TUGAS AKHIR
PEMODELAN DAN SIMULASI ORTHOGONAL FREQUENCY AND
CODE DIVISION MULTIPLEXING (OFCDM) PADA SISTEM
KOMUNIKASI WIRELESS
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
OLEH
DIANA ADRIANI S
050402045
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PEMODELAN DAN SIMULASI ORTHOGONAL FREQUENCY AND
CODE DIVISION MULTIPLEXING (OFCDM) PADA SISTEM
KOMUNIKASI WIRELESS
Oleh:
DIANA ADRIANI S
050402045
Disetujui oleh:
Pembimbing,
RAHMAD FAUZI, ST, MT
NIP. 132161239
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. NASRUL ABDI, MT
NIP. 13036532
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Perkembangan teknologi wireless multimedia tumbuh dengan pesat. Hal ini
berdampak pada penggunaan bandwith yang besar dan kecepatan data yang semakin
tinggi yang sangat rentan terhadap lingkungan multipath sehingga harus didukung
oleh sistem yang handal agar dapat memberikan kualitas layanan dengan baik.
Sistem Orthogonal Frequency And Code Division Multiplexing (OFCDM) menjadi
sebuah evolusi teknologi baru yang dapat menjadi solusi layanan multimedia yang
digunakan untuk transmisi downlink pada 4G.
Pada Tugas Akhir ini dilakukan pemodelan dan simulasi OFCDM. Selain
itu juga dilakukan analisis kinerja sistem OFCDM yang dipengaruhi kanal AWGN
dan kanal Fading Rayleigh serta melihat pengaruh ukuran VSF, jumlah carrier, bit
rate, dan interferensi terhadap besar Bit Error Rate (BER). Simulasi dilakukan
dengan menggunakan bahasa pemrograman MATLAB 7.1.
Dari simulasi yang dilakukan diperoleh besarnya BER untuk sinyal yang
dipengaruhi AWGN pada Eb/N0 10 dB sampai 50 dB adalah 0,2496690538 sampai
0,2494322917. Untuk sinyal yang dipengaruhi Fading Rayleigh pada Eb/N0 10 dB
sampai 50 dB adalah 0,27004 sampai 0,26391. Untuk ukuran VSF 1 sampai 1024
besarnya BER adalah 0,29003 sampai 0,29901. Untuk jumlah carrier yang
ditransmisikan 128 sampai 2048 besarnya BER adalah 0,28958 sampai 0,30057.
Untuk bit rate 100000 bps sampai 1000000 bps besarnya BER adalah 0,29507
sampai 0,28916 dan untuk C/I 10 sampai 100, besarnya BER adalah 0,50462 sampai
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur hanya bagi Allah SWT yang telah melimpahkan
rahmat dan karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat untuk
memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro pada Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir yang berjudul: “Pemodelan dan Simulasi Orthogonal
Frequency and Code Division Multiplexing (OFCDM) pada Sistem Komunikasi
Wireless” ini, berisi pemodelan dan simulasi sistem OFCDM serta analisis kinerja
Bit Error Rate (BER) terhadap parameter-parameter pembangun jaringan OFCDM.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu
Ayahanda Alm. Sukri, KZ dan Ibunda L. Hasibuan, SPd serta adik-adik penulis,
Guan Sojasinantin, Guan Juniardi Putra, Guan Rizka Leno, dan Saufa Sulas Mareta
yang merupakan motivasi terbesar bagi penulis untuk selalu melakukan yang terbaik.
Abi Fajrian Romandhani, ST yang selalu mendukung dan membimbing penulis
dengan doa dan kasih sayang yang tulus.
Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro dan
Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis, atas segala bimbingan, pengarahan dan
3. Bapak Ir. Syamsul Amin, MSi, selaku Dosen Wali penulis, atas bimbingan dan
arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.
4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Elektro, khususnya Konsentrasi
Teknik Telekomunikasi yaitu Bapak Ir. M. Zulfin, MT, Bapak Ir. Arman Sani,
MT, Bapak Maksum Pinem, ST, MT dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT yang
banyak memberi inspirasi, pelajaran moril dan spritual serta masukan dan
dorongan bagi penulis untuk selalu menjadi lebih baik.
