82

## AMC Femtocell untuk Komunikasi Drone Frekuensi 5 GHz menggunakan AWGN Metode Selection Combining pada Lingkungan Bergedung

## Andrita Ceriana Eska
andritacerianaeska@gmail.com
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Jember

## Abstrak
Perkembangan jaringan komunikasi seluler semakin meningkat. Penelitian  ini  melakukan  analisa  tentang  jaringan  komunikasi yang  digunakan  untuk  komunikasi  drone  disekitar    gedung- gedung  dengan  cakupan  femtocell.  Frekuensi  komunikasi  yang digunakan  adalah  5  GHz.  AMC  (Adaptive  Modulation  and Coding)  yang  digunakan  memanfaatkan  MCS  (Modulation and Code  Scheme)  terdiri  dari  QPSK,  16QAM,  dan  64QAM.  Hasil penelitian  menunjukkan  dominasi  persentase  64  QAM  dengan coderate 4/5 pada SC sebesar 91%.
Kata Kunci — femtocell, gedung, 5 GHz, AMC.
Abstract The  development  of  mobile  communication  network  is increasing.  This  research  is  trying  to  analyse  communication network that is used for drone communication around buildings with femtocell coverage. The frequency we used in this research is  5  GHz.  The  AMC  (Adaptive  Modulation  and  Coding)  used MCS  (Modulation  and  Code  Scheme)  such  as  QPSK,  16QAM, and 64QAM. The result shown that the domination in percentage of  64QAM  with  code  rate  4/5  with  SC  (Selection  Combining) showed the value of 91%.
Keywords — femtocell, buildings, 5 GHz, AMC.

## I. PENDAHULUAN
Jaringan  komunikasi  seluler  mendominasi  penggunaan handphone  dalam  komunikasinya.  Perangkat  keras  pada handphone  terdiri  dari  RAM,  EEPROM,  CPU,  antena,  dan sebagainya. Sistem komunikasi tersebut juga dipengaruhi oleh frekuensi. Berbagai macam pemanfaatan frekuensi mengalami perkembangan  diantaranya  pada  sistem  komunikasi. Perkembangan  tersebut  ditunjukkan  dari  berbagai  penelitian. Beberapa  penelitian  yang  membahas  tentang  sistem komunikasi diantaranya skema alokasi untuk cognitive LTE-A femtocells  [1],  propagasi  komunikasi  pada  mobile  disekitar pepohonan  yang  menggunakan  OFDM-QAM  pada  frekuensi 10  GHz  [2],  propagasi  komunikasi  dari  outdoor  to  indoor dengan  AMC  pada  frekuensi  10  GHz  [3],  3GPP  rural macrocell  path  loss  untuk  gelombang  milimeter  [4],  doppler shift effect dan mekanisme difraksi pada sistem komunikasi
frekuensi  10  GHz  sekitar  gedung  [5],  pengaruh  coderate sistem komunikasi disekitar lampu jalan pada RBS femto cell [6].
Selain  itu,  terdapat  juga  penelitian  mengenai  diversity pada  base  station  untuk  5G  menggunakan  gelombang milimeter pada 73 GHz [7], propagasi komunikasi femto cell disekitar  lampu  jalan  menggunakan  frekuensi  10  GHz  [8], penentuan loksi untuk mobile station disekitar gedung dengan metode  AoA  menggunakan  frekuensi  47  GHz  [9],  pengaruh multiphat  disekitar  lingkungan  bergedung  untuk  sistem komunikasi  bergerak  menggunakan  frekuensi  47  GHz  [10], AMC  disekitar  lingkungan  bergedung  untuk  sistem komunikasi  mobile  pada  kereta  api  [11],  pengaruh  difraksi pada  sistem  komunikasi  bergerak  disekitar  gedung  [12], sistem  komunikasi  bergerak  dipengaruhi  pepohonan dimodelkan  dengan  metode  Giovanelli  Knife  Edge menggunakan frekuensi 2,3 GHz [13], propagasi komunikasi bergerak dengan model difraksi single knife edge pada drone disekitar gedung-gedung menggunakan frekuensi 10 GHz [14].
Penelitian ini melakukan analisa tentang komunikasi drone yang menggunakan jaringan komunikasi seluler. Komunikasi seluler  tersebut  menggunakan  frekuensi  5  GHz.  Lintasan drone  berada  diantara  gedung-gedung.  Propagasi  komunikasi dipengaruhi  oleh  mekanisme  difraksi  ,  atmosfer,  dan  awgn. Mekanisme  difraksi  tersebut  dimodelkan  menggunakan metode single knife edge.       Pada sistem komunikasi drone tersebut,  modulasi  yang  digunakan  berdasarkan  nilai  SNR komunikasi.  Adaptive  Modulation  and  Coding  (AMC) menyesuaikan  dari  nilai  SNR.  AMC  tersebut  menggunakan Modulation  and  Coding  Scheme  (MCS).  MCS  yang digunakan  terdiri  dari  QPSK,  16  QAM,  dan  64  QAM.  Pada QPSK coderate yang digunakan terdiri dari 1/8, 1/5, 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, dan 4/5. Pada 16 QAM coderate yang digunakan terdiri dari 1/2, 2/3, 3/4, dan 4/5. Pada 64 QAM coderate yang digunakan  terdiri  dari  2/3,  3/4,  dan  4/5.  Penelitian  ini menggunakan base station sebanyak dua buah, sehingga dapat menggunakan  metode  selection  combining  dari  macrocell. Sistem  komunikasi  yang  dianalisa  menggunakan  kondisi uplink.
83

