Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan HFC Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis

(1)

Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

TUGAS AKHIR

ANALISIS KINERJA SISTEM OFDM PADA JARINGAN HFC DENGAN

MENGGUNAKAN SPESIFIKASI DOCSIS

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara

Oleh :

SAMUEL FIRMANTUA PANGGABEAN 030402083

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ANALISIS KINERJA SISTEM OFDM PADA JARINGAN HFC DENGAN

MENGGUNAKAN SPESIFIKASI DOCSIS

Diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara

Oleh :

SAMUEL FIRMANTUA PANGGABEAN

NIM :

030402083

Disetujui Oleh : Pembimbing

( Ir. Arman Sani, MT) NIP : 131945349

Diketahui Oleh : Pelaksana harian

Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

( Prof. Dr. Usman S. Baafai ) NIP : 194610221973021001

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

ABSTRAK

Perkembangan aplikasi layanan interaktif melalui jaringan Hybrid Fiber

Coax (HFC) seperti telephony, akses internet, dan layanan data kecepatan tinggi

lainnya sudah tentu memerlukan transmisi dua arah. Lebar pita antara 5-42 MHz

dialokasikan untuk sinyal upstream. Masalah terbesar suatu jaringan HFC terletak

pada spektrum frekuensi upstream. Pada arah upstream kemungkinan besar akan

timbul adanya kandungan noise level tinggi yang disebabkan oleh thermal noise,

ingres pita sempit (narrowband ingres), noise impulse (impulse noise) dan

microreflections yang menyebabkan adanya multipath pada saluran transmisi

coaxial.

Desain pemodelan layer fisik arah upstream jaringan HFC pada proses

simulasi mengacu kepada spesifikasi DOCSIS 2.0. Desain tersebut meliput i

pengkodean RS, interleaver, scrambler dan mapping. Kemudian pada model

kedua adalah kombinasi antara DOCSIS 2.0 dengan sistem OFDM. Model OFDM

terdiri dari blok P/S, cyclic prefix, IFFT dan FFT. Sedangkan pemodelan kanal

HFC dibuat dengan pembangkitan noise thermal, noise ingress, noise impuls,

noise ingress dan miroreflections.

Kinerja OFDM pada jaringan HFC cukup bagus untuk modulasi QPSK

dibandingkan DOCSIS, terjadi prossesing gain sebesar 2-3dB. Sedangkan pada

modulasi 16QAM kinerja OFDM lebih buruk, tetapi hanya untuk kondisi kanal

noise ingress. Throughput OFDM lebih bagus pada modulasi QPSK, sedangkan

16QAM nilai throughput OFDM untuk kanal ekstrem lebih buruk, karena tidak

(4)

iv

DAFTAR ISI

. ABSTRAK ... KATA PENGANTAR ... DAFTAR ISI ... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL ... DAFTAR SINGKATAN ... DAFTAR ISTILAH ... BAB I PENDAHULUAN...

1.1 Latar Belakang

...

1.2 Tujuan dan

Manfaat...

1.3 Rumusan Masalah

...

1.4 Batasan

Masalah...

1.5 Metodologi

Penelitian...

1.6 Sistematika Penulisan

...

(5)

Thermal Noise...

2.4.1. Impulse Noise...

2.4.2. Narrowband Ingress Noise...

2.4.3. Microreflections...

BAB III PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI SISTEM

3.1 Pemodelan DOCSIS 2.0 ...

3.1.1 Blok Bernaulli Data Source...

3.1.2 Blok Reed-Solomon...

3.1.3 Blok Interleaver...

3.1.4 Blok Scrambler...

3.1.5 Blok Symbol Mapper...

3.2 Pemodelan OFDM dalam Standar DOCSIS 2.0...

3.2.1. Blok-blok Pemancar OFDM...

3.2.2. Blok-blok Penerima OFDM...

3.3 Pengaturan Parameter Simulasi...

3.3.1. Diagram Alir Proses Simulasi...

3.3.2. Perancangan Sistem...

3.3.3. Pemodelan dan pembangkitan noise kanal...

BAB IV ANALISA KINERJA SISTEM HASIL SIMULASI

4.1 Perbandingan pengaruh thermal noise pada jaringan HFC dengan

standar DOCSIS 2.0 dengan penerapan OFDM...

4.2 Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan noise impuls...

4.3 Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan ingress noise...

4.4 Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan microreflections...

4.5 Analisa BER pada kanal ekstrem sistem OFDM vs DOCSIS 2.0...

4.6 Analisa throughput sistem OFDM vs DOCSIS 2.0...

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ...

5.2 Saran ...

(6)

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Transimisi OFDM dalam domain frekuensi...

Gambar 2.2. Transimisi OFDM dengan 4 subcarier dalam domain waktu...

Gambar 2.3 Pengaruh guard interval dalam mengatasi ISI...

Gambar 2.4 Guard interval dengan cyclic prefix...

Gambar 2.5 Infrastruktur Jaringan HFC...

Gambar 2.6 Alokasi spektrum pada Jaringan HFC...

Gambar 2.7 Alokasi lebar pita yang tersedia pada jaringan HFC...

Gambar 2.8 Frame Reed-Solomon...

Gambar 2.9 Proses encoding Reed Solomon...

Gambar 2.10 Proses decoding Reed Solomon...

Gambar 2.11 Teknik interleaver...

Gambar 2.12. Sumber Ingress noise...

Gambar 2.13. Microreflections dengan single echo...

Gambar 3.1. Model sistem arah Upstream DOCSIS 2.0...

Gambar 3.2. Blok scrambler...

Gambar 3.3. Model sistem OFDM pada HFC...

Gambar 3.4. Diagram Alir Proses Simulasi...

Gambar 3.5. Pemodelan noise thermal pada HFC...

Gambar 3.6. Model Ingress noise...

Gambar 3.7. Model impuls noise...

Gambar 3.8. Model microreflections...

Gambar 4.1 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM pada kanal AWGN…...

Gambar 4.2. Perbandingan kinerja DOCSISvs OFDM pada kanal microreflections

Gambar 4.3. Perbandingan kinerja OFDM vs DOCSIS 2.0 pada kondisi kanal

ekstrem dengan modulasi QPSK dan 16QAM………...………...

Gambar 4.4. Throughput untuk modulasi QPSK (a) DOCSIS 2.0 (b)OFDM

(c)Perbandingan DOCSIS 2.0 dengan OFDM……...

Gambar 4.5. Throughput untuk modulasi16QAM (a)DOCSIS 2.0 (b)OFDM

(7)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Parameter DOCSIS...

Tabel 2.2. BW kanal dan kecepatan data arah downstream dan upstream...

Tabel 2.3. Karakteristik arah upstream...

Tabel 3.1. Klasifikasi noise impuls...

Tabel 3.2 Klasifikasi noise ingress...

Tabel 3.3 Klasifikasi nilai microreflections... 16

23

24

40

41

(8)

BAB I

PENDAHULUAN

I. 1.

Latar Belakang

Perkembangan aplikasi layanan interaktif melalui jaringan Hybrid Fiber

Coax (HFC) seperti telephony, akses internet, dan layanan data kecepatan tinggi

lainnya sudah tentu memerlukan transmisi dua arah. Lebar pita antara 5-42 MHz

dialokasikan untuk sinyal upstream dan lebar pita antara 50-870 MHz

dialokasikan untuk sinyal downstream. Masalah terbesar yang sering terjadi pada

suatu jaringan HFC terletak pada spektrum frekuensi upstream. Pada arah

upstream terdapat kemungkinan besar akan timbul adanya kandungan noise level

tinggi yang disebabkan oleh noise ingres pita sempit (narrowband ingres noise),

noise impulse (impulse noise) dan microreflections yang menyebabkan adanya

fenomena multipath pada saluran transmisi coaxial. Hal-hal seperti inilah yang

kadang tidak diperhitungkan dalam perencanaan arsitektur jaringan HFC.

Dengan adanya kendala seperti narrowband ingress noise, impuls noise

dan microreflections maka sudah dapat dipastikan data yang diterima oleh Headend akan mengalami gangguan yang tidak dapat dianggap remeh. Oleh karena itu dibutuhkan suatu cara untuk menangani secepatnya masalah-masalah

tersebut. Orthogonal Frekuensi Division Multiplexing (OFDM) merupakan salah

satu cara yang dapat digunakan. Dan dengan adanya spesifikasi perencanaan

jaringan HFC yang telah tercantum pada Data Over Cable Services Interface

Specifications (DOCSIS) yang telah ditetapkan menjadi standar utama industri-industri yang bergerak di bidang komunikasi dua arah melalui jaringan HFC,

maka semua parameter baik untuk transmitter maupun receiver harus sesuai

dengan standar tersebut.

