TUGAS AKHIR
ANALISA KENDALI DAYA TERHADAP LAJU KESALAHAN
BIT PADA SISTEM CDMA
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
BATARA T SIANIPAR NIM : 040402083
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ANALISA KENDALI DAYA TERHADAP LAJU KESALAHAN BIT PADA SISTEM CDMA
Oleh :
BATARA T SIANIPAR 04 0402 083
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Disetujui oleh :
Pembimbing
Maksum Pinem, ST. MT 196810042000121001
Diketahui oleh :
Pelaksana Harian Departemen Teknik Elektro FT USU
Prof. Dr. Ir. Usman Baafai 194610221973021001
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Akbstrak
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus atas penyertaanNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini berjudul: “ANALISA KENDALI DAYA TERHADAP LAJU
KESALAHAN BIT PADA SISTEM CDMA “. Tugas Akhir ini merupakan salah satu
syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada kedua orangtua saya yang selalu memberikan dukungan dan doa yang begitu
bermanfaat bagi penulis. Penulis juga menyampaikan rasa sayang dan terima kasih
kepada keluarga saya (kakak, abang, adik dan keponakan) yang juga memberikan
dukungan dan doa. Penulis juga menyampaikan rasa cinta kasih dan terima kasih kepada
Inne Steffi yang dapat menjadi motivator dan inspirasi.
Dalam kesempatan ini juga penulis menyampaikan rasa terimakasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir.Maksum Pinem, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, yang
dengan sabar memberikan masukan, bimbingan dan motivasi dalam pengerjaan
Tugas Akhir ini.
2. Bapak M.Zulfin, ST, MT, selaku Dosen Wali selama masa perkuliahan.
3. Bapak Prof. Dr. Ir.Usman Baafai, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara, yang telah memberikan bekal ilmu kepada saya selama
mengikuti perkuliahan.
6. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro
Universitas Sumatera Utara.
7. Terima kasih kepada teman-teman yang terkasih; Bang Iven, Ojak, Irwanto,
Nesri, Irma yang memberi dukungan dan doa.
8. Terima kasih kepada adik-adik yang kukasihi; Nani, Ria, Tumpal dan Bulsem
9. Terima kasih kepada Uli, Rohani, Susi, Lusi, Jepri, Cahaya, Imelda, Trisna Cory,
Ruben yang memberi dukungan dan doa.
10. Terima kasih kepada teman-teman seperjuangan Angkatan 2004; Josua, Ronald,
Candra, Jakson, Hana, Roy, Dedi, Sutrisno, Immanuel, Adyanto, Juan Rio,
Jimmy, Agus P.P, Alex Judas, Alex Master, Fauzan, Luthfi, Salman dan seluruh
teman-teman yang belum disebutkan.
11. Teman-teman mahasiswa dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu
persatu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari sempurna, baik
dari segi materi maupun cara penyajiannya. Oleh karena itu, penulis siap menerima saran
dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi
pembaca dan penulis.
Medan, Agustus 2010
Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ……….. i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah ... 1
I.2 Rumusan Masalah ………... 1
I.3 Tujuan Penulisan ………... 2
I.4 Batasan Masalah ……… 2
I.5 Metode Penulisan ……….. 2
I.6 Sistematika Penulisan ... 2
BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum ………. 4
2.2 Spektrum Tersebar …... 4
2.2.1 Direct Sequence ... 4
2.2.2 Frequency Hopping ... 5
2.3 Sifat-Sifat CDMA …... 6
2.3.1 Multi Diversitas …... 7
2.3.3 Keamanan …... 7
2.3.4 Deteksi Aktivasi Suara …... 7
2.3.5 Kapasitas …... 8
2.3.6 Peningkatan Kapasitas dan Sektorisasi …... 8
2.3.7 Soft Capasity …... 8
2.4 Kelebihan CDMA …... 9
2.5 Air Interface CDMA …... 10
2.5.1 Frekuensi Operasi …... 11
2.5.2 Forward Link …... 13
2.5.2.1 Kanal Pilot ... 14
2.5.2.2 Kanal Sinkronisasi …... 15
2.5.2.3 Kanal Paging …... 17
2.5.2.4 Kanal Trafik …... 18
2.5.3 Reverse Link …... 19
2.5.3.1 Kanal Akses …... 19
2.5.3.2 Kanal Trafik …... 21
2.6 Handoff …... 22
2.6.1 Hard Handoff …... 23
2.6.2 Soft Handoff …... 23
2.7 Fading …... 24
2.7.1 Multipath Fading …... 25
2.7.1.1 Rayleigh Fading …... 26
2.7.2 Efek Doppler …... 27
2.8 Rake Receiver …... 30
2.9 Kendali Daya …... 31
2.9.1 Metode Kendali Daya …... 31
2.9.1.1 Kendali Daya Open Loop …... 32
2.9.1.2 Kendali Daya Close Loop …... 33
BAB III PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI 3.1 Umum ... 35
3.2 Model Mobile Station ... 35
3.3 Model Kanal …... 38
3.2.1Kanal AWGN …... …... ………... 38
3.2.2 Kanal Rayleigh …....……….. 38
3.4 Model Base Station ………... 40
3.5 Model Kendali Daya ………. 42
3.6 Pelaksanaan Simulasi …...………... 44
BAB IV ANALISA HASIL SIMULASI 4.1 Umum ………...……….. 47
4.2 Analisa Hasil Simulasi ... 47
4.2.1 Analisa Hasil Simulasi Sistem CDMA Dengan Menggunakan Kendali Daya dan Tanpa Menggunakan Kendali Daya …... 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ………. 52 5.2 Saran ……… 52
DAFTAR PUSTAKA ……….. 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sinyal spread spectrumdirect sequence ... 5
Gambar 2.2 Perubahan frekuensi pengguna ... 6
Gambar 2.3 Blok diagram pemancar BS CDMA ... 14
Gambar 2.4 Blok diagram kanal Sinkronisasi …... 15
Gambar 2.5 Struktur kanal sinkronisasi ... 16
Gambar 2.6 Blok diagram kanal pagging ... 17
Gambar 2.7 Format message kanal pagging …... 18
Gambar 2.8 Blok diagram kanal trafik forward link ... 19
Gambar 2.9 Blok diagram kanal akses ………. 20
Gambar 2.10 Blok diagram kanal trafik reverse link …... 21
Gambar 2.11 Proses burst ramdomisation ... 22
Gambar 2.12 Level sinyal pada proses terjadinya soft handoff ... 24
Gambar 2.13 Multipath yang mengakibatkan waktu delay di MS …... 25
Gambar 2.14 Sinyal yang diterima pada penerima akibat multipath ….……… 26
Gambar 2.15 Ilustrasi Efek Doppler ………...… 28
Gambar 2.16 Delay spread mengakibatkan ISI ………...…. 30
Gambar 2.17 Blok diagram rake Receiver ... 31
Gambar 2.18 Daya yang diterima BS terhadap daya target …... 33
Gambar 3.1 Blok diagram model kendali daya reverse link CDMA ... 35
Gambar 3.2 Model MS dengan menggunakan simulink ………... 36
Gambar 3.3 Interleaving kanal trafik reverse link dengan laju 9,6 kbps ….... 37
Gambar 3.5 Close-loop Power Controller …... 43
Gambar 3.6 Flowchart kendali daya pada sistem CDMA ….….……… 45
Gambar 3.7 Model kendali daya rerverse link CDMA IS-95 ... 46
Gambar 4.1 Grafik BER terhadap SNR ………...………... 49
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Alokasi frekuensi pada CDMA-IS-95 ……...………….. 11 Tabel 2.2 Alokasi frekuensi pada CDMA-PCS ... 12
Tabel 2.3 Parameter modulasi kanal akses ………...………. 20
Tabel 2.4 Besar nilai Delay Spread pada kondisi lingkungan yang berbeda . 30
Tabel 3.1 Parameter-Parameter Kendali Daya CDMA …... 44
Akbstrak
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Saat ini, perkembangan teknologi komunikasi bergerak sangat pesat. Fenomena ini disebabkan oleh semakin tingginya mobilitas masyarakat, yang bertindak sebagai pengguna, sehingga memerlukan alat komunikasi yang mempunyai mobilitas yang tinggi juga. Peningkatan pengguna ini pada akhirnya memaksa dan menstimulasi peningkatan kinerja teknologi yang mendukung.