## II. METODE PENELITIAN
Sistem  komunikasi  drone  yang  menggunakan  jaringan komunikasi  seluler  disimulasikan  menggunakan  matlab. Sistem  komunikasi  drone  bergerak  pada  lintasan  tertentu disekitar gedung-gedung. Pemodelan Gedung yang digunakan pada  penelitian  ini  dapat  dilihat  pada  Gambar  1.  Gedung- gedung tersebut dimodelkan dengan ketinggian yang berbeda- beda,  sehingga  dalam  propagasi  komunikasi  dapat menyebabkan  kondisi  LOS  maupun  NLOS.  Pada  kondisi NLOS  disebabkan  terdapat  mekanisme  difraksi.  Mekanisme difraksi  tersebut  berdasarkan  fresnel  zone  dari  propagasi komunikasi.  Mekanisme  tersebut  dimodelkan  menggunakan single  knife  edge  method.  Pada  sistem  komunikasi  tersebut menggunakan  dua  buah  base  station  dengan  ketinggian  30 meter,  sehingga  dapat  menerapkan  metode  single  knife  edge untuk macro diversity.
Lintasan  drone  berada  diantara  gedung-gedung.  Metode single  knife  edge,  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2, digunakan  untuk  dilakukan  analisa  mekanisme  difraksi. Cakupan  fresnel  zone  digunakan  untuk  penentuan  difraksi tersebut.  Metode  single  knife  edge  ditunjukkan  pada persamaan (1). Beberapa parameter diantaranya λ, v, h, d 1, dan d 2 ,  yang  merupakan  panjang  gelombang
Gbr. 1 Model lingkungan gedung
Gbr. 2 Metode single knife edge
(m),  fresnel  kirchoff,  ketinggian  difraksi  (m),  jarak      antara transmitter dengan node (m), dan jarak antara receiver dengan node (m) [15].
(1)
Sistem  komunikasi  pada  drone  dalam  kondisi  uplink dengan  transmitter  30  dbm,  dan  gain  antenna  rx  femtocell  5 dbi. Nilai SNR dapat diperhatikan pada persamaan (2).
(2)
Nilai  noise  power  dapat  menggunakan  persamaan  yang terdiri  dari  parameter  ketetapan  boltzman,  bandwidth (menggunakan  5  MHz),  noise  figure  (menggunakan  5  dB), dan  noise  temperature  (290 o K)  [16].  Persamaan  redaman atmosfer dapat  diperhatikan pada  persamaan (3), yang terdiri dari parameter redaman gas, dan jarak (km)[16].
(3)
Proses  AMC  (Adaptive  Modulation  and  Coding) berdasarkan  modulasi  dari  MCS  (Modulation  and  Cose Scheme). Pada penelitian ini MCS yang digunakan terdiri dari QPSK, 16 QAM, dan 64 QAM [17].

