Mitigasi Efek Doppler Pada Kanal V2v Dengan Penghambur Bergerak Menggunakan Ekualisasi Dinamis Berbasis Waktu Koherensi

Pamungkas, Wahyu (2021) Mitigasi Efek Doppler Pada Kanal V2v Dengan Penghambur Bergerak Menggunakan Ekualisasi Dinamis Berbasis Waktu Koherensi. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

	Text 02. Buku Disertasi Wahyu Pamungkas.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2023. Download (5MB) | Request a copy
	Text 02. Buku Disertasi Wahyu Pamungkas.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Pada sistem komunikasi nirkabel, lingkungan diantara pengirim dan penerima dapat memiliki kondisi yang sangat beragam dan dapat mempengaruhi proses propagasi sinyal. Selain itu pengguna juga dapat bergerak serta berpindah tempat sehingga mengakibatkan perubahan frekuensi yang disebabkan oleh efek Doppler. Efek Doppler dan kondisi lingkungan yang bersifat multipath dapat mengakibatkan Doppler spread dan Doppler shift yang dapat mempengaruhi kualitas sinyal yang diterima. Salah satu aplikasi sistem komunikasi nirkabel adalah sistem komunikasi berbasis vehicular (kendaraan) yang memiliki karakteristik pergerakan pengguna yang sangat cepat sehingga menghasilkan efek Doppler yang lebih besar. Efek Doppler yang lebih besar ini mengakibatkan kanal berubah dengan lebih cepat mengikuti sifat time varying channel yang dapat menyebabkan Inter Carrier Interference (ICI) pada penerima sistem multi-carrier OFDM.
Berbagai model kanal vehicular yang telah dikembangkan, baik itu bersifat geometri maupun statistik memiliki karakteristik tersendiri yang menghasilkan model efek Doppler yang berbeda-beda. Efek Doppler ini berkaitan dengan durasi waktu pada sebuah kanal yang menandakan kanal tersebut tidak banyak berubah yang dikenal dengan istilah waktu koherensi atau Coherence Time (CT). Pada durasi CT tersebut, data yang dikirimkan akan diterima dengan lebih baik melalui proses ekualisasi. Parameter CT dapat diperoleh dengan menggunakan dua metode yaitu berdasarkan penghitungan teori yang langsung berhubungan dengan nilai efek Doppler dan yang kedua adalah melalui proses autokorelasi dari gain kanal komunikasi. Hasil autokorelasi gain kanal yang dicerminkan secara vertikal dapat digunakan untuk mengetahui durasi CT yang terletak pada koefisien korelasi > 0,5. Namun demikian, belum ada penelitian yang dapat mendeteksi secara pasti parameter CT dari sebuah kanal komunikasi berbasis vehicular.
Penelitian ini menggunakan kanal V2V dengan scatterer bergerak sebagai basis sistem komunikasi yang diaplikasikan pada Vehicular Ad Hoc Network (VANET). Kanal V2V ini memiliki karakteristik dengan efek Doppler yang lebih besar dibandingkan dengan pergerakan tunggal kendaraan di sisi pengirim atau penerima. Faktor penghambur yang dapat berjumlah lebih satu dan bergerak dengan arah dan kecepatan acak membuat efek Doppler total pada kanal ini bisa mencapai 12 kali lebih besar dari efek Doppler pergerakan kendaraaan tunggal. Spesifikasi VANET memiliki susunan frame yang terdiri atas Training Symbol dan Simbol Data dengan jumlah yang tidak dibatasi. Dalam kaitannya dengan kanal V2V, efek Doppler yang sangat besar menghasilkan durasi CT yang lebih singkat sehingga estimasi kanal harus selalu dilakukan pada saat proses pengiriman data symbol belum selesai. Dengan jumlah training symbol yang hanya satu, proses estimasi kanal yang selalu berubah dengan cepat dapat menggunakan data symbol dengan dilengkapi pembaharuan kanal di bagian ekualisasi penerima.
Salah satu teknik mitigasi efek Doppler yang banyak digunakan sebagai rujukan pengembangan metode berikutnya adalah Spectral Temporal Average (STA). Teknik mitigasi ini memanfaatkan data symbol ketika fungsi Long Training Symbol untuk mengestimasi kanal telah berubah. Pembaharuan kanal pada sub-carrier berikutnya dilakukan dengan menggunakan ekualisasi pada domain frekuensi dan waktu dengan memasukan parameter ξ dan χ sebagai parameter moving average. Nilai ξ dan χ merepresentasikan kondisi perubahan kanal ditetapkan secara manual tanpa tergantung dari kondisi riil kanal komunikasinya. Metode estimasi kanal yang secara dinamis berubah dengan memanfaatkan update kanal menggunakan parameter CT telah dilakukan sebelumnya. Parameter CT ini diperoleh secara teori dari hasil perhitungan menggunakan parameter Doppler shift yang tidak mungkin diketahui di sisi penerima. Penelitian disertasi ini memperbaiki metode STA dengan mengganti parameter χ sebagai update parameter dengan nilai CT yang diperoleh dari hasil deteksi melalui proses autokorelasi gain kanal V2V. Dengan nilai parameter pembaharuan kanal yang sekarang menggunakan nilai CT, perubahan kanal secara riil dapat dideteksi dan diperbaharui pada proses equalisasi sehingga menghasilkan kinerja yang lebih baik.
Kami menguji metode yang diusulkan dengan menggunakan 2 skenario yaitu berdasarkan kecepatan kendaraan dan berdasarkan jumlah symbol yang dikirimkan dalam satu frame. Pada skenario pertama, susunan frame selalu terdiri dari LTS dan simbol data yang jumlahnya sudah ditetapkan yaitu 2 buah. Kami membandingkan hasil pengujian dengan metode STA dan metode deteksi CT yang sudah diketahui. Selanjutnya kami menguji pada 3 sub skenario kecepatan yaitu kecepatan rendah, kecepatan sedang dan kecepatan tinggi. Pada salah satu skenario, yaitu kecepatan rendah, kinerja metode mitigasi efek Doppler menggunakan CT hasil deteksi memiliki nilai BER yang paling baik yaitu 0.001085 atau memiliki kinerja BER 30 kali lebih baik dibandingkan dengan kinerja metode CT yang telah diketahui. Selain itu, jika dibandingkan semua skenario kecepatan pada grafik yang sama maka menghasilkan nilai BER yang semakin baik ketika kecepatan dalam durasi CT. Selanjutnya, pada skenario jumlah simbol data yang dikirimkan pada satu rentang kecepatan yang sama yaitu 10 m/dt menunjukan bahwa jumlah data symbol yang masih berada dalam satu rentang CT adalah sebanyak 8 buah. Secara umum hasil kinerja BER memiliki hasil yang linear dibandingkan dengan jumlah simbol data yang dikirim. Semakin banyak simbol data yang dikirim maka nilai BER menjadi semakin buruk.