I. 2.

Tujuan dan Manfaat

(9)

Memahami teorema sistem DOCSIS dan sistem OFDM yang akan diberikan pada

jaringan HFC dengan mengikuti standar DOCSIS dan mengetahui nilai QoS

dengan melihat BER dan throughput pada saluran transmisi HFC.

Manfaat dari Tugas akhir ini adalah pembuktian dan menganalisa penambahan

sistem OFDM dalam peningkatan performasi jaringan HFC, pada arah upstream

jaringan HFC.

I. 3.

Rumusan Masalah

Kualitas sinyal dari layanan interaktif arah upsteam dengan bandwidth

terbatas pada distribusi coax jaringan HFC pasti akan mengalami gangguan yang

disebabkan karena adanya noise (khususnya pada frekuensi di bawah 15 MHz)

dan juga karakteristik kabel coax yang mengakibatkan pantulan dan redaman yang

tidak sama untuk semua range frekuensi yang akan menyebabkan fenomena

multipath. Untuk mengefisiensikan bandwidth yang tersedia dan tetap menjaga kualitas sinyal, maka diperlukan suatu teknik modulasi yang optimal, yang

bersifat robust dan mempunyai efisiensi transmisi yang tinggi. Di dalam tugas

akhir ini akan dicoba penggunaan teknik modulasi Orthogonal Frequency

Division Multiplexing (OFDM) untuk mendapatkan hasil yang optimal serta menganalisa performansinya pada jaringan HFC dengan melihat nilai BER dan

throughput.

I. 4.

Batasan Masalah

Adapun beberapa batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. Jaringan yang dianalisa adalah jaringan distribusi coax pada hubungan

antara Fiber Node dengan rumah-rumah pelanggan pada jaringan Hybrid

Fiber Coax.

2. Sistem dianalisa pada kanal dengan hanya memunculkan Thermal noise,

narrowband ingress noise, impulse noise dan microreflections. 3. Modulasi menggunakan skema QPSK dan 16QAM.

4. Hanya menganalisa arah upstream.

5. Menggunakan standar DOCSIS 2.0. dan hanya sampai level sinyal

(10)

6. Menggunakan skema FDMA/TDMA pada DOCSIS 2.0. dengan single

user.

7. Parameter penilaian adalah bit error rate (BER) terhadap SNR dan

throuhput.

8. Kemungkinan menggunakan asumsi-asumsi yang diperlukan dalam

analisis perhitungan dan simulasi.

I. 5.

Metodologi Penelitian

Urutan langkah dalam pengerjaan Tugas Akhir ini adalah:

1. Studi Literatur.

Studi literatur ini menyangkut hal-hal yang berhubungan dengan pokok

pembahasan sebagai referensi baik dari buku-buku, internet dan dan Tugas

Akhir Mahasiswa STTTelkom yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini.

2. Analisa dan Simulasi.

Simulasi Jaringan HFC menggunakan Mathlab 6.5 dengan adanya

thermal noise, ingress noise, impuls noise dan microreflections. Menguji dengan menganalisa perbandingan sebelum dan sesudah penambahan

sistem OFDM dengan teori-teori yang sudah ada.

I. 6.

Sistimatika Penulisan

Secara keseluruhan penulisan tugas akhir ini terdiri dari 5 ( Lima )

bab yang menguraikan permasalahan secara berurutan. Secara garis besar,

penulisan masing-masing bab adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Dalam bab ini akan membahas mengenai latar belakang

masalah, perumusan masalah, maksud dan tujuan serta

sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Berisikan tentang penjelasan teori-teori secara singkat dan

konsep dasar tentang teknik Orthogonal Frekuensi

(11)

konsep singkat tentang jaringan Hybrid Fiber Coax dan

jenis-jenis noise yang mungkin timbul.

BAB III : PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI.

Dalam bab ini akan membahas tentang desain layer fisik

transmisi upstream, serta perancangan simulasi jaringan

HFC dengan stuktur-struktur penyusunnya yang meliputi

transmitter dan receiver dari masing-masing blok.

Perancangan model kanal yang dapat mempengaruhi data

yang akan di terima pada Headend dengan mengacu pada

spesifikasi DOCSIS 2.0 dan desain sistem OFDM dalam

jaringan HFC.

BAB IV : ANALISA KINERJA SISTEM HASIL SIMULASI

Dalam bab ini akan membahas mengenai analisa

terhadap data yang diperoleh dari hasil simulasi. Kinerja

yang ditampilkan dapat dilihat dari parameter Bit Error

Rate (BER) dan throuhput.

BAB V : KESIMPULAN & SARAN

Dalam bab ini akan berisi kesimpulan dari Tugas Akhir

secara keseluruhan dan saran untuk perbaikan dan

(12)

(13)

BAB II

DASAR TEORI

Fenomena ingress noise pada jaringan transportasi coaxial, baik yang

timbul secara ketidak sengajaan atau sengaja merupakan salah satu masalah besar

yang harus diperhatikan pada sistem layanan Hybrid fiber Coax (HFC). Titik

paling rentan terhadap masalah tersebut terlatak dari arah customers ke headers,

atau disebut arah upstream. Meskipun telah ada pemeliharaan jaringan coaxial

yang dilakukan secara rutin dan terus menerus dengan menggunakan FCC standar

yang tercantum dalam sistem DOCSIS, fenomena tersebut masih juga sering

terjadi dan sangat mengganggu. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut

adalah dengan adanya penambahan sistem OFDM yang diharapkan mampu

meningkatan performasi dan proteksi jaringan terhadap ingress noise.

2.1. Orthogonal Frekuensi Division Multiplexing (OFDM).

Prinsip dari OFDM adalah membagi bandwidth yang tersedia menjadi

beberapa sub-band yang sempit dan saling orthogonal (saling tegak lurus),

dimana kanal fading dapat dianggap non-dispersive (tidak tersebar). Jadi OFDM

merupakan salah satu teknik transmisi multicarrier. Pengimplementasian

modulator dan demodulator (modem) sub-channel yang kompleks dapat

digantikan dengan Fast Fourier Transformer (FFT), sehingga akan membuat

implementasi teknologi ini akan lebih mudah dan murah karena hanya akan

menggunakan dua carier untuk menggeser dari frekuensi baseband ke frekuensi

passband.

Konsep utama dari sistem OFDM adalah membagi atau memecah data

serial kecepatan tinggi yang menjadi N data paralel berkecepatan rendah dan

mentransmisikan data paralel tersebut dengan beberapa subcarrier.

Carrier-carrier ini dibuat saling orthogonal dengan memilih spasi frekuensi yang sesuai antar carrier. Maka, spectral overlapping (spektrum sinyal yang saling tumpang

tindih) dapat dilakukan dengan tetap menjaga ke-orthogonal-an antar subcarrier.

Sehingga di penerima sinyal tersebut dapat dipisah kembali antar subcarrier.Jika

(14)

efisiensi spektral dapat ditingkatkan. Pembagian data menjadi subcarrier

mengakibatkan durasi simbol OFDM bertambah panjang sehingga dapat

mereduksi efek akibat kanal multipath. Tetapi untuk kondisi kanal yang ekstrim

(AWGN dan terdistribusi Rayleigh) dimana masih mungkin terjadi Inter Symbol

Interference (ISI) dan Inter Carrier Interference (ICI) pada sistem OFDM, maka masalah tersebut dapat diatasi dengan penambahan guard time atau cyclix prefic

(CP) pada proses akhir setelah modulasi.

2.1.1. Prinsip Orthogonalitas

Konsep Orthogonal pada OFDM menunjukkan adanya hubungan

matematis antara frekuensi carrier pada sistem. Pada sistem ini, digunakan guard

band antara carrier yang berbeda, sehingga akan mengurangi efisiensi spektrum. Dengan mengatur carrier OFDM, sehingga side band masing-masing carier

saling overlap, dan sinyal masih dapat diterima tanpa interferensi carrier yang

berdekatan.