CDMA adalah salah satu teknologi yang mendukung komunikasi bergerak ini. Pada komunikasi bergerak, daya yang diterima oleh base station (BS) dari mobile station (MS) tidak konstan yang disebabkan oleh efek fading pada kanal radio. Fading terjadi karena adanya pemantulan (reflection), difraksi (difraction) dan hamburan (scattering). Akibatnya terjadi mulipath fading yang mengakibatkan variasi waktu penerimaan. Hal ini dapat menurunkan kualitas komunikasi tersebut. Sehingga untuk mengurangi dan memperbaiki efek multipath fading ini, kendali daya menjadi salah satu teknik diversitas dalam komunikasi bergerak.
Perkembangan CDMA saat ini terkhusus di Indonesia begitu cepat dengan munculnya operator-operator yang membawa teknologi CDMA. Namun untuk dapat bersaing dengan teknologi GSM yang sudah ada sebelumnya diperlukan kualitas sinyal CDMA yang baik. Untuk itu diperlukan kendali daya untuk memperbaiki kualitas sinyal dengan meminimalisir pengaruh fading.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan, yaitu:
1. Bagaimana prinsip kerja sistem CDMA
2. Bagaimana fading dapat mempengaruhi kulitas komunikasi bergerak 3. Bagaimana prinsip kerja kendali daya pada sistem CDMA
4. Apa saja parameter-parameter dalamkendali daya yang diimplementasikan 5. Bagaimana pelaksanaan simulasi dan analisa unjuk kerja kendali daya
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menunjukkan unjuk kerja kendali daya terhadap laju kesalahan bit (BER) pada sistem CDMA.
1.4 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas, maka penulis akan membatasi Tugas Akhir ini dengan hal – hal sebagai berikut :
1. Tidak membahas sistem komunikasi bergerak secara umum 2. Kendali daya yang dilakukan hanya pada transmisi reverse link.
3. Kanal diasumsikan sebagai multipath fading Rayleigh berderau AWGN. 4. Simulasi komputer menggunakan simulink.
5. Standar CDMA yang digunakan dalam simulasi adalah IS-95.
6. Parameter yang diamati adalah hubungan kendali daya terhadap laju kesalahan bit (BER).
1.5 Metode Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan oleh penulis pada penulisan Tugas Akhir ini adalah Studi Literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari jurnal-jurnal pendukung baik dalam bentuk hard copy maupun soft copy.
1.6 Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.
BAB II LANDASAN TEORI
BAB III PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI
Bab ini membahas tentang perancangan model MS, kanal, BS dan model kendali dayadengan menggunakan simulink.
BAB IV ANALISA HASIL SIMULASI
Bab ini membahas analisa hasil simulasi kendali daya pada sistem CDMA terhadap parameter kinerja sistem tersebut.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari analisa Tugas Akhir ini dan saran dari penulis.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum
CDMA merupakan suatu skema akses jamak berdasarkan teknik komunikasi spektrum tersebar, pada frekuensi yang sama dan dalam waktu yang sama digunakan kode-kode yang unik untuk membedakan masing-masing user. Sinyal informasi disebar menjadi sinyal spektrum tersebar yang memiliki pita frekuensi yang lebih besar. Sebagai teknologi komunikasi seluler, fading merupakan masalah yang harus diatasi. Untuk mengatasi masalah ini, salah satu usaha yang dilakukan adalah dengan kendali daya.
2.2 Spektrum Tersebar
Dalam sistem komunikasi spektrum tersebar, sinyal pesan pertama-tama dimodulasi oleh teknik modulasi tradisional amplitudo, frekuensi atau fasa. Kemudian sebuah sinyal pulsa acak digunakan untuk menyebarkan gelombang termodulasi. Sinyal pulsa acak ini memodulasi secara amplitudo gelombang informasi untuk membangkitkan direct sequence spreading, atau menggeser frekuensi pembawa sinyal informasi untuk menghasilkan frequency hopped spreading [7].
2.2.1 Direct Sequence
Sinyal spektrum tersebar direct sequence dibangkitkan dengan mengalikan sinyal informasi d(t) dengan sinyal pulsa acak pn(t) seperti pada persamaan 2.1 [7].
) ( ) ( )
(t pn t d t
g = · · · ·· · · (2.1)
dimana :
Pada Gambar 2.1, sinyal pulsa acak yang dibangkitkan dikalikan dengan gelombang termodulasi [7]. Laju simbol (1/Ts) bit informasi baseband akan naik
oleh perkalian dengan bit pulsa acak dimana laju chip (1/Tc) lebih besar dari laju
simbol data baseband, atau dapat dinyatakan sebagai (Ts = NTc).
Gambar 2.1. Sinyal Spread SpectrumDirect Sequence
Dengan transmiter yang sederhana dan ideal sinyal direct sequence dapat dinyatakan seperti persamaan 2.2 [7].
) cos(
) ( ) ( )
(t = pn t Ad t ω +t θ
s · · · (2.2)
dimana :
s(t) adalah sinyal direct sequence
pn(t) adalah sinyal pulsa acak termodulasi A adalah amplitudo sinyal informasi d(t) adalah sinyal informasi
ω adalah frekuensi pembawa θ adalah fasa
2.2.2 Frequency hopping
Frequency hopping merupakan teknik spektrum tersebar yang pertama dikembangkan. Teknik ini diusulkan oleh Hedy Lamarr yang dipatenkan pada tahun
Gelombang termodulasi
PN sequence
1942. Dalam teknik frequency hopping, frekuensi gelombang informasi baseband atau IF (intermediate frequency) digeser secara acak dengan menggunakan sebuah digitally programmable frequency synthesizer, generator sinkoronisasi kode pulsa acak dan synthesizer [1]. Hal ini penting untuk mendapatkan sinyal pengguna yang sama pada penerima.
Gambar 2.2. Perubahan Frekuensi Pengguna
Pada Gambar 2.2, frekuensi pengguna berubah-ubah dalam satu periode hoppedTh yang telah ditentukan [1]. Ada dua tipe FHSS [1], yaitu :
1. Slow FH, yaitu jika laju perubahan frekuensi lebih rendah dari laju simbol. 2. Fast FH, yaitu jika laju perubahan frekuensi lebih besar dari laju simbol.
2.3 Sifat-Sifat CDMA
CDMA memiliki sifat-sifat yang dapat membedakannya dengan teknologi komunikasi seluler yang lainnya. Hal inilah yang membuat CDMA mengalami kemajuan yang pesat dalam satu dekade ini.
Waktu Frekuensi
bandwidth
2.3.1 Multi Diversitas
Ada tiga diversitas yang sering digunakan yaitu diversitas waktu, frekuensi dan ruang. Diversitas waktu dapat dilakukan dengan interleaving dan koreksi kesalahan. Pada CDMA, diversitas frekruensi dilakukan dengan menyebar spektrum pada pita frekuensi yang jauh lebih besar. Diversitas ruang dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu :
1. Soft handoff
2. Menggunakan penerima rake 3. Antena penerima lebih dari satu
2.3.2 Daya Pancar yang Rendah
Disamping peningkatan kapasitas secara langsung, hal lain yang lebih penting adalah menurunya Eb/No yang dibutuhkan untuk mengatasi derau dan interferensi.
Hal ini berarti penurunan level daya pancar yang dibutuhkan.
Kendali daya pada CDMA dapat mengurangi daya rata-rata yang dipancarkan. Daya yang besar hanya dipancarkan jika dibutuhkan pada saat terjadinya fading. Daya pancar yang rendah ini juga disebabkan adanya pemanfaatan deteksi aktivasi suara dimana data informasi dipancarkan dengan laju tinggi jika hanya pada ada pembicaraan sedangkan pada saat diam, laju data yang dipancarkan rendah.
2.3.3. Keamanan
Pengacakan sinyal pada sistem CDMA memungkinkan tingkat privasi user yang tinggi dan membuat sistem ini kebal terhadap terjadinya cross-talk. Selain itu, pengacakan sinyal pada sistem CDMA tidak dapat diterjemahkan jika kode penebar tidak diketahui.
2.3.4 Detektsi Aktivasi Suara
Akibatnya interferensi dapat dikurangi dan daya rata-rata yang dipancarkan oleh MS dapat dikurangi.
2.3.5 Kapasitas
Pada pengulangan frekuensi seluler, interferensi dapat diterima dengan tujuan meningkatkan kapasitas tetapi interferensi ini harus dikendalikan. Sifat CDMA yang lebih kebal terhadap interferensi memungkinkan pengulangan frekuensi dilakukan dengan efektif. Pada modulasi pita sempit, pengulangan frekuensi tidak efektif karena persyaratan untuk mendapatkan C/I sekitar 18 dB. Hal ini membutuhkan kanal yang dipakai dalam satu sel tidak dapat dipakai oleh sel yang berdekatan. Pada CDMA kapasitas yang besar diperoleh terutama karena frekuensi yang sama dapat dipakai oleh semua sel.