5. Seluruh Karyawan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
6. Rozi, Abang Firdaus dan Abang Moehfi untuk segala masukannya. Para
warriors; Ami, Dewi, Harpen, Taci, Ricky, Dika, Harry, Chici, Muti, Yona,
Apri, Uta, Soezack, Rifqy, serta rekan-rekan lainnya yang selalu setia menjadi
teman-teman terbaik penulis dalam mencapai tujuan bersama ”Sarjana Teknik”.
7. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk
Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini bermanfaat
bagi kita semua.
Medan, Mei 2009
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR SINGKATAN ... xi
DAFTAR ISTILAH ... xiii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 3
1.5 Metode Penulisan... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING (OFCDM) ... 5
2.1 Pendahuluan ... 5
2.2 Variable Spreading Factor (VSF) ... 6
2.3.1 Transmitter... 9
2.3.2 Kanal... 10
2.3.3 Receiver ... 12
2.4 Modulasi/Demodulasi QPSK ... 13
2.4.1 Modulator QPSK ... 13
2.4.2 Demodulator QPSK ... 15
2.5 AWGN dan Fading Rayleigh ... 16
2.5.1 Additive White Gaussian Noise (AWGN) ... 16
2.5.2 Fading Rayleigh ... 18
2.6 Fast Fourier Transform (FFT) dan Inverse Fast Fourier Transform (IFFT)... 20
2.7 Guard Interval ... 21
2.8 Carrier to Interference Ratio (C/I) ... 23
BAB III PEMODELAN SISTEM OFCDM ... 24
3.1. Umum... 24
3.2 Struktur Simulasi ... 25
3.3 Parameter Masukan Simulasi ... 25
3.4 Proses Simulasi ... 26
3.4.1 Transmitter OFCDM ... 26
3.4.1.1 Pembangkitan Data Masukan ... 26
3.4.1.2 Serial to Parallel ... 27
3.4.1.4 Spreading 2D ... 29
3.4.1.5 Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) ... 30
3.4.1.6 Penyisipan Guard Interval ... 30
3.4.2 Kanal... ... 31
3.4.2.1 Kanal AWGN ... 31
3.4.2.2 Kanal Fading Rayleigh ... 32
3.4.3 Receiver OFCDM ... 33
3.4.3.1 Pengeluaran Guard Interval ... 34
3.4.3.2 Fast Fourier Transform (FFT) ... 34
3.4.3.3 Despreading 2D ... 34
3.4.3.4 Demodulasi ... 35
3.4.3.5 Parallel to Serial ... 35
3.4.4 Perhitungan BER ... 36
3.5 Prinsip Kerja Sistem ... 38
BAB IV SIMULASI DAN ANALISIS KINERJA OFCDM PADA SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS ... 40
4.1 Umum ... 40
4.2 Kinerja OFCDM Pada Kanal Yang Dipengaruhi AWGN ... 40
4.3 Kinerja OFCDM Pada Kanal Yang Dipengaruhi Fading Rayleigh ... 43
4.5 Pengaruh Jumlah Carrier Terhadap Kinerja OFCDM ... 46
4.6 Pengaruh Bit Rate Terhaap Kinerja OFCDM... 48
4.7 Pengaruh Carrier to Interference (C/I) Terhadap Kinerja OFCDM... 49
BAB V PENUTUP ... 52
5.1 Kesimpulan ... 52
5.2 Saran... ... 53
DAFTAR PUSTAKA ... 54
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perbandingan Teknik OFDM dan OFCDM, a) OFDM tanpa
spreading, b) 2D spreading, c) OFCDM dengan spreading 2D ... 5
Gambar 2.2 Spreading Factor dalam Domain Waktu dan Frekuensi ... 7
Gambar 2.3 Sistem OFCDM ... 8
Gambar 2.4 Power Spectrum dari Sinyal OFCDM ... 8
Gambar 2.5 Konsep Sistem OFCDM ... 9
Gambar 2.6 Diagram Transmitter OFCDM ... 9
Gambar 2.7 Bentuk Umum Kanal ... 11
Gambar 2.8 Kanal dan Respon Kanal dari Dekomposisi Multicarrier ... 11
Gambar 2.9 Diagram Receiver OFCDM ... 12
Gambar 2.10 Diagram Blok Modulator QPSK ... 13
Gambar 2.11 Sinyal Keluaran Modulator QPSK ... 14
Gambar 2.12 Diagram Blok Demodulator QPSK ... 16