Secara matematis, suatu kumpulan sinyal i ,i = ± 0, ± 1, ±2, .... akan orthogonal pada interval [a b],jika :

( ) ( )

E _jikajika _ll _kk

dt t t k b a k l ≠ = =

∫

0,

, *

ϕ ϕ

= E_kδ

( )

l−k

dimana ϕ_k*

( )

t merupakan komplek konjugate dari sinyal δ

( )

l−k yang

merupakan kunci delta kronecker, yang didefinisikan sebagai :

( )

_jikajika _ll _kk

k l ≠ = = − , 0 , 1 δ

Fungsi basis Discrete Fourier Transform (DFT) atau Fast Fourier Transform

adalah :

( )

[j( kt)T]

k t e

/ 2π

ϕ = , dimana k = 0, ±1, ±2, ±3,....membentuk kumpulan sinyal

orthogonal pada interval (0,T) karena :

(15)

Proses pembangkitan sinyal OFDM dapat dilakukan pada tingkat baseband

dengan menggunakan Discrite Fourier Transform untuk menghindari banyaknya

oscilator dan modulator pada pemancar, dan demulator dan filter pada penerima.

Misalkan keluaran dari signal mapping dinyatakan oleh persamaan berikut :

Sn(t) = An(t)e

Sn(t) dapat berupa data yang termodulasi secara BPSK, QPSK maupun QAM.

2.1.3. DFT sebagai Demodulator OFDM

Penghematan bandwidth

frekuensi

frekuensi (c)

(d)

t

Gambar sinyal OFDM dalam domain waktu dengan 4 subcarier

2.1.4. Guard Interval (Cyclic Prefix)

Untuk mengurangi adanya pengaruh intersymbol interefrence (ISI), yang

(16)

ditambahkan guard interval yang memisahkan simbol satu dengan simbol lain

yang saling berdekatan.

ISI disebabkan adanya respons impuls kanal, sehingga pada perancangan

guard interval, panjang guard interval harus lebih panjang dari respon impuls kanal. Sehingga jika ada dua atau lebih sinyal yang melewati lintasan yang

berbeda, maka enegi ISI akan terdegradasi pada guard interval dan simbol data

sebenarnya tidak terkena ISI, tetapi terkena interferensi yang berasal dari simbol

yang sama, hal itu bukan merupakan ISI, tetapi merupakan bentuk distorsi linier.

Proses ini dijelaskan pada gambar berikut.

Sinyal yang terdelay

Sinyal langsung

Gambar Pengaruh guard interval dalam mengatasi ISI

Cyclic prefix

Gambar guard interval dengan cyclic prefix

Penambahan guard interval akan memperkecil durasi simbol data,

sehingga akan memperlebar jarak antar subcarrier. Hal ini akan mengakibatkan

bandwidth keseluruhan sinyal OFDM menjadi lebih lebar

2.2. Jaringan Hybrid Fiber Coax (HFC)

2.1. Infrastruktur Jaringan HFC

Secara umum infrastuktur jaringan HFC terdiri dari empat bagian, yaitu

Trunk Feeder Center (TFC), Distribution Center (DC), Fiber Node (FN), dan perangkat dirumah pelanggan atau biasa disebut dengan Customer Premises

(17)

Gambar Infrastruktur Jaringan HFC[1]

Pada Trunk Feeder Center ini terdapat berbagai perangkat yang berfungsi

untuk memberikan layanan TV broadcast. Perangkat tersebut terdiri dari antena

penerima (Satelit, Microwave Teresterial, dan lokal / Off-air) dan TV Broadcast

Headend (terdiri dari demodulator, modulator dan sinyal prosesor). Fungsi dari

TV Broadcast Headend ini adalah untuk menempatkan sinyal TV yang berasal

dari berbagai sumber yang berbeda kedalam frekuensi yang sesuai didalam

jaringan Hybrid Fiber Coax.

Pada Distribution Center ini layanan TV Broadcast akan digabungkan

dengan layanan lainnya yaitu Video on Demand, data dan telepon. Agar dapat

digabungkan maka terlebih dahulu terjadi perubahan sinyal dari bentuk sinyal

optik menjadi elektrik. Sinyal dari arah Distribution center ini akan di gabungkan

menggunakan combiner untuk kemudian diteruskan ke Fiber Node, sedangkan

sinyal dari Fiber Node yang menuju ke Distribution Centre akan di pecah

menggunakan splitter untuk kemudian diteruskan ke terminal Cable

ModemTermination System, Video Interactive Headend ataupun Cable Telephony

Headend.

Customer Premises Equipment (CPE) adalah perangkat yang terdapat di rumah pelanggan yang berguna memberikan antarmuka sehingga pelanggan dapat

menikmati layanan yang diinginkan. CPE untuk layanan TV broadcast maupun

Video interaktif adalah satu set televisi dan set top box. Agar dapat menggunakan

layanan telepon maka pelanggan memerlukan Cable Telephony Modem yang

(18)

pelanggan. Sedangkan untuk menggunakan layanan data khususnya internet maka

pelanggan memerlukan modem kabel yang dihubungkan ke PC pelanggan.

Dengan demikian maka pelanggan dapat menonton TV, browsing di Internet

maupun menerima telepon pada saat yang bersamaan.

2.2. Alokasi Bandwidth HFC

Jenis Layanan yang dapat ditangani oleh jaringan HFC dibagi menjadi dua

kategori, yaitu layanan yang bersifat distributif dan layanan yang bersifat

interaktif. Layanan distributif yang digunakan meliputi TV analog broadcast dan

TV digital broadcast, sedangkan layanan interaktif meliputi telepon, data dan

Video On Demand (VOD). Layanan-layanan yang diberikan ini erat kaitannya dengan spektrum frekuensi.

Alokasi spektrum sistem transmisi pada jaringan HFC adalah sebagai

berikut:

upstream downstream

5-65 MHz 85-870 MHz

Untuk lebih tepatnya alokasi dari lebar pita yang tersedia untuk spektrum

TV Kabel dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Reverse 5-65 MHz Telephony dan Data

FM Radio 85-108 MHz

FAA Restricted Some Data/Digital Music/ Forward Telephony 108-120 MHz

Analog Video Mid Band 120-174 MHz

Analog Video High Band 174-230 MHz

Analog Video Super Band 230-470 MHz

Analog Video Hyper Band 470-550 MHz

(Forward Telephony and/or Digital Music)

Interactive Services/Digital Video 550-870 MHz

Berikut penjelasan dari masing masing Spektrum :

• Spektrum 5-65 MHz dialokasikan untuk transmisi kembali dari layanan data

atau telepon.

• Spektrum 65-85 MHz digunakan untuk filter crossover yang memisahkan

transmisi forward dan reverse dan tidak dapat digunakan untuk transmisi

(19)

• Spektrum 85-108 MHz dialokasikan oleh FCC untuk transmisi penyiaran

FM. Transmisi televisi menggunakn frekuensi pita ini akan diinterferens oleh

sinyal penyiaran FM yang kuat dan berdekatan.

• Spektrum 108-120 MHz Sesuai dengan penggunaan FAA dari frekuensi ini,

FCC merekomendasikan bahwa pita ini membutuhkan limitasi khusus atau

lebih baik tidak digunakan sama sekali.

• Spektrum 120-550 MHz terdiri atas 56 kanal yang dialokasikan untuk

transmisi video forward.

• Spektrum 550-870 Mhz dialokasikan untuk transport digital yang terdiri dari

transmisi data forward dan layanan interaktif lainnya.

2.3. Spesifikasi DOCSIS 2.0

2.3.1. Pengertian DOCSIS 2.0

Data Over Cable System Interface Specifications 2.0 atau DOSIS 2.0

adalah spesifikasi yang dikeluarkan oleh CableLabs yang dijadikan standar dalam

perencanaan jaringan coax yang bertujan untuk meningkatkan kapasitas dan

robustness ke berbagai macam pengrusakan/pelemahan dalam perencanaan channel upstream pada jaringan coax. Spesifikasi ini tidak berpengaruh pada

channel downstream maupun fungsi MAC, kecuali jika diperlukan adanya

perubahan untuk mengakomodasi physical layer yang baru.

Ciri-ciri dasar dari spesifikasi baru ini adalah meningkatkan channel

bandwidth sampai 6,4 MHz. Dengan beberapa tambahan berupa skema modulasi,

termasuk 64QAM, yang akan memberikan peningkatan throuhput sebesar 50%

dibandingkan dengan 16QAM yang telah diterapkan pada spesifikasi DOCSIS 1.0

dan DOCSIS 1.1. DOCSIS 2.0 juga mampu memberikan peningkatan dalam

skema Forward Error Correction (FEC).

Spesifikasi DOCSIS sebelumnya (DOCSIS 1.0 dan 1.1) berbasis TDMA.