2.3.6 Peningkatan Kapasitas dengan Sektorisasi
Pada FDMA dan TDMA sektorisasi dilakukan untuk mengurangi interferensi. Sebagai akibatnya efisiensi trunking dari kanal-kanal yang dibagi-bagi pada setiap sektor menurun. Pada CDMA, sektorisasi digunakan untuk meningkatkan kapasitas. Dengan membagi sel menjadi tiga sektor maka diperoleh kapasitas hampis tiga kalinya.
2.3.7 Soft Capasity
Pada sistem seluler sekarang, spektrum yang dibagi-bagi oleh sel-sel, misalnya pada sistem FM analog tiga sektor terdapat maksimum 57 kanal. Apabila permintaan akan pelayanan meningkat, pemanggil ke-58 harus diberi sinyal sibuk. Tidak ada cara yang dilakukan untuk menambah satu sinyalpun pada kondisi semua kanal terpakai.
2.4 Kelebihan CDMA
Adapun kelebihan CDMA jika dibandingkan dengan sistem GSM adalah : 1. Suara digital CDMA lebih jernih.
2. Kapasitas CDMA jauh lebih besar, untuk satu kanal 8 kali kapasitas AMPS dan 4 kali kapasitas GSM sehingga investasi operator jauh lebih rendah.
3. Pada CDMAOne, kapasitas suara yang dihitung dalam erlang per sektor di BTS (base transceiver station) mencapai 52,5 erlang, pada GSM hanya 13,2 sampai 32,8 erlang. Pada CDMA 2000-1X, kapasitas per sektor antara 92,8 sampai133,9 erlang.
4. Tiap sektor di BTS GSM dapat digunakan hanya oleh 20 sampai 43 user bersama-sama, pada CDMAOne dapat sampai 63 user per sektor dan di CDMA 2000-1X jauh lebih besar, antara 105-147 pelanggan.
5. Kemungkinan drop call yang lebih sedikit daripada GSM karena semua frekuensi CDMA yang besarnya 1,25 MHz disebarkan sekaligus oleh tiap BTS-nya (spread spectrum), tidak dipecah-pecah dalam frekuensi yang lebih kecil seperti pada GSM akibat digunakan lagi di BTS lainnya (reuse). Karena kelebihan ini, CDMA dikenal sebagai seluler yang dapat pindah BTS secara halus (soft handsoff). GSM membagi frekuensi masing-masing 20 kHz dan tiap BTS yang bertetangga memancarkan frekuensi yang berbeda, frekuensi yang digunakan satu BTS digunakan lagi di BTS yang berjauhan, dengan tujuan kapasitasnya dapat ditingkatkan.
7. CDMA juga menghadirkan berbagai aplikasi canggih seperti LBS (location based service) pemetaan, mobile internet kecepatan tinggi, pesan multimedia, permainan, gambar, konferensi video, dan banyak lagi yang melebihi kemampuan GSM.
8. Ada kelemahan CDMA, luas cakupan BTS pada CDMA sangat tergantung dari berapa pelanggan yang menggunakannya. Beda dengan GSM, berapa pun yang menggunakan, cakupannya tetap. Ini karena sifat CDMA, seperti paru-paru yang akan mengecil saat bekerja keras meniupkan udara ke luar. Kalau penggunanya sedikit pada waktu bersamaan, cakupan BTS CDMA akan kembali meluas. Pada beberapa kasus, pemasangan pengulang (repeater) tidak optimal karena malah mempersempit cakupan.
9. Cakupan maksimal CDMA sama dengan GSM, tergantung dari berapa frekuensi yang digunakan. Makin kecil frekuensinya, makin luas cakupannya. CDMA atau GSM yang menggunakan frekuensi 1.900 MHz memiliki cakupan hanya sekitar 2 km, dengan 800 MHz dapat mencapai 5-6 km. Dengan 450 MHz, seperti yang digunakan PT Mobisel, cakupan sel dapat mencapai 30 km, bahkan hingga 120 km dengan antena khusus.
10. GSM berkemampuan roaming. Pemilik GSM dapat menggunakan ponsel di luar domisili atau operatornya, CDMA belum mampu.
2.5 Air Interface CDMA
Berkembangnya personal communication systems (PCS) di Amerika Serikat, teknologi cdmaOne memodifikasi frekuensi operasinya menjadi 1900 MHz. Teknologi cdmaOne ini dikenal dengan brand CDMA-PCS [2].
2.5.1 Frekuensi Operasi
Sistem IS-95 beroperasi sesuai dengan pita frekuensi seluler di Amerika Serikat yaitu pada 800 MHz. Sistem IS-95 menggunakan frequency division duplex (FDD) dimana forward link dan reverse link menggunakan pita frekuensi yang berbeda. Pemisahan duplex yang digunakan adalah 45 MHz dan rentang pembawa sebesar 1, 25 MHz [2].
Pita frekuensi pada IS-95 dibagi menjadi lima blok yang terdistribusi pada dua carrier, A dan B. Dimana pembagian ini sesuai dengan kebijakan lisensi pemerintah, A untuk sistem nirkabel primer dan B untuk komunikasi telepon kabel. Alokasi frekuensi yang digunakan pada CDMA-IS-95 dapat dilihat pada tabel 2.1 [2].
Tabel 2.1. Alokasi frekuensi pada CDMA-IS-95
Hubungan antara jumlah kanal N dan frekuensi tengah pada reverse link pada CDMA-IS-95 dinyatakan pada persamaan 2.3 [2].
dimana :
fr adalah frekuensi tengah reverse link N adalah jumlah kanal
Hubungan antara jumlah kanal N dan frekuensi tengah pada forward link pada CDMA-IS-95 dinyatakan pada persamaan 2.4 [2].
· · · (2.4)
dimana :
ffadalah frekuensi tengah forward link N adalah jumlah kanal
Tabel 2.2. Alokasi frekuensi pada CDMA-PCS
Di Amerika Serikat, CDMA-PCS didesain beropersi pada pita frekuensu 1,9 Ghz dimana pita frekuesi ini dibagi menjadi tiga blok 2 x 15 MHz (15 MHz untuk reverse link dan 15 MHz untuk forward link) dan tiga blok 2 x 5 MHz. Alokasi frekuensi yang digunakan pada CDMA-PCS dapat dilihat pada tabel 2.2 [2].
Hubungan antara jumlah kanal N dan frekuensi tengah pada reverse link pada CDMA-PCS dinyatakan pada persamaan 2.5 [2].
dimana :
fradalah frekuensi tengah reverse link N adalah jumlah kanal
Hubungan antara jumlah kanal N dan frekuensi tengah pada forward link pada CDMA-PCS dinyatakan pada persamaan 2.6 [2].
· · · (2.6)
dimana :
ffadalah frekuensi tengah forward link N adalah jumlah kanal
2.5.2 Forward Link
Forward link terdiri dari base station (BS) sebagai pengirim, kanal radio dan mobile station (MS) sebagai penerima. Forward link terdiri dari empat kanal, yaitu :
1. Kanal Pilot. 2. Kanal Sinkronisasi 3. Kanal Paging. 4. Kanal Trafik
Setiap kanal pada forward link ini dibedakan oleh sebuah 64-bit kode Walsh yang berbeda [2]. Blok diagram pengirim BS CDMA ditunjukkan oleh Gambar 2.3 [1]. Setiap kanal pada forward link menggunakan skema pengkodean yang berbeda tergantung syarat kanal tersebut.
1200 0
, 050 , 0 000
,
1930 + ≤ ≤
= M Hz N N
Gambar 2.3. Blok Diagram Pemancar BS CDMA
2.5.2.1 Kanal Pilot
Kanal pilot secara terus menerus dan digunakan oleh MS untuk mengidentifikasi BS. Kanal pilot juga bekerja seperti pemandu sel dan digunakan MS di sel tetangga untuk melakukan handoff. Kanal pilot ini juga digunakan oleh MS sebagai coherent reference dalam proses demodulasi dan algoritma kendali daya reverse link [2].
Kanal pilot merupakan kanal yang paling sederhana dari semua kanal forward link. Seperti pada Gambar 2.3, sinyal “all zero“ di-EXOR-kan dengan kode Walsh (dengan index 0). Hasil dari operasi ini menghasilkan aliran bit “all zero“ dimana akan dibagi dua dan akan di-EXOR-kan dengan pulsa acak PNI (untuk komponen fasa) dan PNQ (untuk komponen quadrature) [2].
Kedua deretan PN ini merupakan deretan maximal-length yang dibangkitkan dengan shift register 15 tingkatan. Kedua deretan PN tersebut dibangkitkan dengan
laju chip sebesar 1,2288 Mchips/s sehingga mempunyai periode sebesar 26,66 ms [2].
