( / ) ( / )

0rjika C C C I C I

Covjika selainnya

≥ ≥=

Ambang batas ditetapkanCmin >= -75dBm(C/I)min >= 13.4 dB.

Fitness function :

13

Hasil dari proses optimasi SFN inidiharapkan tersusun sebuah konfigurasi

dari 3 pemancar SFN yang menghasilkan coverage paling tinggi.

14

1. Inisialisasi Populasi2. Pendekodean Kromosom3. Perhitungan Presentase Coverage4. Perangkingan dan Seleksi5. Crossover (Pindah Silang)6. Mutasi

15

16

Pada tahap inisialisasi populasi dibangkitkan individu sebanyak 40sebagai populasi generasi pertama, dimana setiap individu terdiri daribilangan biner berbentuk vektor baris berukuran 1x12, sehinggapopulasi yang terbetuk seolah olah berupa matriks biner berukuran40x12.0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 individu 1

0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0

0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0

0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0

Individu 2Individu 3

Individu 4

0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 Individu 40

17

0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0

TA = pos.6 TB = pos.14 TC = pos.10

Pemancar A Pemancar B Pemancar CX koordinat X koordinat X koordinat0 23 ,23 0 74,49 0 23, 741 23, 24 1 74, 50 1 23, 752 23, 25 2 74, 51 2 23, 763 23, 26 3 74, 52 3 23, 774 24, 23 4 75, 49 4 24, 745 24, 24 5 75, 50 5 24, 756 24, 25 6 75, 51 6 24, 767 24, 26 7 75, 52 7 24, 778 25, 23 8 76, 49 8 25, 749 25, 24 9 76, 50 9 25, 7510 25, 25 10 76, 51 10 25, 7611 25, 26 11 76, 52 11 25, 7712 26, 23 12 77, 49 12 26, 7413 26, 24 13 77, 50 13 26, 7514 26, 25 14 77, 51 14 26, 7615 26, 26 15 77, 52 15 26, 77

18

Fungsi ini bertujuan untuk menghitung nilaicoverage dari suatu konfigurasi pemancaryang telah didekodekan pada fungsisebelumnya.

19

• Dilakukan proses perangkinganberdasarkan nilai persentase Coverage.

• Seleksi dilakukan menggunakan metode(µ+λ) selection atau pemotongan(truncation selection).

• 50 % individu bertahan dan 50 % individutereliminasi.

20

21

• Mutasi yang digunakan adalah skemaswap mutation.

• Pada program ini probabilitas mutasiPm=0,05

0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 00,920,32 0,18 0,12 0,66 0,03 0,19 0,33 0,54 0,520,62 0,21

0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0

22

23

Kota Running

Coverage (%)Kenaikan

ΔKonvergen Generasi ke

Waktu Optimasi (menit)

Awal Hasil

APertama 70,90 71,59 0,69 4 35,4 Kedua 70,90 71,62 0,72 10 35,35Ketiga 70,90 71,61 0,71 25 37,03

BPertama 70,77 71,55 0,78 10 35,35Kedua 70,77 71,54 0,77 8 35,99Ketiga 70,77 71,56 0,79 6 35,9

CPertama 70,39 71,24 0,85 6 34,41Kedua 70,39 71,28 0,89 29 37,15Ketiga 70,39 71,28 0,89 29 36,10

Coverage pada Kota dengan ketinggian gedung berbeda

24

Kota RunningPosisi

Pemancar 1 Pemancar 2 Pemancar 3Baris Kolom Baris Kolom Baris Kolom

APertama 25 23 77 51 26 76Kedua 26 24 77 52 25 77Ketiga 26 24 77 51 25 77

BPertama 26 24 77 51 25 77Kedua 25 23 77 51 26 76Ketiga 26 24 77 52 25 77

CPertama 25 23 77 51 26 76Kedua 26 24 77 51 25 77Ketiga 26 24 77 51 25 77

Posisi Pemancar Wilayah dengan Tinggi Gedung Berbeda

25Coverage Kota C (a) pra optimasi (b) sesudah optimasi

(a) (b)

265 10 15 20 25 30

70

70.5

71

71.5

72

72.5

73Optimasi SFN menggunakan Algoritma Genetika

Coverage terbaik: 71.2800

Posisi Pemancar A : 26 24

Posisi Pemancar B : 77 51

Posisi Pemancar C : 25 77

Nilai maksimum: 71.2800

Ukuran populasi: 40

Probabilitas mutasi: 0.050

Jumlah bit/variabel: 12

Generasi

Cove

rage

Optimasi Kota C

27

Optimasi Kota A, B dan C

28

Probabilitas C/I berdasarkan Ketinggian Gedung

29

30

Kota

Running ke

Coverage (%)Kenaikan Δ

Konvergen generasi

ke

Waktu Optimasi (menit)

Awal Hasil

LPertama 70,39 71,17 0,78 7 34,21Kedua 70,39 71,26 0,87 8 33,62Ketiga 70,39 71,16 0,77 8 34,54

MPertama 68,74 70,10 1,36 14 55,18Kedua 68,74 70,12 1,38 8 55,06Ketiga 68,74 70,12 1,38 10 55,95