Lebih tepatnya lagi, TDM digunakan untuk channel downstream (dari CMTS

sampai Cable Modem) dan TDMA digunakan untuk channel upstream. Pada

spesifikasi DOCSIS 2.0 ada dua buah tipe proposal tentang multiple-access yang

telah ditetapakan. Salah satunya masih menggunakan TDMA seperti spesifikasi

(20)

2.3.2. Parameter DOCSIS

Data Over Cable System Interface Specifications (DOCSIS) memiliki

besaran parameter system pada suatu jaringan CATV. Parameter tersebut dapat

dilihat pada tabel dibawah ini :

No Parameter DOCSIS

1 Negara pembuat Amerika Serikat

2 Lebar Bandwidth 6 MHz

3 System TV NTSC

4 Frekuensi downstream 50 - 860 MHz

5 Frekuensi Upstream 5-42 MHz

Tabel parameter DOCSIS

2.3.2.1. Level Transmisi

Level daya dari CMTS pada arah downstream dengan lebar kanal 6 MHz

direkomendasikan pada batasan nilai -10 dBc sampai -6 dBc realtif terhadap level

carier video analog. Nilai level daya keluaran CMTS tidak boleh melebihi dari

level carrier video analog.

Level daya dari Cable Modem (CM) pada arah upstream harus dibuat

rendah agar dapat mencapai agar dapat mencapai di atas batas margin noise dan

distorsi.

2.3.2.2. Performansi layanan data end to end

Performansi layanan data end-to-end ditunjukkan oleh besaran Quality of

Service (QoS). QoS digunakan sebagai standar kualitas layanan sehingga akan memberikan layanan yang memuaskan. QoS pada jaringan HFC tergantung pada

alokasi bandwidth untuk masing-masing pelanggan. Alokasi bandwidth

downstream tidak begitu mendesak dikarenakan alokasi yang relatif lebih banyak dibandingkan dengan upstream. Sehingga QoS pada HFC tergantung pada alokasi

bandwidth upstream untuk masing-masing pelanggan. Parameter yang

mempengaruhi QoS pada jaringan HFC adalah Troughput, Delay dan BER (Bit

Error Rate).

2.3.3. Blok-blok yang terdapat dalam media fisik upstream

(21)

Kode Reed-Solomon adalah block code, yang berarti pesan yang akan

ditransmisikan dibagi menjadi blok-blok data yang terpisah. Kode ini disebut juga

kode sistematik, yang berarti proses encoding tidak merubah simbol-simbol pesan

dan simbol proteksi ditambahkan pada tempat yang terpisah pada blok data

tersebut. Reed-Solomon disebut juga linear code (dengan menjumlahkan dua

codeword akan menghasilkan codeword yang lain) dan juga cyclic (dengan menggeser secara cyclic suatu codeword akan menghasilkan codeword yang lain).

Reed-Solomon termasuk dalam keluarga pengkodean

Bose-Chaundhuri-Hocquenghem (BCH), tapi berbeda dalam hal simbol yang dimiliki mempunyai bit yang banyak. Hal ini membuat kode cocok digunakan pada error yang terjadi

secara burst karena walaupun simbol terkena error pada seluruh bitnya, maka

dihitung sebagai satu simbol error dalam hal kapasitas koreksi error dari kode.

Dengan memilih parameter yang berbeda dari suatu kode akan

memberikan level proteksi yang berbeda dan mempengaruhi kompleksitas

implementasi. Reed-Solomon dapat dideskripsikan sebagai kode (n,k), dimana n

adalah panjang blok dalam simbol dan k adalah jumlah simbol informasi pada

pesan. Dan juga

2m 1

n≤ − (0.1)

dimana m adalah jumlah bit dalam satu simbol. Terdapa n-k simbol parity dan t

simbol error yang dapat dikoreksi pada blok, dimana ( ) 2

n k

t= − untuk n-k genap

dan ( 1)

2

n k

t= − − untuk n-k ganjil. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar

dibawh ini :

Simbol

Proses encoding Reed-Solomon dapat digambarkan dalam diagram blok

(22)

Data Input

Data Output

Gambar Proses encoding Reed Solomon

Sedangkan pada proses decoding Reed-Solomon dapat digambarkan dalam

diagram blok berikut ini.

Data Delay

Perhitungan Syndrom

Pembentukan Polinomial Error

Location

Perhitungan nilai error Metode Forney

Pencarian Chien (Posisi Error)

+

Input R

S

X

Y

/

Output

Gambar Proses decoding Reed Solomon

Blok diagram decoder Reed-Solomon berisikan fungsi yang dibutuhkan jika

menerima sinyal yang sudah dikodekan dengan reed-Solomon yang telah

dirusak/dikacaukan oleh noise. Fungsi yang terdapat pada decoder Reed-Solomon

adalah :

a. Menghitung syndrom

b. Mencari error locator polynomial

c. Mencari error evaluator polynomial

d. Menghitung lokasi kesalahan

2.3.3.2. Interleaver

Interleaver merupakan salah satu teknik pengkodean yang juga berfungsi

sebagai proteksi terhadap error. Error yang dimaksud dan biasa terjadi dalam

pengirima informasi data bit adalah burst error. Burst error adalah pengrusakan

atau penghilangan data secara besar yang melibatkan satu deret bit sekaligus.

(23)

dimaksukkan/dituliskan ke dalam suatu blok-blok secara horisontal, kemudian di

kirimkan kembali dengan cara pembacaan secara vertikal. Sehingga diharapkan

akan ada kenaikan kemampuan dalam perbaikan kesalahan. Untuk lebih jelasnya

dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

C

Gambar teknik interleaver

Data masukan dan yang akan ditulis pada blok interleaver adalalah

C1(1),C1(2)..C1(N),C2(1),C2(2)..C2(N)...CP(N), sedangkan data yang akan di

baca dan dikirim adalah C1(1), C2(1)..CP(1),C1(2),C2(2)..CP(2)...CP(N).

2.3.3.3. Scrambler

Scrambler atau biasa disebut dengan randomizer adalah teknik pengacakan data yang bertujuan untuk pengamanan data, menjamin jumlah bit

yang cukup dari transmisi dan membantu clock recovery. Burst akan diacak untuk

mengacak urutan data yang dikirimkan, sehingga menghasilkan gelombang/sinyal

termodulasi akan mempunyai karakteristik yang sama dengan white noise.

2.3.3.4. Modulasi Digital

Modulasi merupakan proses penumpangan sinyal informasi pada sinyal

carier. Sedangkan yang dimaksud dengan modulasi digital adalah sinyal informasi

yang ditumpangkan masih berupa data digiral. Pada tugas akhir ini modulasi

digital digunakan sebagai pemetaan atau symbol mapper. Proses pemetaan

berguna untuk pengelompokan bit yang kemudian data dapat langsung

ditransmisikan untuk sistem DOCSIS atau data tersebut berguna sebagai inputan

blok serial to paralel pada sistem DOCSIS dengan penambahan teknik OFDM .

(1) . Modulasi QPSK

Modulasi QPSK merupakan modulasi yang menggunakan awalan fasa

(24)

kode binary, kode tersebut yaitu “00,01,11,10”. Masing-masing sinyal tersebut

memiliki perbedaan fasa sebesar 900 dengan sinyal yang berdekatan. Sinyal QPSK

dalam sebuah persamaan dapat ditulis sebagai berikut :

( )

= _ +

( )

− _ 2 1 2 cos 2 π

πf t i

T E t S c s s

QPSK dimana 0≤t≤Ts,i=1,2,3,4

Dikarenakan satu simbol sinyal QPSK terdiri dari dua buah bit, maka nilai perioda

simbol (Ts) sama dengan dua kali perioda bit.

Ts = 2 Tb

Sedangkan probabilitas kesalahan bit (BER) yang dimiliki QPSK pada kanal

AWGN dapat dirumuskan dalam persamaan :

( )

γ Q N E Q P b BERQPSK =     = 0 2

Nilai γ merupakan perbandingan antara sinyal dengan daya noise (SNR).