2.5.2.2 Kanal Sinkronisasi
Kanal sinkronisasi digunakan MS untuk mencapai sinkronisasi waktu dengan BS dan jaringan. Kanal sinkronisasi juga membawa informasi yang berupa system time, dan konten register internal BS dimana digunakan untuk proses pengkodean, penyebaran dan enkripsi. Laju data kanal sinkronisasi adalah 1,2 kb/s.
Gambar 2.4. Blok Diagram Kanal Sinkronisasi
Dari Gambar 2.4 [1], dapat diperhatikan bahwa data kanal sinkronisasi ini menghasilkan laju simbol sebesar 2,4 ksymbol/s setelah melewati proses pengkodean. Setiap symbol diulang sekali lagi untuk menghasilkan laju simbol sebesar 4,8 ksymbol/s. Blok interleavead menghasilkan 128 symbol atau 4,8 kbps dan hasilnya akan di-EXOR-kan dengan kode Walsh (dengan indeks 32). Kemudian hasilnya dibagi dua dan akan di-EXOR-kan dengan PNI dan PNQ [2].
Kanal sinkronisasi membawa 15 bit system identification number (SID) dan 16 bit network identification number (NID). Kanal sinkronisasi juga membawa pilot
PN (PILOT_PN), konten long code generator (LC_STATE) dan system time (SYS_TIME) [2].
Laju data kanal sinkronisasi adalah 1,2 kbps atau secara spesifik adalah satu frame (terdiri dari 32 bit) setiap 26,66 ms. Hanya satu message yang dikirimkan pada kanal sinkronisasi dan struktur kanal sinkronisasi ditunjukkan pada Gambar 2.5 [2].
Gambar 2.5. Struktur Kanal Sinkronisasi
Delapan bit pertama adalah panjang message (MSG_LENGTH), badan message dan 30 bit checksum. Badab message berisi informasi kanal sinkronisasi (LC_STATE dan SYS_TIME). Kanal sinkronisasi dilindungi oleh 30 bit cyclic redundary checksum (CRC). CRC digunakan MS untuk mencek error pada message kanal sinkronisasi [2].
Setiap frame berisi bit tunggal start-of-message (SOM) diikuti dengan 31 bit informasi. Bit informasi ini digunakan untuk membawa konten message kanal sinkronisasi dan SOM digunakan untuk mengidentifikasi message yang baru. Nilai SOM adalah :
1. Jika SOM adalah 1 mengidentifikasikan bahwa frame adalah awal dari sebuah message yang baru.
2. Jika SOM adalah 0 mengidentifikasikan bahwa frame adalah bagian message sebelumnya.
31 bit informasi 1 bit Flag SOM
2.5.2.3 Kanal Paging
Kanal paging digunakan untuk menyiagakan panggilan datang, menyampaikan informasi sistem (informasi registrasi, kelas BS, posisi BS, threshold kendali daya) dan informasi pengaksesan (jumlah kanal akses, persyaratan daya akses, jumlah yang mencoba akses, informasi authentication). Informasi paging dibangkitkan dengan laju 9,6 kbps atau 4,8 kbps [2].
Gambar 2.6. Blok Diagram Kanal Paging
Informasi ini akan melewati blok convolutional encoder dengan laju yang dihasilkan menjadi 19,2 kbps atau 9,6 kbps. Pada blok symbol repetition terjadi perulangan sehingga laju yang dihasilkan menjadi 19,2 kbps. Dan pada blok symbol interleaver maka laju simbolnya adalah 19,2 kbps.
Kanal paging mungkin membawa sejumlah message yang berbeda seperti parameter sistem, page. Secara mendasar, format dari message kanal paging adalah 8 bit MSG_LENGTH, badan dan checksum. Ukuran maksimum message adalah 1184
bit. Badan berisi informasi message kanal paging dan 30 bit terakhir digunakan untuk CRC. Generator polinomial CRC yang digunakan sama dengan generator polinomial pada kanal sinkronisasi. Format message kanal paging dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut [2].
Gambar 2.7. Format Message Kanal Pagging
2.5.2.4 Kanal Trafik
Berbeda dengan ketiga kanal lainnya yang membawa message informasi, kanal trafik digunakan untuk membawa message trafik dan kendali antara jaringan dan MS. Kanal trafik mempunyai laju data 1,2 kbps, 2,4 kbps, 4,8 kbps dan 9,6 kbps tergantung variasi pembicaraan user [2].
Sinyal suara dikodekan menjadi sebuah frame dengan durasi 20 ms dan memiliki 192, 96, 48 atau 24 bit per frame tegantung aktifitas pembicaraan. Dengan kata lain saat pembicaan aktif maka laju data tertinggi adalah 192 bit per frame dan ketika permbicaraan diam maka laju data adalah 24 bit per frame. Blok diagram kanal trafik ini ditunjukkan pada Gambar 2.8 [1].
MSG_LENGTH Message Body CRC
Gambar 2.8. Blok Diagram Kanal Trafik Forward Link.
2.5..3 Reverse Link
Reverse link pada CDMA terdiri dari dua kanal yaitu kanal akses dan kanal trafik. Untuk mengurangi interferensi dan mengurangi pemakaian daya MS, kanal pilot tidak dikirimkan pada reverse link. Kanal akses dan kanal trafik ini tidak dikirimkan oleh MS secara bersamaan.
2.5.3.1 Kanal Akses
Gambar 2.9. Blok Diagram Kanal Akses
Gambar 2.9 menunjukkan blok diagram kanal akses [1]. Bit kanal akses akan melewati convolutional encoder yang menghasilkan laju 14,4 ksps dan kemudian akan mengalami perulangan pada blok repetition sehingga menghasilkan laju 28,8 ksps. Parameter-parameter modulasi kanal akses ditunjukkan pada tabel 2.3 [1].
Tabel.2.3 Parameter modulasi kanal akses
2.5.3.1 Kanal Trafik
Kanal trafik digunakan untuk membawa pembicaraan, data dan data kontrol antara MS dan BS. Laju data kanal trafik adalah 1,2 kbps, 2,4 kbps, 4,8 kbps, dan 9,8 kbps. Data ini dalam bentuk frame dengan durasi 20 ms yaitu 192 bit, 96 bit, 48 bit atau 24 bit pada setiap framenya. Delapan bit “all zero“ ditambahkan pada setiap akhir frame [1].
Gambar 2.10. Blok Diagram Kanal Trafik Reverse Link
Kanal trafik dimulai dengan pembuka “all zero“ untuk membantu BS pada kedatangan sinyal. Sebuah message yang dikirimkan dapat berupa ''dim“ and ''burst“ selama periode pembicaraan aktif atau ''blank and burst“ selama periode pembicaraan diam. Pada Gambar 2.11 ditunjukkan bahwa semakin besar aktivitas pembicaraan
maka laju data semakin besar juga dan sebaliknya semakin kecil aktivitas pembicaraan maka laju data semakin kecil [1].
Gambar 2.11. Proses Burst Ramdomisation
2.6 Handoff
Handoff (handover) merupakan proses peralihan penggunaan BS oleh MS. Ketika sebuah MS ingin keluar dari area cakupan satu BS maka MS harus berpindah ke area cakupan BS yang lain. Di dalam CDMA IS-95 terdapat 2 jenis handoff yaitu hard handoff dan soft handoff.
2.6.1Hard Handoff
Hard handoff terjadi ketika adanya penggunaan frekuensi kanal yang berbeda. BS akan mengirimkan sebuah message ke MS untuk mengarahkannya pada kanal BS yang baru [2]. Message ini dikirim masih menggunakan kanal yang lama.
Kemudian MS akan menghentikan akses kepada BS yang pertama dan kemudian menyesuaikan dengan kanal baru pada BS yang baru dan kemudian akses diaktifkan kembali. Hal ini menjadi kelemahan proses hard handoff karena
13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1
13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1
13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1
13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 Frame 20 ms = 576 kode simbol
Frame sebelumnya Frame berikutnya
Kendali Daya 20 ms = 36 kode simbol
9,6 kbps
4,8 kbps
2,4 kbps
menimbulkan drop call. Drop call ini terjadi karena adanya selang waktu pemutusan hubungan radio antara MS dan BS.
Hard handoff hanya akan digunakan pada operator yang memiliki alokasi frekuensi yang berbeda, seperti di Amerika Serikat. Mungkin saja dalam satu area cakupan menggunakan frekuensi A tetapi pada area cakupan yang lain menggunakan frekuensi B.