NPertama 67,53 68,33 0,8 17 84,24Kedua 67,53 68,33 0,8 18 78,2Ketiga 67,53 68,24 0,71 12 79

Coverage pada Kota dengan jumlah gedung berbeda

31

Kota Running Posisi

Pemancar 1 Pemancar 2 Pemancar 3Baris Kolom Baris Kolom Baris Kolom

LPertama 25 23 76 50 26 77Kedua 25 23 77 49 26 77Ketiga 26 24 76 50 26 77

MPertama 25 23 77 51 25 76Kedua 25 23 77 50 25 76Ketiga 25 23 77 50 25 76

NPertama 25 24 77 50 25 76Kedua 25 24 77 50 25 76Ketiga 26 23 77 50 26 77

Posisi Pemancar Wilayah dengan Jumlah Gedung Berbeda

32Coverage Kota M (a) pra optimasi (b) sesudah optimasi

(a) (b)

33

Optimasi Kota M

34

Optimasi Kota L, M dan N

1. Hasil yang didapatkan pada variasi pertamamemberikan kenaikan persentase coveragebesar 0,69-0,89 %. Sedangkan pada variasikedua kenaikan 0,78-1,38 %.

2. Hasil simulasi dan pengujian menunjukkanbahwa metode Genetic Algorithm dapatdigunakan sebagai salah satu solusi dalammenentukan konfigurasi penempatanpemancar SFN yang sudah ditetapkandalam suatu wilayah secara optimum.

35

36

37

Channel Bandwidth

Symbol Time (2K) Symbol Time (8K)

8 MHz 224 µs 896 µs7 MHz 256 µs 1024 µs6 MHz 298,7 µs 1947 µs

Guard Interval 1/4 1/8 1/16 1/32Symbol Time (µs) 896 896 896 896Guard Time (µs) 224 112 56 28Total Time (µs) 1120 1008 952 924

Guard Interval 1/4 1/8 1/16 1/32Symbol Time (µs) 224 224 224 224Guard Time (µs) 56 28 14 7Total Time (µs) 280 252 238 231

Simbol durasi pada mode 2K dan 8K

Simbol DVB-T dan Guard Interval 8K 8MHz

Simbol DVB-T dan Guard Interval 2K

Pada kasus DVB-T, dikarenakan pilot carriers dibutuhkanuntuk demodulasi koheren, total loss dari sinyal konstruktifterjadi diluar relative delay, Tp = Tu/3. Nilai Tu/3 didasarkanpada limit teoritis untuk Tp dan membutuhkan filter interpolasidengan jumlah tap yang tak terbatas. Untuk rumus seringdigunakan dan ini memberikan limit praktis yang tepat padadesain filter real. Pada sistem DVB-T, nilai echo delay yangtidak melebihi Tp , akan memberikan nilai fungsi bobot yangkontributif. Akan tetapi echo yang berada di luar Tp akanmemberikan daya interferensi sperti dijelaskan pada Gambar2.7

Synchronization time reference

Pada DVB-T, setiap pemancar diatur pada referensi waktu tertentu. Sinyal dari GPS (Global Positioning System) yang terdapat di seluruhdunia saat ini digunakan untuk mensinkronisasikan frekuensi transmisipada jaringan DVB-T SFN. Satelit GPS memancarkan sinyal 1 pps (pulse per second) kepada oscillator 10 MHz dalam GPS receiver professional, sehingga diperlukan resolusi waktu 100 ns. Nilai inilah yang digunakanjaringan SFN sebagai referensi waktu pada tiap pemancar DVB-T.

Pemilihan Mode 2K

Mode 2K memiliki subcarrier spacing lebih lebar daripada 8K, yakni 4kHz, akan tetapi periode simbolnya lebih pendek. Sebaliknya, mode 8Kmemiliki subcarrier spacing sebesar 1 kHz yang berarti lebih tahanterhadap pelebaran domain frekuensi yang disebabkan oleh efekdoppler karena penerimaan bergerak ataupun multipath echo, akantetapi lebih rentan terhadap delay echo.

Nilai Tp

Nilai Tp ini diperoleh dengan mempertimbangkan bahwa total loss darikomponen sinyal yang konstruktif berada di luar delay relatif Tp = Tu/3. Nilai Tu/3 ini berkaitan dengan batas teoritikal dari nilai Tp yang memerlukan suatu filter interpolasi dalam jumlah tak terbatas. Dengan demikian, nilai Tp =7Tu/24 sering digunakan karenamemberikan batas praktis yang pantas dalam kasus desain filter.

Panjang Guard Interval Mode 2K dan8K

Mode Panjang simbol(μs)

Guard interval (Rasio)

Guard interval(μs)

Jaraktransmitter (km)

2K 224 1/4 56 16,8

2K 224 1/8 28 8,4

2K 224 1/16 14 4,2

2K 224 1/32 7 2,1

8K 896 1/4 224 67,1

8K 896 1/8 112 33,6

8K 896 1/16 56 16,8

8K 896 1/32 28 8,4