=====================================================================================================
In wireless communication systems, the environment between the
transmitter and receiver can have very diverse conditions and can affect the signal
propagation process. In addition, users can also move and change places, resulting
in a frequency shift caused by the Doppler effect. Doppler effects and multipath
environmental conditions can cause Doppler Spread and Doppler Shift which can
affect the quality of the received signal. One application of a wireless
communication system is a vehicular (vehicle)-based communication system which
has the characteristics of a very fast user movement resulting in a greater Doppler
effect. This larger Doppler effect causes the channel to change more quickly
following the time varying nature of the channel which can cause Inter Carrier
Interference (ICI) on the receiver of the OFDM multi-carrier system.
Various vehicular channel models that have been developed, both geometric
and statistical, have their own characteristics that produce different models of the
Doppler effect. This Doppler effect is related to the duration of time in a channel
which indicates that the channel does not change much, which is known as
Coherence Time. At the duration of the Coherence Time, the data sent will be
received better through the equalization process. The Coherence Time parameter
can be obtained using two methods, namely based on theoretical calculations that
are directly related to the value of the Doppler effect, and the second is through the
autocorrelation process of channel gain. The results of the channel gain
autocorrelation which are reflected vertically can be used to determine the duration
of Coherence Time which lies in the correlation coefficient > 0.5. However, there
is no research that can detect with certainty the Coherence Time parameter of a
vehicular-based communication channel.
This study uses a V2V channel with moving scatterers as the basis for the
communication system that is applied to the Vehicular Ad Hoc Network (VANET).
This V2V channel has characteristics with a Doppler effect that is greater than the
movement of a single vehicle on the transmitter or receiver side. The scatterer factor
which can be more than one and move with random direction and speed makes the
total Doppler effect on this channel up to 12 times the single Doppler effect. The
VANET specification has a frame structure consisting of an unlimited number of
Training Symbols and Data Symbols. In relation to the V2V channel, a very large
Doppler effect results in a shorter duration of Coherence Time so that channel
estimation must always be carried out when the symbol data transmission process
has not been completed. With only one training symbol, the rapidly changing
channel estimation process can use symbol data with channel updates in the receiver
equalization section.
One of the Doppler effect mitigation techniques that is widely used as a
reference for the development of the next method is the Spectral Temporal Average
(STA). This mitigation technique utilizes symbol data when the Long Training
Symbol function to estimate the channel has changed. Channel updates on the next
sub-carrier are carried out using equalization in the frequency and time domains by
entering parameters ξ and χ as moving average parameters. The values of ξ and χ
represent the channel change conditions set manually without depending on the real
condition of the communication channel. The channel estimation method that
dynamically changes by utilizing channel updates using the Coherence Time
parameter has been carried out previously. This Coherence Time parameter is
obtained theoretically from the results of calculations using the Doppler shift
parameter which is impossible to know at the receiving end. This dissertation
research improves the STA method by replacing the parameter χ as an update
parameter with the Coherence Time value obtained from the detection results
through the V2V channel using autocorrelation process. With the current channel
update parameter value using the Coherence Time, real channel changes can be
detected and updated in the equalization process to produce better performance.
We tested the proposed method using 2 scenarios, namely based on vehicle
speed and based on the number of symbols sent in one frame. In the first scenario,
the frame structure always consists of LTS and data symbols whose number has
been set at 2 . We compare the test results with the STA method and the known
Coherence Time method. Next we tested on 3 speed sub scenarios, namely low
speed, medium speed and high speed. In one scenario, namely low speed, the
performance of the Doppler effect mitigation method using CT detection results has
the best BER value of 0.001085 or has a BER performance of 30 times better than
the known performance of the CT method. In addition, when compared to all speed
scenarios on the same graph, it produces a better BER value when the speed is in
the Coherence Time duration. Furthermore, in the scenario of the number of symbol
data sent at the same speed range of 10 m/s, it shows that the number of symbol
data that is still in one Coherence Time range is 8 pieces. In general, BER
performance results have a linear result compared to the number of Symbol Data
sent. The more Symbol Data sent, the worse the BER value.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Kanal V2V, penghambur bergerak, coherence time, deteksi, long training simbol, VANET V2V Channel, moving scatterers, coherence time, detection, long training symbol, VANET
Subjects:	T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK5101 Telecommunication
Divisions:	Faculty of Intelligent Electrical and Informatics Technology (ELECTICS) > Electrical Engineering > 20001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Wahyu Pamungkas
Date Deposited:	16 Aug 2021 05:22
Last Modified:	16 Aug 2021 05:22
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/87056

Actions (login required)

View Item