2.6.2 Soft Handoff
Soft handoff adalah salah satu inovasi dalam mobilitas yang dapat dilakukan dengan teknologi CDMA. Hal ini berkaitan dengan teknik atau pemindahan dari satu sel ke sel yang lain tanpa memutuskan hubungan radio kapanpun. Di dalam teknologi TDMA dan sistem analog, setiap pancaran sel pada frekuensinya sendiri, berbeda daripada sel-sel tetangganya.
Jika sebuah perangkat bergerak telah mencapai batas dari sel yang melayani panggilan sekarang, dapat dikatakan akan memutus hubungan radio dan secepatnya menyesuaikan dengan salah satu frekuensi sel-sel tetangganya dimana panggilan telah dipindahkan oleh jaringan dikarenakan perpindahan lokasi dari peralatan bergerak tersebut. Jika peralatan bergerak tersebut tidak bisa menyesuaikan dengan frekuensi barunya dalam sekejap, maka panggilan akan diputus.
Gambar 2.12 Level Sinyal Pada Proses Terjadinya Soft Handoff
Prosedur terjadinya soft handoff ditunjukkan pada Gambar 2.12 [1]. Pada saat Ec/Io sinyal yang diterima MS dari BS A menurun dan mendekati area cakupan BS B dimana Ec/Io BS B mendekati batas add threshold maka BS B terdaftar pada MS. Kemudian MS akan mengadakan koneksi dengan BS A dan BS B. Pada saat Ec/Io BS A mendekati batas drop threshold maka timer mulai dimulai. Jika Ec/Io BS A terus menurun dibawah batas drop threshold maka BS A jatuh sehingga MS hanya mengadakan hubungan dengan BS B sebagai BS yang baru.
2.7 Fading
2.7.1 Multipath Fading
Kondisi lingkungan sangat mempengaruhi sinyal radio yang ditransmisikan melalui ruang bebas. Penghalang-penghalang yang berada antara pemancar dan penerima dapat mengakibatkan sinyal yang dipancarkan mengalami pantulan, hamburan dan difraksi.
Gambar 2.13 Multipath Mengakibatkan Delay Di MS
Gambar 2.13 menunjukkan efek dari multipath fading yang mengakibatkan waktu delay pada penerima [7]. Sinyal yang diterima pada penerima bukan hanya sinyal light of sign (LOS) tetapi juga sinyal jalur multipath. Sinyal LOS dan sinyal jalur multipath diterima dengan waktu yang berbeda yang diakibatkan panjang jalur sinyal-sinyal ini berbeda. Bahkan dalam kondisi lingkungan dimana penghalang begitu banyak, sinyal yang diterima hanya sinyal jalur multipath.
Gambar 2.14 Sinyal yang Diterima pada Penerima Akibat Multipath Fading
Untuk memodelkan multipath ini maka digunakanlah beberapa distribusi yang dapat menggambarkan distribusi sinyal yang diterima pada penerima. Distribusi yang digunakan seperti distribusi Rayleingh, distribusi Rice, distribusi Nakagami-m dan lain-lain.
2.7.1.1 Rayleigh Fading
Pada kanal dengan model Rayleigh fading, sinyal yang diterima pada penerima hanya merupakan komponen jalur multipath tanpa ada jalur LOS [6]. Model ini digunakan untuk kondisi lingkungan outdoor dan perkotaan. Distribusi Rayleigh fading mempunyai pdf seperti pada persamaan 2.6 [1, 3].
…... (2.6)
dimana :
fR(r) adalah pdf sinyal yang diterima
σ adalah nilai rms tegangan sinyal
σ2adalah daya rata-rata terhadap waktu dari sinyal yang diterima r adalah jumlah lintasan (r ≥ 0)
2.7.2 Efek Doppler
Efek Doppler dapat mempengaruhi terjadinya perubahan frekuensi yang diterima oleh antena penerima. Efek Doppler ini terjadi karena adanya pergerakan MS terhadap BS. Selain itu, pergerakan MS terhadap BS juga dapat mengakibatkan perbedaan frekuensi sinyal yang diterima. Frekuensi yang akan diterima dinyatakan oleh persamaan 2.7 [1].
…... (2.7)
dimana :
f1adalah frekuensi yang diterima f0 adalah frekuensi yang dipancarkan
c adalah kecepatan transmisi (kecepatan cahaya) d' adalah turunan jarak BS-MS terhadap watu ∆f adalah besar pergeseran frekuensi
f
f
c
d
f
f
=
+
∆
+
=
0 01
Gambar 2.15 Ilustrasi Efek Doppler
Sehingga dari persamaan 2.8 dapat ditentukan pergeseran frekuensi. Besar pergeseran frekuensi ini dinyatakan pada persamaan 2.8.
…... ... (2.8)
Dari Gambar 2.15 dapat dinyatakan bahwa d' = v cos α, sehingga persamaan 3.5 menjadi dapat dinyatakan pada persamaan 2.9.
... (2.9)
0
' f c d
f =
∆
0
cos f c v
f = α
dimana :
c adalah kecepatan cahaya fo adalah frekuensi pancaran
α adalah sudut antar BS dengan MS
Persamaan 2.9 akan mempunyai nilai maksimum jika cos α = 1. Nilai maksimun ini disebut sebagai pergeseran maksimum frekuensi doppler (fd) yang
dinyatakan pada persamaan 2.10.
…... (2.10)
Efek peningkatan frekuensi carrier atau laju MS adalah meningkatkan laju fading [3]. Dengan peningkatan laju fading ini, kemampuan tracking dan akurasi kendali daya menurun.
Peningkatan fd dapat diimbangi dengan peningkatan bandwidth B, itulah kenapa pada 3G CDMA seperti WCDMA atau CDMA 2000 x tidak terlalu sensitif terhadap eror kendali daya dibanding IS-95 [3]
2.7.3 Delay Spread
Dalam komunikasi selular, pada umumnya sinyal yang sampai ke antena penerima MS tidak hanya berasal dari sinyal lintasan langsung tetapi juga dari lintasan pantul. Jadi sinyal yang sampai itu merupakan penjumlahan dari banyak sinyal. Karena panjang setiap lintasan tidak sama maka masing-masing sinyal mengalami delay yang berbeda-beda sehingga informasi akan mengalami delay spread (Tm).
Besar delay spread ini berbeda-beda dipengaruhi oleh kondisi lingkungan. Semakin besar jumlah penghalang yang ada pada suatu daerah maka delay spread akan semakin besar. Pada tabel 3.1, ditunjukkan besar delay spread pada kondisi lingkungan yang berbeda [1].
Tabel 2.4 Besar nilai Delay Spread pada kondisi lingkungan yang berbeda
Delay spread menyebabkan bit data yang berdekatan menjadi overlap dan menghasilkan intersymbol (ISI) [7]. Hal ini disebabkan karena adanya waktu delay sinyal LOS dan sinyal-sinyal jalur multipath. Pada Gambar 2.16 sinyal S(t) yang dipancarkan melewati kanal multipath yang mengakibatkan sinyal P(r) yang diterima mengalami overlap, sehingga akan mengakibatkan ISI [7].
Gambar 2.16 Delay Spread Mengakibatkan ISI
2.8 Rake Receiver
Karena adanya multipath maka akan diperoleh tambahan noise pada sistem apabila delay spread lebih besar dari waktu chip. Peningkatan performansi dapat dilakukan apabila lintasan-lintasan yang tiba pada penerima dapat dideteksi secara terpisah dan kemudian digabungkan secara koheren (disamakan fasanya). Penerima seperti ini disebut sebagai rake receiver.
Lingkungan Delay Spread
Dalam ruangan
Daerah terbuka < 0,2 μs Area pedesaan 0,5 μs Daerah perkotaan 3 μs
Gambar 2.17 Blok Diagram Rake Receiver
Cara kerja rake receiver ditunjukkan oleh Gambar 2.17. Misalkan sinyal yang sampai pada Rx pertama, z(t) merupakan penjumlahan dari N lintasan sinyal. Untuk lintasan 2 perkalian z(t) dengan ci(t-∆2), kemudian integrasi dimulai pada ∆2, selama
Tbdetik akan menghasilkan respon untuk lintasan 2. Hal yang sama dilakukan untuk
semua lintasan kemudian respon semua lintasan dijumlahkan setelah phasanya disamakan. Rake receiver ini akan menghasilkan sinyal yang lebih kuat untuk proses demodulasi.
2.9 Kendali Daya
Kendali daya memegang peranan yang penting dalam komunikasi nirkabel. Kendali daya meliputi kendali daya reverse link dan kendali daya forward link. Kendali daya fordward link digunakan untuk memperbesar kapasitas sistem, sedangkan kendali daya reverse link digunakan untuk mengendalikan hubungan BS dan MS serta mengendalikan daya.