(2) . Modulasi M-QAM

Pada modulasi yang mengunakan PSK, antara sinyal satu dengan sinyal

yang lain memiliki amplituda yang konstan, jika digambarkan pada diagram

konstelasi akan didapat konstelasi berbentuk lingkaran. Sedangkan pada modulasi

yang berdasarkan Quadratude Amplitude Modulation (QAM), sinyal memiliki

amplituda dan fasa yang berbeda. Modulasi yang berdasarkan QAM yang

digunakan pada standar DOCSIS arah upstream adalah 16QAM, dengan tiap

simbol mewakili emapt bit. Bentuk dari sinyal 16QAM dapat ditulis sebagai

berikut :

( )

(

)

b

(

f t

)

t T

T E t f a T E t

S _i _c

s c

i s

i = + cos 2 ,0≤ ≤

2 2

cos

2 min π min π

i = 1,2,3,4

Dimana Emin merupakan energi sinyal dengan nilai amplituda terkecil, at dan bt merupakan pasangan nilai integer yang ditentukan menurut lokasi masing-masing

titik sinyal. Modulasi 16QAM tidak memiliki energi simbol yang konstan atau

(25)

(-L+1, L-1) (-L+3, L-1) ... ( L+1, L-1)

{ at ,bt }= (-L+1, L-3) (-L+3, L-1) ... (-L-1, L-1)

: : :

(-L+1,-L+1) (-L+3,L+1) ... (L-1,-L+1)

Dimana L= M

Probalilitas kesalahan bit (BER) untuk modulasi 16QAM dapat dirumuskan:

( )

+ _ _               +     = 5 2 1 5 . 3 5 4 1 16 γ γ γ

γ Q Q Q

P _QAM

Efisiensi bandwidth yang dimiliki modulasi QAM sama dengan modulasi

PSK.Dalam hal efisiensi daya, QAM memiliki efisiensi yang lebih baik

dibandingkan PSK.

2.3.4. Karakteristik Transmisi RF berdasarkan spesifikasi DOCSIS 2.0

2.3.4.1. Karakteristik transmisi RF upstream

Tabel Karakteristik arah upstream

No Parameter Nilai

1 Frekuensi kerja yang digunakan 5 sampai 42 MHz 2 Delay pengiriman dari pelanggan terjauh sampai ke 0,800 ms

CMTS terdekat

3 Carier to Interference plus ingress (penjumlahan dari 25 dB noise, distortion,common-path distortion, XMOD dan penjumlahan diskrit dari sinyal ingress broadband, kecuali noise impuls) ratio.

4 Hum Modulation 23 dBc (7%)

5 Burst Noise

10 µs untuk 1 Khz pada rata-rata semua kasus

6 Amplitudo ripple 0,5 dB/MHz

7 Group delay ripple 200 ns/MHz 8 Micro-reflection untuk single echo -10 dBc @ 0,5 µs

-20 dBc @ 1,0 µs

-30 dBc @ >1,0

s µ

(26)

2.3.4.2. Modulasi downstream dan upstream

Kanal Modulasi Bandwidth Kanal Kecepatan Data Maksimum

Downstream

64 QAM 6 MHz 27 Mbps

256 QAM 38 Mbps

Upstream QPSK

16 QAM (kbps) 64 QAM (kbps)

200 KHz 320 640

400 KHz 640 1280

16-QAM

800 KHz 1280 2560

1600 KHz 2560 5120

3200 KHz 5120 10240

6400 Khz 10240 20480

Tabel BW kanal dan kecepatan data arah downstream dan upstream

2.4. Kanal Jaringan HFC

Kanal yang teradapat pada media transmisi HFC pada umumnya dan

coaxial pada khususnya adalah respon kanal wired yang terdiri dari kanal thermal

noise (AWGN), microreflections dan noise berupa narrowband ingress dan impuls noise. Meskipun respon kanal wired tidak sebesar kanal wireless tetapi kedua kanal tersebut memiliki kemiripan,yaitu memiliki karakterisktik berubah

terhadap waktu (time variant).

2.4. 1. Thermal Noise.

Thermal noise atau juga disebut dengan white noise adalah noise yang dihasilkan dari pergerakan electron-elektron dalam medium transmisi. Rapat

spektral daya dari thermal noise dapat dinyatakan sebagai:

kT e

hf f

N

kT

hf ≈

− =

1 )

( f < 1012 Hz

Nilai k = 1,38 x 10-23 J/K, konstanta planck h = 6,63x10-34 Watt/s2, dan T

adalah temperatur absolut dalam Kelvin. Rapat spektral dayanya sekitar -174

dBm/Hz diukur pada temperatur kamar dengan satuan 0_{K. Thermal noise ini}

merupakan jenis noise yang bersifat Additive White Gaussian Noise yaitu noise

dengan rapat spektral daya yang rata (flat) pada semua frekuensi. Adapun rapat

spektral daya dari AWGN adalah:

2

)

( jw _n

n e

S =σ

2.4. 2. Narrowband Ingress noise.

(27)

memasuki ke dalam cable network dikarenakan oleh adanya kerusakan pada

jaringan kabel. Titik kerusakan ini paling sering terjadi pada cable drop dan

kesalahan pemasangan konektor. Penyebab ingress noise umumnya berasal dari

adanya transmisi RF di udara bebas, seperti, radio CB, radio amatir, pesawat

terbang,, pemancar internasional short wave (SW), dan juga motor/mesin,

peralatan rumah tangga dan mainan elektronik yang memancarkan frekuensi.

Gambar Beberapa sumber Ingress noise

Rapat spektral daya dari ingress noise dapat didekati oleh dengan

persamaan sebagai berikut :

) ( jw n e

S σ_n2 +N.σ₁2 untuk

N N l w N N

l2π − π < < 2π + π

2

n

σ untuk lainnya

2.4. 3. Impulse Noise.

Impulse noise merupakan noise yang tidak tetap (non stasioner) dari peristiwa-peristiwa elektromagnetik yang sifatnya sementara. Impulsive noise ini

akan mengakibatkan munculnya interupsi sinyal transmisi secara acak. Ada dua

macam impulsive noise, yaitu corona noise yang ditimbulkan karena ionisasi dari

udara di sekitar kawat yang bertegangan tinggi dan gap noise yang ditimbulkan

karena adanya kerusakan insulator, sehingga tegangan tinggi yang ada di sekitar

insulator yang rusak tersebut dapat menimbulkan gangguan.

2.4. 4. Microreflections.

Microreflection terjadi akibat adanya perubahan media transmisi yang yang dapat menyebabkan nilai impedansi sumber tidak sama dengan nilai

(28)

akhirnya akan mengakibatkan adanya energi yang mengalami refleksi (atau

pemantulan sinyal kembali yang disebut echo). Microreflection ini menyebabkan

adanya fenomena multipath-fading pada saluran transmisi coaxial. Untuk lebih

jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

(29)

BAB III

PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI SISTEM

Dalam bab ini akan didesain pemodelan layer fisik transfer data upstream

jaringan HFC dengan menggunakan spesifikasi DOCIS 2.0. Kemudian akan

ditambahkan sistem OFDM pada model tersebut. Kedua model itu akan dianalisa

respon sistem terhadap kanal, kanal tersebut meliputi microreflections, Thermal

noise, Narowband Ingress noise dan Impuls Noise. Blok spesifikasi DOCSIS 2.0 dapat dilihat pada gambar berikut dibawah ini:

RS

Gambar model sistem arah Upstream DOCSIS 2.0 [1]

Data dari transmitter akan dikodekan menggunakan pengkodean

Reed-Solomon, kode tersebut merupakan standar yang harus dipenuhi sesuai dengan

sistem DOCSIS 2.0. Setelah mengalami proses pengkodean, data tersebut akan

diacak menggunakan interleaver dan scrambler. Mapping data menggunakan

menggunakan modulasi QPSK dan16QAM. Proses hanya sampai tahap Baseband.

Keluaran dari sistem ini akan melalui kanal microreflections, thermal noise,

narrowband ingress dan impuls noise.

3.1. Pemodelan DOCSIS 2.0 TDMA

(30)

Blok ini berfungsi menghasilkan bilangan biner (0,1) yang yang memiliki

peluang kemunculan yang sama antara bilangan “0” dan “1”. Bit yang

dihasilkan adalah sebanyak jumlah bit yang disimulasikan. Keluaran dari

generator bit sesuai dengan persamaan berikut ini :

0

[ ] ; untuk 0 1

1

b n = ≤ ≤ − n N

 (0.2)

Dengan N adalah jumlah bit, dan b[n] adalah bit ke-n dari keluaran

generator bit. Pembangkitan bilangan biner ini dengan memanfaatkan fungsi

randint pada Matlab 6.5.

(2). Blok Reed-Solomon

Pengkodean reed-solomon digunakan pada pengkodean terluar (outer code).

Panjang codeword inputan pengkodean luar sepanjang 16 simbol,dan agar

didapat kemampuan koreksi sebesar 8 symbol maka harus ditambahkan 4

simbol pada inputan pengkodean ini, sehingga keluaran codeoword-nya

sepanjang 24 simbol,.