## III. HASIL PENELITIAN
Pada  bagian  ini  merupakan  hasil  penelitian  tentang propagasi  komunikasi  pada  drone  yang  memanfaatkan jaringan komunikasi seluler. Drone tersebut bergerak disekitar lingkungan  bergedung  dengan  ketinggian  5  meter. Lingkungan bergedung dimodelkan dengan variasi ketinggian yaitu  5  meter,  10  meter,  maupun  15  meter.  Kanal  propagasi dipengaruhi oleh awgn. Pengaruh gedung-gedung dimodelkan terjadi  mekanisme  difraksi.  Metode  single  knife  edge digunakan  untuk  mekanisme  tersebut.  AMC  menggunakan MCS yang diantaranya QPSK, 16 QAM, dan 64 QAM. Code rate modulasi QPSK yang digunakan diantaranya 1/8, 1/5. 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4, dan 4/5. Code rate modulasi 16 QAM yang digunakan  diantaranya  1/2,  2/3,  3/4,  dan  4/5.  Code  rate modulasi 64 QAM yang digunakan diantaranya  2/3, 3/4, dan 4/5.
Pada gambar 3 merupakan nilai SNR komunikasi BS1 dan BS2  kondisi  uplink.  Beberapa  data  diantaranya  saat  drone bergerak ke 50 meter didapatkan sinyal asli BS1 32,6 dB dan BS2 15,11 dB, awgn BS1 39,09 dB dan awgn BS2 10,10 dB. Saat drone bergerak ke 200 meter didapatkan sinyal asli BS1 25,67  dB  dan  BS2  17,48  dB,  awgn  BS1  24,47  dB  dan  BS2 12,08 dB. Saat drone bergerak ke 500 meter didapatkan sinyal asli BS1 22,43 dB dan BS2 24,99 dB, awgn BS1 13,04 dB dan BS2 19, 77 dB.
Pada  Gambar  4  menunjukkan  jenis-jenis  modulasi  yang terdata  pada  MCS  untuk  AMC  level.  Nomor  1  hingga  15 merupakan  deretan  modulasi  yang  terdiri  dari  64  QAM coderate 4/5, 64 QAM coderate 3/4, 64 QAM coderate 2/3, 16 QAM coderate 4/5, 16 QAM coderate 3/4, 16 QAM coderate 2/3,  16  QAM  coderate  1/2,  QPSK  coderate  4/5,  QPSK coderate 3/4, QPSK coderate 2/3, QPSK coderate 1/2, QPSK

## Gedung
Lintasan Drone BS2 BS1
84
coderate 1/3, QPSK coderate 1/4, QPSK coderate 1/5,  QPSK coderate  1/8,  dan  loss.  Loss  ditujukan  apabila  nilai  SNR berada  dibawah  SNR  QPSK  coderate  1/8.  Gambar  tersebut ditunjukkan  AMC  pada  BS1,  AMC  pada  BS2,  dan  AMC ketika  menggunakan  selection  combining.  Selection combining tersebut kondisi macro diversity dari base station. Beberapa  data  menunjukkan  saat  drone  bergerak  ke  50 meter  didapatkan  AMC  pada  BS1  menggunakan  64  QAM dengan  coderate  4/5  atau  nomor  15,  AMC  pada  BS2 menggunakan  16  QAM  dengan  coderate  1/2  atau  nomor  9, dan  AMC  pada  SC  menggunakan  64  QAM  dengan  coderate 4/5  atau  nomor  15.  Saat  drone  bergerak  ke  200  meter didapatkan  AMC  pada  BS1  menggunakan  64  QAM  dengan coderate 4/5 atau nomor 15, AMC pada BS2 menggunakan 16 QAM dengan coderate 1/2 atau nomor 10, dan AMC pada SC menggunakan  64  QAM  dengan  coderate  4/5  atau  nomor  16. Saat drone bergerak ke 200 meter didapatkan AMC pada BS1 menggunakan  64  QAM  dengan  coderate  4/5  atau  nomor  16, AMC pada BS2 menggunakan 16 QAM dengan coderate 1/2 atau  nomor  10,  dan  AMC  pada  SC  menggunakan  64  QAM dengan  coderate  4/5  atau  nomor  15.  Saat  drone  bergerak  ke 500 meter didapatkan AMC pada BS1 menggunakan 16 QAM dengan  coderate  4/5  atau  nomor  15,  AMC  pada  BS2 menggunakan  64  QAM  dengan  coderate  4/5  atau  nomor  15, dan  AMC  pada  SC  menggunakan  64  QAM  dengan  coderate 4/5 atau nomor 15.
Gbr. 3 Nilai SNR pada BS1 dan BS2
Gbr. 4 AMC dari kanal dengan AWGN
Gbr. 5 Jumlah nodes / titik  yang menggunakan AMC