Gambar 2.13 (a) Rapat Spektral Daya Derau Putih , (b) Fungsi Otokorelasi Derau Putih ... 17
Gambar 2.14 Lingkungan Kanal Multipath ... 18
Gambar 2.15 Penyisipan Guard Interval Pada Simbol OFCDM ... 22
Gambar 3.1 Model Sistem OFCDM ... 24
Gambar 3.2 Struktur Simulasi ... 25
Gambar 3.3 Proses Serial to Parallel ... 28
Gambar 3.5 Diagram Pohon Kode VSF ... 29
Gambar 3.6 Efek Penyisipan Guard Interval ... 30
Gambar 3.7 Diagram Alir Untuk Menentukan Kanal Fading Rayleigh ... 33
Gambar 3.8 Diagram Blok Fading Rayleigh, AWGN dan Receiver OFCDM .... 33
Gambar 3.9 Proses Parallel to Serial ... 35
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan BER Terhadap Eb/N0 Pada Kanal AWGN ... 42
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan BER Terhadap Eb/N0 Pada Kanal Fading
Rayleigh ... 44
Gambar 4.3 Perbandingan BER Terhadap Ukuran VSF Pada Sistem OFCDM
... 46
Gambar 4.4 Perbandingan BER Terhadap Jumlah Carrier Pada Sistem OFCDM
... 47
Gambar 4.5 Perbandingan BER Terhadap Bit Rate Pada Sistem OFCDM ... 49
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Keluaran Modulator QPSK ... 14
Tabel 4.1 Parameter Simulasi ... 40
Tabel 4.2 Kinerja OFCDM Pada Kanal AWGN ... 41
Tabel 4.3 Kinerja OFDM Pada Kanal AWGN ... 41
Tabel 4.4 BER Teori OFDM Pada Kanal AWGN ... 41
Tabel 4.5 Kinerja OFCDM Pada Kanal Fading Rayleigh... 43
Tabel 4.6 Kinerja OFDM Pada Kanal Fading Rayleigh ... 43
Tabel 4.7 BER Teori OFDM Pada Kanal Fading Rayleigh ... 44
Tabel 4.8 Pengaruh Ukuran VSF Terhadap Kinerja OFCDM ... 45
Tabel 4.9 Pengaruh Jumlah Carrier Terhadap Kinerja OFCDM ... 47
Tabel 4.10 Pengaruh Bit Rate Terhadap Kinerja OFCDM ... 48
Tabel 4.11 Parameter Simulasi C/I ... 50
DAFTAR SINGKATAN
2D : 2 Dimensi
2G : Second Generation
3G : Third Generation
4G : Fourth Generation
AWGN : Additive White Gaussian Noise
BER : Bit Error Rate
BPSK : Binary Phase Shift Keying
CDMA : Code Division Multiple Access
DFT : Discrete Fourier Transform
DIF : Decimation in Frequency
DIT : Decimation in Time
FDMA : Frequency Division Multiple Access
FFT : Fast Fourier Transform
I : In-phase
IDFT : Inverse Discrete Fourier Transform
IFFT : Invers Fast Fourier Transform
ISI : Intersymbol Interference
LPF : Low Pass Filter
OFCDM : Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing
OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing
QAM : Quadrature Amplitude Modulation
QoS : Quality of Service
QPSK : Quadrature Phase Shift Keying
RF : Radio Frequency
SF : Spreading Factor
SNR : Signal to Noise Ratio
TDMA : Time Division Multiple Access
DAFTAR ISTILAH
AWGN (Additive White Gaussian Noise)
Noise yang memiliki fungsi kepadatan probabilitas menyerupai Distribusi Gaussian.
Bandwidth
Kapasitas transmisi dari sambungan elektronik seperti jaringan komunikasi, bus
komputer dan komputer channel.
BER (Bit Error Rate)
Jumlah angka kesalahan dari suatu transmisi data antar dua sistem komputer dalam
sebuah jaringan.
Bit
Satuan terkecil dari data yang nilainya merupakan bilangan biner.
Bit Rate
Banyaknya bit yang dikirim melalui suatu media dalam satuan waktu.
Broadband
Koneksi yang sanggup menyediakan kecepatan yang melebihi 200 Kbps sampai pada
satu mil terakhir jaringan koneksi, baik dari provider ke konsumen (downstream)
Chip
Bit yang ditransmisikan.