Parameter-parameter yang harus diperhatikan pada pengkodean

reed-solomon antara lain adalah jumlah simbol output (n), jumlah simbol input (k),

jumlah bit/simbol (m), polinomial primitif yang digunakan, kemampuan koreksi error (t), dan generator polinomialnya. Jenis kode reed-solomon yang digunakan dalam simulasi adalah RS(30,16). Penentuan parameter pengkodean

adalah sebagai berikut :

 Jumlah simbol output (n) = 30

 Jumlah simbol input (k) = 16

 Jumlah bit/simbol (m) = 8

 Generator Polinomial = p(x) = x8+ x4+ x3+ x2+1

 Kemampuan koreksi (t) simbol = (n-k)/2 = 7

(3). Blok Interleaver[1]

Interleaver yang digunakan pada simulasi adalah tipe fixed mode, dengan

jumlah kolom x baris adalah 84 x 30. Dengan penulisan secara horisontal dan

pembacaan akan dilakukan secara vertikal.

(31)

Codeword atau paket stream data akan diacak dengan penambahan modulo-2 dari data dengan keluaran dari register pseudorandom binary sequence

generator. Metode pengacakan yang digunakan merupakan sequence polynomial x15+ x14+1 dengan 15-bit yang dapat diprogram. Proses pengacakan

dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

[image:31.595.175.464.186.367.2]

X

Gambar blok scrambler

Pada awal pengiriman paket data, isi dari register pseudorandom binary

sequence dibersihkan dan lalu diisikan kembali dengan nilai 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0

1 0 0 0 0 ,dan untuk pengiriman selanjutnya isi dari register tersebutakan diacak

kembali.

(5). Blok Symbol Mapper [1]

Pada proses ini data digital berupa bit-bit keluaran dari blok scrambler akan

di mapping-kan dengan dua teknik modulasi, yaitu menggunakan modulasi

QPSK dan 16QAM. Untuk modulasi QPSK deretan bit akan dipetakan ke dalam diagram konstelasi dengan nilai inphase dan quadrature +1 dan -1. Sedangkan

untuk 16QAM akan memiliki nilai inphase dan quadrature ±1 dan ±3.

(32)

[image:32.595.112.513.82.319.2]

RS

Gambar blok setelah penambahan sistem OFDM

Penambahan blok hanya dilakukan setelah blok terakhir pada standar

DOCSIS yaitu blok symbol mapper. Penambahan blok tersebut dikelompokkan

menjadi :

3.3.1. Blok-blok Pemancar OFDM

(1). Serial to Paralel Converter

Data serial dari proses pemappingan sinyal diubah menjadi data paralel

sesuai dengan jumlah subcarier yang digunakan. Jumlah bit pada

masing-masing lengan paralel disesuaikan dengan teknik modulasi yang digunakan.

(2).Penambahan zero pad

Zeropad berfungsi untuk menambahkan nilai nol sampai panjang barisnya sesuai dengan jumlah point IFFT. Jika output pada Serial to Paralel adalah

matriks Lx1, dimana L < 64 (jumlah point IFFT), maka penambahan zero pad

adalah sebesar 64 – L, hal tersebut dilakukan agar masukan IFFT sesuai dengan

jumlah point IFFT, yaitu sebesar 64.

Penambahan zero pad ini berfungsi sebagai oversampling. Penambahan

zeropad yang paling baik adalah sebanyak dua kalinya, sehingga didapatkan

frekuensi sampling yang baik meskipun harus mengabaikan lebar bandwidth.

(3). IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)

IFFT berfungsi sebagai Inverse Discrite Fourier Transform (IDFT), tetapi

(33)

juga berfungsi sebagai OFDM Baseband Modulator, yang sekaligus menjamin

ke-orthogonal-an antar subcarrier. Masukan dan keluaran IFFT adalah

kompleks. Pendekatan untuk proses OFDM dengan Inverse Discrite Fourier

Transform (IDFT) sebagai vektor C adalah :

[ ]

∑

[ ]

∑

₌− = ₌− = 1 0 / 2 / 2 1 0 1 1 N n t f j n N nm j N n n m m c e C N e C N

C π π

Dimana :

m = subcarier dari o sampai N-1

n

f = n

( )

N∆t

m

t = m∆t

t

∆ = jarak dalam domain waktu antar aliran data c _m

Proses IDFT (Inverse Discrite Fourier Transform) bisa diimplementasikan

menggunakan IFFT(Inverse Fast Fourier Transform). Untuk efisiensi dalam

komputasi, N selalu menggunakan power of two. Jadi proses IFFT yang

dilakukan sebanyak 64 subcarier.

(4). Penambahan cyclic prefix

Blok ini berfungsi untuk menambahkan guard interval yang merupakan

pengkopian beberapa sample simbol akhir

Penambahan ini dilakukan sebelum masuk ke lengan P/S, jadi

penambahannya adalah vektor lengan satu dan seterusnya. Misalkan inputan

dari blok ini adalah vektor 32 x 1, dan sebagai sebagai cyclic prefix adalah 8

sample terakhir, maka vektor yang dikopi adalah pada kolom 25:32, yang

kemudian diletakkan pada awal simbol, ini berarti menggunakan 1:4 cyclic

prefix.

(5).Paralel to Serial Converter

Blok ini berfungsi mengubah vektor kolom N x 1 menjadi vektor 1x1. jadi

masukan blok ini dapat dianggap sebagai data paralel, kemudian keluarannya

berupa data serial. Dimana M=2(L+1).

Sinyal yang telah dikonversi menjadi serial, maka akan memiliki sample

(34)

3.3.2. Blok-blok Penerima OFDM

(1). Serial to Paralel Converter

Deretan simbol OFDM yang masih berupa deret serial harus diubah dahulu

menjadi data paralel sebanyak jumlah lengan FFT yaitu 64 lengan.

(2). Penghilangan cyclic prefix

Pengambilan guard interval yang terdapat pada deretan simbol OFDM yang

diterima dari proses transmisi.

(3).FFT (Fast Fourier Transform)

Data paralel yang didapat kemudian dikonversi dari domain waktu ke dalam

domain frekuensi dengan jumlah point FFT yang digunakan sama dengan

jumlah point pada IFFT yang digunakan pada blok pengirim.

(4). Penghilangan zero pad

Pengambilan zero pad yang terdapat pada deretan simbol OFDM yang

diterima setelah melalui blok FFT.

(5). Penghilangan sinyal Pilot

Pengambilan sinyal pilot yang terdapat pada data yang telah diterima setelah

melalui blok pengambilan zeropad. Meskipun data masih berupa data paralel

tetapi data ini merupakan data asli.

(6). Paralel to Serial Converter

Blok ini berfungsi mengubah vektor kolom N x 1 menjadi vektor 1x1. jadi

masukan blok ini dapat dianggap sebagai data paralel, kemudian keluarannya

berupa data serial sesuai dengan inputan pada pengirim.

3.3. Pengaturan Parameter Simulasi

(35)

START

Diagram Alir Proses Simulasi

3.3.2. Simulasi sistem OFDM pada HFC denagn standar HFC.

a) Perancangan Sistem

Simulasi sistem OFDM pada jaringan HFC yang berdasar atas spesifiaksi

DOCSIS adalah sebagai berikut :

1. Sistem menggu nakan fc=10 MHz dengan bandwidth kanal sebesar

(36)

2. Parameter untuk DOCSIS sendiri menggunakan pengkodean RS(30,16)

dengan GF(256). Interlevaer memiliki fixed blok dengan nilai 48 x 50.

Menggunakan 2 teknik modulasi yaitu QPSK dan 16 QAM. Blok

scrambler memiliki register pseudorandom binary sequence sebesar 15

bit.

3. Parameter OFDM adalah sistem memiliki 30 subcarier dengan jumlah

IFFT 64 lengan. Nilai simbol/lengan berdasarkan jenis modulasi yang

digunakan. Penambahan zero pad sebanyak jumlah lengan IFFT – jumlah

sub carier

4. Koefisien dan nilai parameter pada kanal HFC berdasar atas nilai yang

didapat dari referensi standar yang bersangkutan.