## Gbr. 6 Persentase penggunaan AMC
Pada  Gambar  5  menunjukkan  jumlah  titik  atau  nodes  dari penggunaan  AMC  komunikasi.  Jumlah  node  untuk  modulasi QPSK, 16 QAM, dan 64 QAM. Penggunaan QPSK pada BS1 sebanyak 2 nodes, BS2 sebanyak 3 nodes, dan SC sebanyak 0 nodes.  Penggunaan  16  QAM  pada  BS1  sebanyak  9  nodes, BS2  sebanyak  8  nodes,  dan  SC  sebanyak  1  nodes. Penggunaan  64  QAM  pada  BS1  sebanyak  65  nodes,  BS2 sebanyak 64  nodes,  dan  SC  sebanyak  67  nodes.  Lebih  detail penggunaan 64 QAM dengan coderate 4/5 pada BS1 sebanyak 43 nodes, BS2 sebanyak 47 nodes, dan SC sebanyak 61 nodes.
Pada  Gambar  6  menunjukkan  persentase  pada  AMC  yang terdiri  dari  BS1,  BS2,  dan  SC.  Beberapa  data  menunjukkan persentase penggunaan QPSK pada BS1 sebesar 2,99%, BS2 4,47%,  dan SC 0%.  Penggunaan 16 QAM pada  BS1 sebesar 13,43%,  BS2  sebesar  83,58%,  dan  SC  sebesar  1,49%. Penggunaan 64 QAM pada BS1 sebesar 83,58%, BS2 sebesar 83,58%,  dan  SC  sebesar  98,50%.  Lebih  detail  dari penggunaan 64 QAM dengan coderate 4/5 pada  BS1 sebesar 64,17%,  BS2  sebesar  70,15%,  dan  SC  sebesar  91%. Persentase daerah cakupan keseluruhan dari BS1 menunjukkan 100%, BS2 100%, dan SC 100%.

## IV. PEMBAHASAN
Pada  bagian  ini  merupakan  pembahasan  dari  hasil penelitian.  Penelitian  tersebut  tentang  sistem  komunikasi drone  menggunakan  jaringan  seluler  yang  bergerak  pada lintasan  tertentu  disekitar  lingkungan  bergedung.  Frekuensi komunikasi yang digunakan 5 GHz dengan ketinggian drone 5 meter. Pengaruh lingkungan bergedung dimodelkan terjadinya mekanisme  difraksi.  Mekanisme  tersebut  menggunakan metode single knife edge.
Sebagai  hasil  nilai  SNR  dilakukan  perbandingan  antara BS1, BS2, dan selection combininig (SC). SC yang digunakan berdasarkan  dua  buah  base  station  macrodiversity. Berdasarkan  data  penelitian  tersebut  ditunjukkan  modulasi saat  drone  telah  bergerak  sejauh  50  meter  didapatkan  SC menggunakan  64  QAM  dengan  coderate  4/5  dari  BS1.  Saat drone bergerak sejauh 200 meter didapatkan SC menggunakan 64  QAM  dengan  coderate  4/5  dari  BS1,  dan  saat  drone bergerak  sejauh  500  meter  didapatkan  SC  menggunakan  64 QAM dengan coderate 4/5 dari BS2.
Berdasarkan  jumlah  node  komunikasi  yang  menggunakan 64  QAM  pada  SC  sebanyak  67  titik  /  nodes,  lebih  detail penggunaan 64 QAM dengan coderate 4/5 sebanyak 61 titik / nodes.  Nilai  persentase  AMC  pada  SC  untuk  QPSK  0%, 16QAM  1,49%,  dan  64  QAM  98,5%.  Persentase  tersebut menunjukkan  penggunaan  64  QAM  lebih  banyak  daripada modulasi  lainnya.  Lebih  detail  didapatkan  persentase  AMC dari  64  QAM  dengan  coderate  4/5  pada  SC  sebesar  91%. Cakupan  keseluruhan  dalam  penggunaan  macrocell  BS1 sebesar  100%,  BS2  sebesar  100%,  dan  selection  combining dalam komunikasi drone tersebut sebesar 98,5%.