Confidence Interval
Selang kepercayaan, yaitu batas-batas nilai yang memenuhi estimasi sesuai dengan
tingkat kepercayaan yang dibuat. Sedangkan tingkat kepercayaan menunjukkan
persentase estimasi selang yang memenuhi parameter yang diduga.
Delay
Waktu tunda yang disebabkan oleh proses transmisi dari satu titik ke titik lain yang
menjadi tujuannya.
Fading
Gangguan saluran transmisi, terutama pada sistem gelombang mikro ketika
sinyal-sinyal yang dikirim melalui berbagai jalur ke penerima mengalami perubahan karena
kondisi atmosfir.
Interferensi
Kondisi dimana dua gelombang atau lebih berjalan melalui bagian yang sama dari
suatu ruangan pada waktu yang bersamaan, hal ini mengakibatkan terjadinya
superposisi dari gelombang-gelombang tersebut sehingga menghasilkan pola
Modulasi
Teknik yang dipakai untuk memasukan informasi dalam suatu gelombang pembawa,
biasanya berupa gelombang sinus.
Multimedia
Istilah bag
kata,
tersebut, semuanya diolah dari
Multipath
Fenomena dimana sinyal dari pengirim (transmitter) tiba di penerima (receiver)
melalui dua atau lebih lintasan yang berbeda.
Propagasi
Proses perambatan gelombang radio di udara, berawal saat sinyal radio dipancarkan
di titik pengirim dan berakhir saat sinyal radio tersebut ditangkap di titik penerima.
Spreading
Proses pelebaran pita frekuensi.
Wireless
Teknologi komunikasi data dengan koneksi yang tidak menggunakan kabel untuk
ABSTRAK
Perkembangan teknologi wireless multimedia tumbuh dengan pesat. Hal ini
berdampak pada penggunaan bandwith yang besar dan kecepatan data yang semakin
tinggi yang sangat rentan terhadap lingkungan multipath sehingga harus didukung
oleh sistem yang handal agar dapat memberikan kualitas layanan dengan baik.
Sistem Orthogonal Frequency And Code Division Multiplexing (OFCDM) menjadi
sebuah evolusi teknologi baru yang dapat menjadi solusi layanan multimedia yang
digunakan untuk transmisi downlink pada 4G.
Pada Tugas Akhir ini dilakukan pemodelan dan simulasi OFCDM. Selain
itu juga dilakukan analisis kinerja sistem OFCDM yang dipengaruhi kanal AWGN
dan kanal Fading Rayleigh serta melihat pengaruh ukuran VSF, jumlah carrier, bit
rate, dan interferensi terhadap besar Bit Error Rate (BER). Simulasi dilakukan
dengan menggunakan bahasa pemrograman MATLAB 7.1.
Dari simulasi yang dilakukan diperoleh besarnya BER untuk sinyal yang
dipengaruhi AWGN pada Eb/N0 10 dB sampai 50 dB adalah 0,2496690538 sampai
0,2494322917. Untuk sinyal yang dipengaruhi Fading Rayleigh pada Eb/N0 10 dB
sampai 50 dB adalah 0,27004 sampai 0,26391. Untuk ukuran VSF 1 sampai 1024
besarnya BER adalah 0,29003 sampai 0,29901. Untuk jumlah carrier yang
ditransmisikan 128 sampai 2048 besarnya BER adalah 0,28958 sampai 0,30057.
Untuk bit rate 100000 bps sampai 1000000 bps besarnya BER adalah 0,29507
sampai 0,28916 dan untuk C/I 10 sampai 100, besarnya BER adalah 0,50462 sampai
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pada masa generasi pertama dan kedua (2G) jasa atau layanan komunikasi
wireless yang ditawarkan kepada masyarakat hanya berupa suara dan data.
Memasuki generasi ketiga (3G) jasa/layanan yang ditawarkan tidak hanya suara dan
data saja tetapi integrasi antara layanan suara, data dan grafik/gambar atau yang lebih
dikenal sebagai layanan multimedia. Hal ini tidak terlepas dari pertumbuhan dan
perkembangan aktivitas sosial dan ekonomi masyarakat yang semakin modern yang
membutuhkan fleksibilitas yang tinggi didalam berkomunikasi tanpa harus dibatasi
ruang dan waktu.