Berdasarkan spesifikasi di atas, maka kita dapat menentukan jenis-jenis small

scale fading transmisi OFDM pada HFC,

Sistem yang diinginkan :

Bit rate (R) : 1,6 Mbpd dan 3,2 Mbps

Delay spread yang dapat ditoleransi (τ ) : 1,5 µs

Bandwidth (BW) : 800 KHz

BW kanal = KHz

s 0,6 600 5 , 1 1 1 ≈ = = µ τ

DOCSIS  Bc = 800 KHz

Bc>BW kanal maka merupakan selective fading,

Sedangkan OFDM  KHz KHz KHz

subcarier BWtotal

f 26,66 26

30 800 ≈ = = = ∆ s KHz f

Ts 37,5µ

26 1 1 = = ∆ = BWkanal f <<

∆ ,maka flat fading

b) Pemodelan dan pembangkitan noise kanal

1. Thermal Noise

Thermal noise ini merupakan jenis noise yang bersifat Additive White Gaussian Noise yaitu noise dengan rapat spektral daya yang rata (flat) pada

semua frekuensi. Pada simulasi, noise AWGN dibangkitkan menggunakan

(37)

[image:37.595.122.443.315.454.2]

data_awgn = awgn(data_tx,snr,’measured’,’db’).

Gambar pemodelan noise thermal pada HFC

2. Narrowband ingress noise

Ingress noise yaitu komponen gangguan pada sinyal narrowband radio frequency (RF) yang berasal dari luar sistem. Nilai Amplitudo ingres

diberikan sebesar 10 dB dengan band 20kHz dari total BW transmit.

h (t)

A_ing

Gambar model Ingress noise[16]

3. Impuls noise.

Impulse noise merupakan noise yang munculnya secara random dan nilainya tidak tetap (non stasioner) yang berasal dari peristiwa-peristiwa

elektromagnetik yang sifatnya sementara. Pada noise impuls memiliki tiga

parameter yaitu : amplitudo (level tegangan), lebar impuls, periode burst dan

waktu delay antar impuls. Pada simulasi, noise impuls tidak muncul secara

burst.

Parameter Keterangan nilai

imp

T _{Lebar impuls} _{100 ns}

imp

A _{Amplitudo impuls} _{2 dB}

imp

P _{Periode burst} ₂₀

µ

s

imp

d _{Delay impuls pertama} ₅

µ

s

imp

h _{Merepresentasikan bentuk noise} _-

Klasifikasi noise impuls

Sedangkan model dari noise impuls sendiri dapat dilihat pada gambar dibawah

[image:37.595.175.454.581.709.2]

(38)

[image:38.595.224.424.89.180.2] [image:38.595.155.437.364.542.2]

h_imp(t)

Gambar model impuls noise

4. Microreflections

Microreflections timbul dikarenakan media transmisi yang tidak matching

sehingga menyebabkan pemantulan sinyal. Fenomena Microreflections merupakan sinyal multipath. Model microreflections adalah penjumlahan sinyal langsung diterima pada beban dengan sinyal-sinyal pantul yang memiliki redaman dan delay yang berbeda-beda, baik untuk echo pertama, echo kedua dan seterusnya. Gambar dibawah ini merupakan model delay line dengan bobot yang berbeda.

0,5 us 0,5 us

-10 dB -20 dB -30 dB

Output

0,5 us

Input

Gambar model struktur dari microreflections

Secara umum parameter simulasi dapat ditulis sebagai berikut

(1) fc = 10 MHz dengan BW kanal 800 KHz

(2) Bit Rate : 1,6 Mbps (QPSK) dan 3,2 Mbps (16QAM)

(3) Generator data :

a. Jumlah data : Z x 128 = 10000 x 128 = 1280000 bit

b. Keluaran : 1280000 x 1 vektor kolom

(4) Reed Solomon Encoder

a. Jumlah simbol input : 16

(39)

c. Jumlah bit/simbol : 8 bit

d. Keluaran : (2400 x Z) x 1 vektor kolom

(5) Interleaver

a. Jumlah baris x kolom : 48 x 50

b. Keluaran : 2400000 x 1 vektor kolom

(6) Scrambler

a. Panjang inisialisasi : 15 bit

b. Nilai inisialisasi : [1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0]

(7) Mapper

a. Keluaran QPSK : 1200000 x 1 vektor

b. Keluaran 16QAM : 600000 x 1 vektor

(8) Parallel to Serial

a. Jumlah sub carrier : 30

b. Nilai tiap lengan : 4.Z (QPSK) = 40000 x 1 vektorkolom

: 2.Z (16QAM)= 20000 x 1 vektorkolom

(9) Penambahan zero

a. Jumlah : 34 vektor kolom

b. Keluaran keseluruhan : 64 x nilai simbol tiap lengan

(10) IFFT dan FFT

a. Jumlah : 64 vektor kolom

(11) Penambahan cyclic prefix

a. 16 QAM : 1:3, 1:6. 1:9

b. 64 QAM : 1:3, 1:6, 1:9

(12) Parallel to Serial

a. Jumlah : 2560000 bit (QPSK)

: 1280000 bit (16QAM)

(13) Impuls Kanal

a. Amplitudo impuls : -3 dBv dan 2 dBv

b. Lebar impuls : 100 ns

c. Periode burst : 20µs

d. Delay impuls pertama : 5µs

(40)

a. Lebar band ingress : 20 Khz dari BW transmit.

b. Gain constant noise : 3 dBv dan 6 dBv

c. Periode muncul ingress : muncul setiap pengiriman bit.

(15) Microreflections untuk single echo

a. 1st echo : -10 dB terdelay 0,5µs

b. 2nd echo : -20 dB terdelay 1µs

(41)

BAB IV

ANALISIS KINERJA SISTEM HASIL SIMULASI

Analisa Kinerja sistem OFDM akan dilakukan dengan mengamati nilai

BER terhadap SNR dan nilai throughput yang diperoleh dari hasil simulasi. Kasus yang akan diamati dalam simulasi adalah:

1. Perbandingan pengaruh thermal noise pada jaringan HFC dengan standar

DOCSIS 2.0 dengan penerapan OFDM.

2. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan adanya noise impuls.

3. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan adanya ingress noise.

4. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM pada kanal microreflections.

5. Analisa BER pada kanal ekstrem sistem OFDM vs DOCSIS 2.0.

6. Analisa Throughput sistem OFDM vs DOCSIS 2.0.

4.1. Perbandingan pengaruh thermal noise pada jaringan HFC dengan

standar DOCSIS 2.0 dengan penerapan OFDM.

Gambar 4.1 menunjukkan perbandingan bit error rate DOCSIS dengan

sistem OFDM pada kanal AWGN. Thermal noise atauWhite Gaussian Noise pada

jaringan HFC adalah noise yang menyebar secara merata pada semua frekuensi.

Noise ini timbul karena panas perangkat baik dari CM maupun Headend.

Perbandingan kinerja dilakukan dengan melihat dua parameter teknik modulasi,

yaitu menggunakan teknik modulasi QPSK dan 16QAM. Suatu jaringan HFC

mampu memberikan layanan interaktif, baik suara maupun data, maka pada

simulasi ini bit yang dikirim sebesar 1,28 106 bit untuk mendapatkan target BER

sebesar 106. Perbandingan daya sinyal yang dikirim terhadap noise ( SNR )

berkisar mulai dari 0 dB sampai 20 dB. Simulasi Perbandingan pengaruh noise

thermal ini di asumsikan tidak ada interferensi dari luar, yang dapat menimbulkan

noise impuls dan ingress, maka saluran bisa dianggap ideal dengan nilai SWR=1

(42)

[image:42.595.114.506.91.347.2]

Gambar 4.1 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM pada kanal AWGN

Pada gambar diatas terlihat perbedaan yang cukup signifikan, baik untuk

modulasi QPSK maupun 16 QAM. Sebenarnya spesifikasi DOCSIS 2.0 sudah

cukup bagus untuk mengatasi thermal noise, karena untuk modulasi QPSK pada

SNR 8dB sudah tidak ada eror sedangkan untuk modulasi 16 QAM pada SNR

15dB tidak ada eror. Hal tersebut disebabkan sudah adanya blok pengkodean

reed-solomon, yang mampu mengoreksi eror jika simbol yang eror kurang dari 7

simbol dan blok interleaver, yang mampu mengatasi burst eror. Tetapi dengan

adanya sistem OFDM maka kinerja sistem arah upstream dalam mengatasi

thermal noise menjadi lebih bagus. Terjadi prosessing gain sebesar 3dB baik

untuk modulasi QPSK dan 16 QAM. Sehingga untuk mendapatkan nilai bit tanpa

eror hanya membutuhkan SNR sebesar 7dB untuk modulasi QPSK dan 11dB

untuk modulasi 16QAM.