2.9.1 Metode Kendali Daya
dilakukan BS dengan mengirimkan sinyal secara kontinu. CDMA menggunakan kendali daya open-loop dan kendali daya close-loop.
2.9.1.1 Kendali Daya Open-Loop
Setiap MS mengukur kuat sinyal pilot yang diterimanya. Dengan pengukuran dan informasi link power budget, maka rugi-rugi lintasan forward link dapat diestimasi. Dengan asumsi bahwa rugi-rugi pada forward link adalah sama dengan rugi-rugi pada reverse link maka persamaan untuk reverse link dapat dinyatakan sebagai berikut :
…... (2.10)
dimana :
SNRR adalah signal to ratio yang diterima oleh BS PM adalah daya yang dipancarkan oleh MS
L adalah rugi-rugi lintasan pada reverse link
NI adalah total noise dan interferensi pada reverse link.
Sehingga, daya yang dipancarkan oleh MS adalah
…... (2.11)
Pada forward link, daya yang diterima MS adalah
…... (2.12a)
…... (2.12b)
dimana :
PR adalah daya yang diterima MS PT adalah daya yang dipancarkan BS L adalah rugi lintasan pada forward link
Dengan mensubsitusi persamaan 2.12b dan persamaan 2.11 maka
… (2.13a)
.. …... (2.13b)
Pada CDMA IS-95, nilai nominal konstanta const adalah -73 dB [1]. Pada kendali daya open loop, jika kuat sinyal tinggi maka daya pancar MS akan berkurang dengan cepat. Namun, jika dalam pengukuran kuat sinyal jatuh maka daya pancar MS naik dengan lambat.
Kendali daya open loop memiliki respon yang cepat terhadap variasi kuat daya, namun karena rugi-rugi lintasan pada forward link dan reverse link tidaklah sama sehingga menyebabkan ketidaktepatan daya pancar MS.
2.9.1.2 Kendali Daya Closed-Loop
Adanya rugi-rugi daya pada kanal menyebabkan kuat daya yang diterima PR
pada BS mengalami variasi. Rugi-rugi daya ini dapat dilihat sebagai selisih daya yang diterima PR dengan daya target Ptarget.. Variasi daya ini ditunjukkan pada
Gambar 2.18.
Gambar 2.18 Daya yang Diterima BS terhadap Daya Target
Zona A menunjukkan kuat daya yang diterima lebih besar daripada daya target dan zona B menunjukkan kuat daya yang diterima lebih rendah daripada daya target. Jika kuat daya yang diterima pada zona A maka BS memerintahkan MS untuk menurunkan daya pancarnya. Begitu juga sebaliknya jika kuat daya yang diteima pada zona B maka BS memerintahkan MS untuk menurunkan daya pancarnya. Perintah ini dikirim berupa bit PCC (power control command).
Pada kendali daya closed-loop terdapat step-size logic yang digunakan untuk mengatur kuat daya pancar PT dari MS. Dengan adanya step-size logic ini maka kuat
daya yang diterima pada BS mendekati target Ptargetyang telah ditentukan. Maka kuat
daya pancar MS dapat dinyatakan seperti pada persamaan 2.14.
…... (2.14)
dimana :
PT adalah daya pancar MS
adalah daya pancar MS sebelumnya
ΔP adalah besar penambahan daya step-size logic
Step-size logic terdiri dari dua yaitu fixed step-size dan adaptive step-size. Bit PCC pada fixed step-size hanya satu bit saja yitu bit 1 dan bit 0. Jika bit PCC adalah 1 maka MS akan menaikkan daya pancarnya. Demikian juga sebaliknya, jika bit PCC adalah 0 maka MS akan menurunkan daya pancarnya. Inilah yang membuat istilah bang-bang control loop Adaptive step-size menggunakan variable step-size logic. Bit PCC pada adaptive step-size lebih dari satu bit.
P P
PT = T + ∆
BAB III
PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI
3.1 Umum
Perancangan model dan simulasi kendali daya sistem CDMA ini menggunakan simulink. Standar sistem CDMA yang digunakan adalah IS-95. Kendali yang digunakan adalah kendali daya closed loop revrese link dengan menggunakan fixed-step. Gambar 3.1 menunjukkan model kendali reverse link CDMA yang terdiri dari blok data, blok mobile transmitter, blok kanal radio, blok base station receiver, blok power controller dan blok BER output.
Gambar 3.1. Blok Diagram Model Kendali Daya Reverse Link CDMA
3.2 Model Mobile Station
Model MS terdiri dari CRC generator, convolutional encoder, repeater, interleaver, spreading and modulation, short code generator. Pada model ini, kanal yang digunakan adalah kanal trafik reverse link dengan laju bit 9,6 kbps (dalam simulink merupakan set laju I). CRC generator berfungsi untuk membangkitkan bit checksum. Dimana bit checksum ini ditambahkan pada bit data yang telah dibangkitkan. Pada blok CRC generator simulink, laju data diset pada set rate I dengan kanal trafik. Convolutional encoder adalah sebuah ½ encoder [11]. Repeater befungsi untuk mengulang simbol keluaran convolutional encoder. Namun sebelum dikeluarkan menuju interleaver, simbol-simbol tersebut di-puncturing. Proses ini akan menghapus simbol ketiga pada grup tiga-tiga simbol dan meninggalkan simbol pertama dan kedua [11]. Pada blok repeater simulink diset pada kanal trafik.
Interleaver mengatur simbol ke dalam bentuk matiks [11]. Gambar 3.3 menunjukkan interleaving pada kanal trafik reverse link dengan laju 9,6 kbps [1]. Pada interleaving pada kanal trafik reverse link, jumlah kolom I adalah 18 dan jumlah baris J adalah 32.
Gambar 3.3Interleaving Kanal Trafik Reverse Link dengan Laju 9,6 kbps
Pada blok spreading and modulation, spreading factor adalah 64. Modulasi digital merupakan proses penumpangan bit pada gelombang carrier. Modulasi yang digunakan pada CDMA IS-95 reverse link adalah modulasi QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). dan Walsh order adalah 6.
3.3 Model Kanal
Respon kanal adalah salah satu fenomena dalam proses transmisi sinyal, pengaruhnya akan sangat terasa pada sistem komunikasi pita lebar. Model kanal yang digunakan pada Tugas Akhir ini adalah kanal AWGN dan kanal Rayleigh. Kanal AWGN akan menghasilkan noise yang mempengaruhi sinyal yang dikirimkan. Kanal Rayleingh akan menghasilkan efek multipath fading.
3.3.1 Model Kanal AWGN
Kanal AWGN merupakan proses stokastik yang akan menghasilkan noise tambahan kanal yang merata di sepanjang range frekuensi . Adapun pdf dari kanal AWGN ditnyatakan pada persamaan 3.1 [7].
…... (3.1)
dimana σ adalah variansi random varibel a.
3.3.2 Model Kanal Rayleigh
Rayleigh fading mempunyai pdf seperti pada persamaan 3.2 [1, 3].
…... (3.2)
dimana :
fR(r) adalah pdf sinyal yang diterima σ adalah nilai rms tegangan sinyal
σ2adalah daya rata-rata terhadap waktu dari sinyal yang diterima r adalah jumlah lintasan (r ≥ 0)
Efek Doppler merupakan suatu gejala dimana frekuesi yang diterima mengalami persegeseran sehingga frekuensi yang diterima berbeda dengan frekuensi yang dikirimkan. Frekuensi yang diterima akan meningkat jika penerima bergerak mendekati pengirim dan menurun jika penerima menjauhi pengirim. Frekuensi Doppler maksimum seperti yang ditunyatakan persamaan 3.3.
…... (3.3)
dimana :
fd adalah frekuensi Doppler maksimun v adalah kecepatan MS
c adalah kecepatan transmisi (kecepatan cahaya) fo frekuensi carrier pengirim
Selain efek Doppler, kanal Rayleigh juga akan menghasilkan delay pada sinyal jalur multipath. Dengan asumsi bahwa model ini berada di daerah perkotaan maka delay sinyal jalur multipath ini lebih besar dari 3e-6 (tabel 2.4).
3.4 Model Base Station
Model BS terdiri dari rake receiver, deinterleaver, dereapeter, viterbi decoder dan frame quality detector seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4. Rake receiver digunakan untuk menerima sinyal-sinyal yang dihasilkan oleh kanal. Deinterleaver digunakan untuk mengembalikan simbol yang di-interleaving pada MS. Dereapeter berfungsi untuk mengembalikan simbol yang di-repeat pada MS dengan memasukkan zero pada simbol yang di-puncturing oleh MS [11].