Pengaplikasian layanan multimedia pada teknologi yang sudah ada
sebelumnya (seperti pada FDMA dan TDMA) menyebabkan menurunnya kapasitas
dan kualitas yang berdampak pada menurunnya kinerja sistem. Untuk mengatasi ini
dilakukan dengan memperbesar bandwith yang digunakan. Tetapi cara ini sulit
dilakukan karena spektrum frekuensi yang tersedia terbatas dan pentransmisian data
kecepatan tinggi sangat rentan terhadap lingkungan multipath yang dapat
menyebabkan terjadinya interferensi antar simbol (ISI).
Salah satu solusi alternatif yang telah dikembangkan untuk mengatasi
masalah di atas adalah dengan memanfaatkan teknologi multicarrier Orthogonal
Frequency Division Multiplexing (OFDM), namun ternyata OFDM memiliki
menimbulkan interferensi antar subcarrier, kecuali jika subcarrier yang sama tidak
digunakan diantara sel-sel yang berdekatan. Maka untuk mengatasi hal ini dilakukan
kombinasi OFDM dengan spreading dua dimensi dari Variable Spreading Factor
(VSF) melalui evolusi teknologi OFCDM yang digunakan pada sistem komunikasi
generasi keempat (4G)[1].
Dengan pertimbangan keunggulan yang dimiliki teknologi OFCDM, maka
pada Tugas Akhir ini akan dijelaskan pemodelan prinsip kerja teknologi OFCDM
dan simulasi analisis kinerjanya pada sistem komunikasi wireless.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan,
yaitu:
1. Bagaimana pengaruh kanal AWGN terhadap kinerja OFCDM.
2. Bagaimana pengaruh kanal Fading Rayleigh terhadap kinerja OFCDM.
3. Bagaimana pengaruh Variable Spreading Factor (VSF) terhadap kinerja
OFCDM.
4. Bagaimana pengaruh jumlah carrier terhadap kinerja OFCDM.
5. Bagaimana pengaruh bit rate terhadap kinerja OFCDM.
6. Bagaimana pengaruh C/I terhadap kinerja OFCDM.
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk menganalisis kinerja
teknologi OFCDM dengan menggunakan pemodelan dan simulasi pada sistem
1.4 Batasan Masalah
Agar pembahasan lebih terarah, maka pembahasan dibatasi sebagai berikut:
1. Modulasi yang dipakai didalam penganalisisan kinerja OFCDM adalah QPSK.
2. Kode spreading yang digunakan pada sistem OFCDM adalah spreading dua
dimensi dari Variable Spreading Factor (VSF).
3. Tidak menggunakan pengkodean kanal (channel coding/decoding) dalam proses
simulasi menghitung BER.
4. Tidak memperhitungkan Peak to Average Power Ratio (PAPR) dalam proses
simulasi menghitung BER.
5. Perhitungan kinerja BER dilakukan dengan bantuan bahasa pemrograman
MATLAB 7.1.
1.5 Metode Penulisan
Metode penulisan yang dilakukan pada penulisan Tugas Akhir ini adalah:
1. Studi literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan lain yang
terkait serta dari layanan internet berupa jurnal-jurnal penelitian.
2. Simulasi
Berupa perancangan simulasi sistem OFCDM dengan menggunakan bahasa
pemrograman MATLAB 7.1.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran mengenai Tugas Akhir ini, secara singkat
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah,
tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta
sistematika penulisan.
BAB II ORTHOGONAL FREQUENCY AND CODE DIVISION
MULTIPLEXING (OFCDM)
Bab ini berisi tentang gambaran umum/dasar teori dari sistem OFCDM,
Variable Spreading Factor (VSF), modulasi/demodulasi QPSK, Additif
White Gaussian Noise (AWGN), Fading Rayleigh, FFT/IFFT, guard
interval dan C/I.
BAB III PEMODELAN SISTEM OFCDM
Bab ini membahas mengenai pemodelan simulasi sistem OFCDM yang
terdiri dari struktur simulasi, parameter masukan simulasi, proses simulasi
dan prinsip kerja sistem.
BAB IV SIMULASI DAN ANALISIS KINERJA OFCDM PADA SISTEM
KOMUNIKASI WIRELESS
Bab ini menampilkan hasil simulasi OFCDM serta membahas pengaruh
AWGN, Fading Rayleigh, ukuran Variable Spreading Factor (VSF),
jumlah carrier, bit rate, dan C/I terhadap kinerja OFCDM.