## V. KESIMPULAN
Pada  bagian  kesimpulan  ini  menjelaskan  tentang komunikasi  drone  menggunakan  base  station  seluler. Komunikasi  tersebut  menggunakan  frekuenis  5  GHz.  Drone bergerak  pada  lintasan  disekitar  gedung-gedung.  Mekanisme propagasi  dimodelkan  terjadinya  difraksi  dengan  metode single knife edge. Kanal propagasi menggunakan awgn. Nilai SNR  komunikasi  mempengaruhi  modulasi  komunikasi. Mekanisme  AMC  berdasarkan  MCS  yang  digunakan  yaitu QPSK,  16QAM,  dan  64QAM.  Analisa  penelitian  tersebut ditujukan  pada  perbandingan  BS1,  BS2,  dan  SC.  Persentase cakupan  dari  keseluruhan  titik  atau  nodes  sebanyak  100%. Pemanfaatan  selection  combining  dengan  64QAM  memiliki persentase lebih unggul yaitu 98,5%. Dominasi persentase 64 QAM dengan coderate 4/5 pada SC sebesar 91%.

## R EFERENSI
[1] G.  Bartoli,  R .  Fantacci,  D.  Marabissi,  and  M.  Pucci,  “Resource Allocation  Schemes  for  Cognitive  LTE-A  Femto-cells  using  Zero Forcing  Beamforming  and  Users  S election,”Globecom  Wireles s Communications Symposium, 2014.
[2] A.C.  Eska,  “Propagation  of  Mobile  Communication with  Tree Obstacle used  OFDM- QAM at 10  GHz”, INFOTEL ,  vol. 11, no. 3, pp. 88-92, Sep. 2019.
[3] A.C. Eska, “The Communication System of Buildi ng from Outdoor to Indoor with AMC at 10 GHz”, INFOTEL , vol. 12, no. 1, pp. 13-17, Apr. 2020.
[4] G.  R.  MacCartney  and  T.  S.  Rappaport,  "Study  on  3GPP  rural macrocell  path  loss  models  for  millimeter  wave  wireless communications," 2017.
[5] A.C.Eska,  “Dopp ler  Shift  Effect  at  The  Communication  Systems with  10  GHz  around  Building”, INFOTEL ,  vol.  12,  no.  4,  pp.  129- 133, Nov. 2020.
[6] A.C.Eska,  “Pengaruh  Code  Rate untuk Komunikasi  RBS  Femtocell Frekuensi 47 GHz pada Tiang Lampu Jalan”, INFOTEL , vol. 9, no. 4, pp. 412-415, Nov. 2017.
[7] G.  R.  MacCartney,  and  T.  S.  Rappaport,  “Millimeter -Wave  Base Station  Diversity  for  5G  Coordinated  Multipoint  (CoMP) Applications,”  IEEE  Transactions  on  Wireless  Communications, vol.18, no.7, 2019.
[8] A.C.Eska,  “Propagasi Komunikasi  Radio  Base  Station  Femtocell pada Tiang Lampu Jalan Frekuensi 10 GHz”, INFOTEL , vol. 9, no. 4, pp. 382-386, Nov. 2017.
[9] A.C. Eska, “Determination of MS Location through Building Using AoA Method of Frequency 47 GHz,” IJITEE, vol.1, no.3, 2017.
[10] A.C.  Eska,  “Multipath Effects  in  Building  Environment  Toward Bandwidth  Enhancement  for  Mobile  Communication  of  47  GHz Frequency”, INFOTEL , vol. 10, no. 1, pp. 39-44, Feb. 2018.
[11] A.C.  Eska,  “Adaptive  Modulation  and  Coding  around  Building Environment  for  Mobile  Station  Comm unication  at  The  Train,” EMITTER, vol.6, no.2, 2018.
[12] A.C. Eska, and G. Hendrantoro , “Preliminary study on the effect of building-induced  diffraction  upon  millimeter  wave  mobile communications systems with macrodiversity,” TSS A, 2012.
[13] A.C.Eska, “K omunikasi  Bergerak  Frekuensi  2.3  GHz  Melewati
Pepohonan Menggunakan Metode Giovanelli Knife Edge”, INFOTEL , vol. 8, no. 1, pp. 94-99, May 2016.
[14] A.C.Eska,  “Cellular  Communication  Propagation  at  Drone  around Building  Environment  with  Single  Knife  Edge  at  10 GHz”, INFOTEL , vol. 13, no. 1, pp. 25-30, Feb. 2021.
[15] J. S. Seybold, Introduction to RF Propagation. , John Wiley & Sons (New Jersey), 2005.
[16] ITU-R  Radio  Communication  Sector  of  ITU  (Attenuation  by atmospheric  gases)  ITU-R  P.676-10 .  Electronic  Publication (Geneva), 2013.
[17] O.  Werther, LTE  System  Specifications  and  their  Impact  on  RF  & Base Band Circuits . Rohde & Schwarz, 2013.