Viterbi Decoder melakukan decoding secara konvolusi. Algoritma Viterbi dirancang pada tahun 1967 oleh A.J.Viterbi dan sangat dikenal dalam tulisan ilmiah J.K.Omura pada tahun 1969. Algoritma Viterbi bekerja dengan membandingkan sequence yang diterima pada waktu t = t1 dengan semua terali lintasan datang pada
keadaan yang sama t = t1. Jika dua jalur datang pada saat yang bersamaan maka salah
satu yang mempunyai korelasi maksimum atau jarak minimum yang dipilih, lintasan yang dipilih ini disebut surviving path [1]. Pada blok veterbi decoder simulink diset pada laju set I dan jenis kanal adalah kanal trafik.
Frame quality detector digunakan untuk mencari kesalahan bit frame data dengan menggunakan checksum CRC generator pada MS. Sama dengan blok viterbi detector simulink, blok frame quality detector simulink diset pada laju set I dan jenis kanal adalah kanal trafik. Penjelasan lebih lengkap dari model BS ini dapat dilihat pada lampiran 3.
3.5 Model Kendali Daya
Model kendali daya yang digunakan pada Tugas Akhir ini adalah kendali daya close-loop pada reverse link. Algoritma yang digunakan pada kendali daya ini adalah dengan fixed step logic dimana kendali daya akan berubah sebesar 1 dB. Adapun flow chart model kendali daya ini ditunjukkan pada Gambar 3.6.
Daya taget pada model ini sebesar -30 dB atau 1 mW. Bit PCC yang dihasilkan adalah bit 1 untuk menaikkan daya sebesar 1 dB dan bit 0 untuk menurunkan daya sebesar 1 dB.
Pada kondisi awal MS akan memancarkan daya sebesar -7 dB. Delay kendali daya adalah sebesar 1,25 ms. Dengan kata lain bahwa kuat daya pada kondisi awal ini akan berubah setelah 1,25 ms. Maka dengan kendali daya ini, daya pancar MS dinyatakan persamaan 3.4.
…... (3.4)
dimana :
PT adalah daya pancar MS
adalah daya pancar MS sebelumnya
ΔP adalah besar penambahan daya step-size logic
Gambar 3.5 menunjukkan model simulinkclose-loop power controller. Daya yang diterima akan diukur oleh blok variance yang kemudian dikonversikan kedalam satuan dB. Kemudian bit PCC akan dibangkitkan untuk memerintahkan agar daya dinaikkan atau diturunkan sehingga menghasilkan daya yang diinginkan untuk menghadapi fading pada kanal. Untuk penjelasan selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 3.
42
P P
PT = T + ∆
3.6 Pelaksanaan Simulasi
Pelaksanaan simulasi dengan menggunakan simulink dan tabel 4.1 menunjukkan parameter-parameter yang digunakan dalam simulasi kendali daya CDMA. Pada tugas akhir ini, standar CDMA yang digunakan adalah 95. Pada IS-95, lajut chip sebesar 1,288 Mcps dan laju update kendali dayanya 1,25 ms. Data rate yang digunakan adalah 9,6 kbps atau full rate pada IS-95.
Tabel 4.1. Parameter-Parameter simulasi Kendali Daya CDMA
Parameter Nilai
Speading factor 64
Chip rate 1,288 Mcps
Power control update rate 1,25 ms
Data rate 9,6 kbps
Step size 1 dB
Modulasi QPSK
Kode penebar Random code
Transmisi Reverse link
AWGN 7 dB
Modulasi yang digunakan adalah QPSK. Pada tugas akhir ini, algortima step-size kendali daya yang digunakan adalah fixed step-size sebesar 1 dB seperti pada CDMA IS-95 sehingga perubahan daya pancar beerubah sebesar 1 dB..
Tahap pelaksanaan simulasi adalah sebagai berikut :
1. Data yang dibangkitkan mempunyai laju 14,4 kbps dan sebanyak 100000 bit. Pada blok coding, mobil transmitter, base stations receiver dan decoding diset bekerja pada kanal trafik.
2. Level SNR yang diberikan berkisar antara 0 dB s/d 20 dB. 3. Kuat daya threshold diset pada -30 dB.
4. Kanal yang dilalui adalah kanal multipath Rayleigh fading dengan derau AWGN dengan frekuensi Doppler maksimum (fd) 10 Hz (ekivalen dengan 3,75 km/jam) dengan jumlah lintasan multipath 3 dan 80 Hz (ekivalen dengan 30 km/jam) dengan SNR sebesar 7 dB.
Gambar 3.6Flowchart Kendali Daya pada Sistem CDMA
45 Ya
Tidak
Ya
Tidak Sinyal terima
Daya pancar MS Membangkitkan data
Mengkodekan dan memodulasi data
Multipath fading dan AWGN
Mengukur daya terima
Membangkitkan bit PCC=0 Pr>=Pth
PCC=0
Menurunkan daya 1 dB
Memodulasi dan mengdekode data
Membangkitkan bit PCC=1
Menaikkan daya 1dB mulai
Menghitung BER
Menampilkan BER
Selesai
Dari Gambar 3.6, data yang dibangkitkan akan dikodekan dan dimodulasi. Sinyal dipancarkan lewat kanal fading multipath Rayleigh dan berderau AWGN. Kuat daya sinyal yang diterima diukur di BS dan dibandingkan dengan daya threshold. Jika daya sinyal yang diterima lebih besar atau sama dengan daya threshold maka bit PCC = 0 akan dibangkitkan demikian juga sebaliknya. Jika bit PCC = 1 berarti daya harus dinaikkan demikian juga sebaliknya. Data yang diterima di BS akan di-demodulasi dan di-decoding. Kemudian BER akan dihitung untuk ditampilkan dan simulasi selesai.
Gambar 3.7 Model Simulink Kendali Daya Rerverse Link CDMA IS-95
BAB IV ANALISA DATA
4.1 Umum
Pada Tugas Akhir ini, akan dianalisa kinerja kendali daya pada kanal reverse link
dan menggunakan kendali daya closed-loop. Kinerja ini dapat dilihat dengan menganalisa laju kesalahan bit (BER) pada sistem CDMA dengan adanya kendali daya
dan tanpa kendali daya. Selain itu, pada tugas akhir ini juga menganalisa laju kesalahan
bit (BER) terhadap frekuensi doppler dan jumlah kanal jalur multipath.
4.2 Analisa Hasil Simulasi
Kinerja kendali daya dapat dilihat dengan menganalisa laju kesalahan bit (BER)
pada sistem CDMA dengan adanya kendali daya dan tanpa kendali daya. Selain itu, pada
tugas akhir ini juga menganalisa laju kesalahan bit (BER) terhadap jumlah kanal jalur
multipath.
4.2.1 Analisa Hasil Simulasi Sistem CDMA Dengan Menggunakan Kendali Daya dan Tanpa Menggunakan Kendali Daya
Kualitas sistem CDMA dapat dilihat dari BER yang dihasilkan. Analisa BER yang dihasilkan pada sistem CDMA dengan kendali daya dan tanpa kendali daya akan menunjukkan kualitasnya. Pergeseran frekuensi maksimum Doppler (fd) =10 Hz, jumlah jalur multipath (r) = 3. Simulasi dengan menganalisa hubungan niali SNR yang berbeda terhadap nilai BER yang dihasilkan seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.2.
Dari tabel 4.2 terlihat bagaimana nilai BER pada sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya dan tanpa kendali daya. BER yang dihasilkan pada sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya cenderung lebih rendah daripada sistem CDMA tanpa kendali daya. Dengan naiknya nilai SNR maka BER yang dihasilkan semakin rendah.
Tabel 4.1 Hasil simulasi dengan kedali daya dan tanpa kendali daya SNR (dB) BER (dengan kendali daya) BER (tanpa kendali daya)
0 0,10360 0,37500
1 0,08563 0,33740
2 0,07713 0,29730
3 0,06982 0,26250
4 0,06528 0,23190
5 0,05971 0,20150
6 0,05954 0,17480
7 0,05605 0,14760
8 0,05418 0,12670
9 0,05213 0,10580
10 0,05209 0,09326
11 0,05075 0,08153
12 0,05137 0,07235
13 0,04982 0,06577
14 0,04891 0,06023
15 0,04936 0,05555
16 0,05129 0,05181
17 0,05059 0,04936
18 0,05020 0,04617
19 0,05039 0,04410
20 0,04977 0,04336
Perbedaan nilai BER yang dihasilkan simulasi sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya dan nilai BER yang dihasilkan simulasi sistem CDMA tanpa kendali daya jauh lebih rendah pada SNR 0 dB. Namun, kurva yang dihasilkan simulasi sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya cenderung menurun lambat dibanding kurva yang dihasilkan simulasi sistem CDMA tanpa kendali daya seperti yang ditunjukkan Gambar 4.1. Gambar 4.1 dihasilkan dari program Matlab
seperti yang terlampir pada lampiran 1.. Sehingga pada SNR 17 dB, nilai BER hasil simulasi sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya lebih besar dibanding dengan nilai BER hasil simualsi sistem CDMA tanpa kendali daya.