4.2. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan adanya noise

impuls.

Noise impuls muncul akibat peristiwa-peristiwa elektromagnetik yang

sifatnya sementara dan tidak tetap. Impulsive noise ini akan mengakibatkan

0 5 10 15

10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100

SNR [dB] BER

(43)

munculnya interupsi sinyal transmisi secara acak. Pada simulasi, noise muncul

untuk setiap SNR yang dikirim dengan beberapa paramater pembangkitan noise

yang sesuai dengan CATV Upstream Channel Model, Rev 1.0. Noise impuls

muncul pada deretan bit-bit tertentu yang akan teredam dan memiliki delay antara

satu impuls dan impuls lainnya. Perlakuan kanal dengan noise impuls pada

DOCSIS berbeda dengan sistem OFDM. Hal tersebut dengan berhubungan

dengan time symbol OFDM dan DOCSIS, yang nantinya akan berpengaruh pada

jumlah noise. Parameter-parameter tersebut dapat dilihat pada perancangan sistem

pada Bab III.

0 5 10 15

10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100

SNR ( dB )

BER

[image:43.595.116.479.283.526.2]

DOCSIS QPSK -5dBv DOCSIS QPSK -20dBv OFDM QPSK -5dBv OFDM QPSK -20dBv DOCSIS 16QAM -5dBv DOCSIS 16QAM -20dBv OFDM 16QAM -5dBv OFDM 16QAM -20dBv

Gambar 4.2 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM dengan noise impuls.

Pada gambar 4.2 dapat dilihat, baik untuk teknik modulasi QPSK dan

16QAM, ternyata OFDM lebih handal jika dibandingkan dengan DOCSIS pada

kanal noise impuls. Untuk modulasi QPSK terjadi perbaikan kinerja 2 dB dengan

nilai amplitudo noise sebesar -5 dBv, dan 3dB dengan amplitudo noise -20dBv.

Sedangkan pada modulasi 16QAM perbaikan kinerja sebesar 2dB baik untuk nilai

amplitudo noise sebesar -5 dBv dan 3dB untuk amplitudo noise -20 dBv. Dari

hasil tersebut dapat diambil kesimpulan, bahwa perbaikan OFDM rata-rata stabil

(44)

Pada DOCSIS perubahan nilai amplitudo impuls antara -5dBv dengan -20dBv

tidak begitu terlihat, sedangkan pada OFDM cukup berpengaruh, terjadi

perbedaan sebesar SNR sebesar 2dBv antara nilai amplitudo noise impuls -5dBv

dan -20dBv.

4.3. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan adanya ingress

noise.

Ingress noise yaitu komponen gangguan pada sinyal narrowband radio frequency (RF) yang berasal dari luar sistem. Penyebab ingress noise umumnya

berasal dari adanya transmisi RF di udara bebas, seperti: radio CB, radio amatir,

pesawat terbang, pemancar internasional short wave (SW), dan juga motor/mesin,

peralatan rumah tangga dan mainan elektronik yang memancarkan nilai frekuensi

tertentu. Pada simulasi, noise muncul untuk tiap SNR yang dikirim dengan

beberapa paramater pembangkitan noise yang sesuai dengan CATV Upstream

Channel Model, Rev 1.0. Noise ini merupakan modifikasi White Gaussian Noise. Sinyal yang terkena noise ini merupakan penjumlahan sinyal transmit dengan

WGN yang telah dibentuk sedemukian rupa dan telah dikuatkan level amplitudo

noisenya. Jadi terdapat blok filter dan gain noise pada simulasi pembangkitan

noise ingress. Gain noise atau bisa juga disebut band noise ingress ini terletak

pada awal frekuensi sinyal transmit, dengan lebar band ingress sebesar 20 Khz

dari total BW yang ditransmisikan. Nilai gain noise diasumsikan sebesar 3dBv

(45)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10-6

10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100

SNR ( dB )

BER

[image:45.595.117.478.94.325.2]

DOCSIS QPSK 3dBv DOCSIS QPSK 6dBv OFDM QPSK 3dBv OFDM QPSK 6dBv DOCSIS 16QAM 3dBv DOCSIS 16QAM 6dBv OFDM 16QAM 3dBv OFDM 16QAM 6dBv

Gambar 4.3 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM dengan noise ingress.

Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa untuk modulasi QPSK terjadi

perbaikan kinerja sebesar 5 dB untuk gain ingress sebesar 3dBv. Eror pada gain

ingress tersebut hilang pada SNR 8dB untuk sistem OFDM, sedangkan pada

DOCSIS eror baru dapat hilang pada SNR 13dB. Pada gain ingress sebesar 6dBv,

perbedaan kinerja antara sistem OFDMdan DOCSIS cukup kecil. Untuk kondisi

tanpa eror antara OFDM dengan DOCSIS pada gain ingress tersebut hanya

sebesar 1dB. Eror hilang pada SNR 13dB untuk sistem OFDM dan 14dB untuk

DOCSIS pada gain ingress 6dBv.

Sedangkan untuk teknik modulasi 16QAM kinerja OFDM menjadi lebih

buruk. Tidak ada perbaikan/ penurunan nilai BER baik untuk gain ingress 3dBv

dan 6dBv, bahkan untuk nilai SNR 20dB. Pada grafik BER pada nilai SNR

dibawah 9dB OFDM memang lebih bagus jika dibandingkan dengan DOCSIS,

tetapi ketika nilai SNR lebih dari 11dB pada gain ingress 3dBv dan lebih dari 9dB

pada gain ingress 6dBv kinerja OFDM menjadi jauh lebih buruk jika

dibandingkan sistem DOCSIS. Untuk SNR 20dB OFDM hanya memiliki BER

sebesar 6.10-1 untuk gain ingress 6dBv dan BER 10-2 untuk gain ingress 3dBv.

Sedangkan pada DOSIS eror dapat hilang pada SNR 19dB baik untuk gain ingress

(46)

1. Walupun modulasi 16QAM memiliki bitrate yang lebih tinggi dibandingkan

dengan modulasi QPSK, tetapi 16QAM lebih rentan terhadap segala macam

noise. Karena pada modulasi QAM perubahan amplitudo dan fasa pada kanal

sangat berpengaruh disisi penerima, tetap jika dibandingkan dengan modulasi

PSK noise pada kanal hanya berpengaruh pada perubahan fasa. Sedangkan

noise ingress merupakan noise yang mempunyai karakteristik memiliki nilai

amplitudo perusak yang cukup tinggi.

2. Pada DOCSIS sinyal yang terkena noise ingress akan langsung masuk ke

demapping 16QAM. Sedangkan pada OFDM sinyal yang telah terkena noise

tersebut masuk ke dalam blok FFT dulu untuk diubah dari domain waktu ke

domain frekuensi dan dikembalikan ke sinyal semula. Maka sinyal yang sudah

terkena noise tersebut akan menjadi lebih tidak mendekati sinyal asli.

3. Pada point kedua, masalah sistem DOCSIS akan langsung terselesaikan

dengan adanya blok pengkodean reed-solomon, yang memiliki nilai koreksi

kurang dari 7 simbol. Dengan adanya pengkodean tersebut maka untuk SNR

12dB nilai BER akan turun drastis, dan pada SNR 19dB nilai eror akan sama

sekali hilang. Sedangkan pada OFDM kemampuan reed-solomon tidak akan

bekerja secara maksimal karena kemungkinan untuk semua nilai SNR jumlah

eror bisa lebih dari 7 simbol.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada diagram konstelasi 16QAM noise

ingress pada lampiran B. Walaupun penyebaran sinyal pada diagram konstelasi

yang lebih parah, DOCSIS memiliki jumlah eror yang relatif lebih sedikit

dibandingkan dengan jumlah eror pada OFDM.

4.4. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM pada kanal

microreflections.

Microreflection terjadi akibat adanya perubahan media transmisi yang yang dapat menyebabkan nilai impedansi sumber tidak sama dengan nilai

impedansi saluran dan beban. Microreflections dapat menyebabkan fenomena

multipath-fading pada saluran transmisi coaxial. Pada simulasi, parameter

microreflections baik nilai redaman maupun waktu delay sesuai dengan nilai yang

(47)

Specification ,CM-SP-RFIv2.0-I06-040804. Microreflections atau efek multipath dapat menyebabkan ICI dan ISI yang sangat merusak suatu sinyal layaknya noise,

tetapi kedua hal tersebut dapat diatasi dengan adanya cyclic prefix dan

keorthogonal-an sistem OFDM. Maka kiner