Gambar 4.1 Grafik BER Terhadap SNR
4.2.2 Analisa Hasil Simulasi Dengan Jumlah Jalur Multipath Yang Berbeda Pada bagian ini akan menganalisa pengaruh jumlah jalur multipath (r) dengan melihat BER yang dihasilkan. Nilai fd = 80 Hz dan delay spread adalah 0; 3e-6; 3,1e-6; 0; 3,2e-6; 3,3e-6; 3,4e-6; 3,5e-6; 3,6e-6; 3,7e-6; 3,8e-6; 3,9e-6. Hasil simulasi ini ditunjukkan pada tabel 4.4.
Dengan melihat tabel 4.4, jumlah jalur multipath (r) berpengaruh terhadap BER yang dihasilkan. Semakin besar r maka BER yang dihasilkan semakin besar.
Artinya, kualitas sistem CDMA akan menurun jika r semakin besar. Hal ini dapat dijelaskan karena adanya delay spread yang dapat mengakibatkan interference inter symbols (ISI).
Tabel 4.2 Hasil simulasi dengan jumlah lintasan yang berbeda Jumlah jalur multipah (r) BER (dengan kendali
daya)
BER (tanpa kendali daya)
2 0,001788 0,01432
3 0,017940 0,07060
4 0,054490 0,15960
5 0,102200 0,23780
6 0,155700 0,31170
7 0,192000 0,34970
8 0,234300 0,39190
9 0,262800 0,41840
10 0,282300 0,43000
Gambar 4.2 menunjukkan grafik BER terhadap r hasil simulasi. Dalam grafik terlihat bahwa kurva akan semakin naik dengan bertambahnya nilai r.
Nilai BER yang semakin besar ketika jumlah lintasan multipath-nya semakin besar. Kurva yang melengkung dimana perubahan BER dari BER dengan jumlah lintasan r-1 semakin kecil seiring bertambahnya jumlah jalur. Hal ini mengakibatkan daerah stagnan dimana pada jumlah lintasan yang semakin besar kemampuan kendali daya untuk mengatasi multipath fading dengan delay spread tidak terlalu signifikan.
Untuk menunjukkan kurva dari hasil simulasi simulink maka dengan program Matlab terlampir pada lampiran 2 maka dihasilkan seperti pada Gambar 4.2 dan terlihat perbedaan nilai BER yang dihasilkan oleh sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya dengan sistem CDMA tanpa kendali daya. Nilai BER yang dihasilkan pada simulasi sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya
lebih rendah dibanding dengan nilai BER yang dihasilkan pada simulasi sistem CDMA tanpa kendali daya. Dengan kata lain, kualitas komunikasi pada sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya lebih baik daripada kualitas komunikasi pada sistem CDMA tanpa kendali daya.
Gambar 4.2 Grafik BER Terhadap Jumlah Jalur Multipath (r)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari analisa hasil simulasi kendali daya pada sistem CDMA yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Besar BER yang dihasilkan sistem CDMA dengan menggunakan kendali daya cenderung lebih rendah dibadingkan bersar BER yang dihasilkan sistem CDMA tanpa kendali daya.
2. Semakin besar jumlah jalur multipath fading maka semakin besar juga nilai BER yang dihasilkan.
3. Semakin besar nilai SNR maka nilai BER yang dihasilkan semakin rendah. 4. Dengan adanaya kendali daya maka efek multipath fading dapat dikurangi.
5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan penulis untuk Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Analisa kendali daya pada sistem CDMA dapat dibahas lagi dengan menggunakan forward link.
2. Analisa kendali daya pada sistem CDMA reverse link dapat dibahas lebih lanjut lagi dengan menganalisa kesalahan bit PCC.
3. Analisa kendali daya pada sistem CDMA dapat dibahas lagi dengan menggunakan cdmaOne atau WCDMA.
Daftar Pustaka
1. Lee, Jhong Samdan Leonard E. Miller, “CDMA Systems Engineering Handbook”. Artech House, Inc. Boston,1998 (hal. 14-16, 237, 239, 240, 344, 348, 354, 360, 362, 263, 265, 387, 396, 875).
2. Steele, Raymond, Chin-Chun Lee dan Peter Gould, “GSM, cdmaOne and 3G Systems”. John Wiley & Sons, Ltd. Chichester, 2001 (hal. 205-209, 215-217, 221, 223, 275).
3. Torrieri, Don, “Principle of Spread-Spectrum Communication Systems”. Springer Science. Boston, 2005 (hal. 435).
4. Zigangirov, Kamil SH, “Theory of Code Division Multiple Access Communication”. IEEE, Inc. Canada, 2004 (hal. 7, 18, 19).
5. Ipatov, Valery P, “Spread Spectrum and CDMA Principles and Applications”. John Wiley & Sons, Ltd. Chichester, 2005 (hal. 347-355).
6. Simon, Marvin K dan Mohammed-Slim Alouini, “Digital Communication over Fading Channels”. John Wiley & Sons. New York, 2000 (hal. 18, 21).
7. Groe, John B dan Lawrence E. Larson, “CDMA Mobile Radio Design”. Artech House, Inc. Boston, 2000 (hal. 9, 13, 21, 23).
8. Lee, Byeong Gi dan Byoung-Hoon Kim, “Scrambling Techniques for CDMA Communications”. Kluwer Academic Publishers. New York, 2002 (hal. 99).
9. Schulze, Henrik dan Christian Luders, “Theory and Applications of OFDMA and CDMA”. John Wiley & Sons. Chiester, 2005 (hal. 51-54).
10. Wibisono, Gunawan, Uke Kurniawan Usman dan Gunadi Dwi Hantoro, “Konsep Teknologi Seluler”. Informatika. Bandung, 2008 (hal. 51, 108, 113-116, 223, 226, 228, 230).
11. CDMA Reference Blockset for Use with Simulink. The Mathworks dan Algorex, Inc, 2000-2001.
12. Tanskanen, J.M.A, J.Mattila, M.Hall, T.Korhonen dan S.J. Ovaska, “Predictive Closed-Loop Power Control for Mobile CDMA Systems”. IEEE Vehicular Technology Conference. Phoenix, Arizona, 1997.
13. www.mathworks.com
LAMPIRAN
Lampiran 1
Program Membuat Grafik BER vs SNR dengan Kendali Daya dan tanpa Kendali daya
% Program untuk memplot BER vs SNR % % Jumlah jalur multipath = 3 %
% Dengan fd = 10 Hz %
clc clear
SNR=[0:1:20]; %Nilai SNR%
%nilai BER dengan kendali daya%
BER=[0.10360, 0.08563, 0.07713, 0.06982, 0.06528, 0.05971, 0.05954, 0.05605, 0.05418, 0.05213, 0.05209,
0.05075, 0.05137, 0.04982, 0.04891, 0.04936, 0.05129, 0.05059, 0.05020, 0.05039, 0.04977];
%nilai BER hasil simulasi tanpa kendali daya%
BER0=[0.37500, 0.33740, 0.29730, 0.26250, 0.23190, 0.20150, 0.17480, 0.14760, 0.12670, 0.10580, 0.09326,
0.08153, 0.07235, 0.06577, 0.06023, 0.05555, 0.05181, 0.04936, 0.04617, 0.04410, 0.04336];
semilogy(SNR, BER, '- o', SNR, BER0, '-x') %Memplot BER vs EbNo% grid on;
title('BER vs SNR'); xLabel('SNR');
Lampiran 2
Program Matlab Untuk Membuat Grafik BER vs Jumlah Multipath
% Program untuk menunjukkan hubungan BER vs r % % fd = 80 %
% SNR = 7 dB %
clc clear
r=[2:1:10]; %Nilai r%
% nilai BER hasil simulasi dengan kendali daya %
BER=[0.001788, 0.01794, 0.05449, 0.10220, 0.15570, 0.19200, 0.23430, 0.26280, 0.28230];
% nilai BER hasil simulasi tanpa kendali daya %
BER0=[0.01432, 0.07060, 0.15960, 0.23780, 0.31170, 0.34970, 0.39190, 0.41840, 0.43000];
semilogy(r, BER, '- o', r, BER0, '- x') %Memplot BER vs r% grid on;
title('BER vs r');
xLabel('Jumlah lintasan multipath (r)'); yLabel('BER');