BAB V PENUTUP
Berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan
BAB II
ORTHOGONAL FREQUENCY AND CODE DIVISION MULTIPLEXING
(OFCDM)
2.1 Pendahuluan
OFCDM merupakan wireless access yang diusulkan oleh NTT-DoCoMo
untuk diterapkan pada sistem komunikasi 4G. Teknologi ini mendukung peningkatan
kecepatan transmisi untuk berbagai kondisi kanal radio dan fleksibilitas akses paket
untuk berbagai macam data dan QoS yang berbeda. OFCDM merupakan evolusi
teknologi yang memiliki kemampuan jauh lebih baik (superior) dari teknologi
OFDM[1].
Gambar 2.1 Perbandingan Teknik OFDM dan OFCDM
Pada Gambar 2.1 ditunjukkan hasil dari pengkombinasian sistem OFDM
dengan spreading dua dimensi sehingga menghasilkan sistem OFCDM seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.1 (c). Pada OFCDM, kode spreading yang digunakan
berbeda dengan CDMA. Kode spreading yang digunakan pada OFCDM adalah
spreading dua dimensi dari Variable Spreading Factor (VSF) yang hanya
mengkodekan informasi pada blok frekuensi waktu yang berbeda. Spreading dua
dimensi ditandai dengan kode spreading pada domain waktu {+1, -1, +1, -1} dan
kode spreading pada domain frekuensi {+1, -1}. Satu simbol data ditransmisikan
pada dua buah subcarriers yang disisipkan di dalam empat buah durasi simbol
OFCDM, dimana satu durasi simbol berada di dalam domain waktu dan satu
subcarrier berada di dalam domain frekuensi.
Hal ini menjadikan teknologi OFCDM tidak hanya memiliki segala
keuntungan OFDM, namun juga memiliki keuntungan dari spreading dua dimensi
yang dilakukan. Sebagai contoh, dengan adanya time domain spreading, sistem dapat
menyediakan laju transmisi yang fleksibel. Selain itu, spreading dua dimensi juga
mendukung sistem untuk bekerja pada lingkungan cell dan kondisi kanal yang
berbeda.
2.2 Variable Spreading Factor (VSF)
Pada teknologi ini data yang termodulasi dikirimkan menggunakan
spreading sequence. Spreading sequence ini merupakan gabungan antara orthogonal
short channelization code dan cell-specific long scrambling code. Setiap chip dari
(disebut time domain spreading) dan pada subcarriers yang berurutan pada domain
frekuensi (disebut frequency domain spreading).
Oleh karena itu, total spreading factor SF dapat dituliskan sebagai SF =
SFTIME × SFFREQ[1]. Dalam VSF-OFCDM, data rate berkurang sebesar 1/SF karena
adanya replikasi jika dibandingkan dengan OFDM yang tidak menggunakan
spreading factor. Namun data rate keseluruhan akan dapat bertambah karena adanya
penggunaan code multiplexing untuk user yang berbeda dengan kode orthogonal
yang berbeda.
Konsep dari penggunaan SF di domain waktu dan frekuensi dijelaskan pada
Gambar 2.2[1].
Gambar 2.2 Spreading Factor dalam Domain Waktu dan Frekuensi
Sebuah data simbol disebar dalam domain waktu dengan SFTIME = 4 dan domain
frekuensi dengan SFFREQ = 2, sehingga total SF = 8. Parameter SFTIME dan SFFREQ
ditentukan secara adaptif untuk setiap struktur sel, kondisi trafik dan kondisi link
2.3 Konfigurasi Sistem OFCDM
Sistem OFCDM dapat ditunjukkan pada Gambar 2.3[2].
Gambar 2.3 Sistem OFCDM
Kelebihan dari sistem OFCDM adalah kemampuan sistem ini
mengakomodasi berbagai macam rate transmisi baik tinggi maupun rendah. Hal ini
dapat terjadi karena kode dan time slot yang berbeda dialokasikan kepada user yang
berbeda secara fleksibel. Blok subcarrier yang berbeda dialokasikan pada user yang
berbeda pula. Pada sistem OFCDM, interleaver ditambahkan agar bit-bit yang
direplikasi berada pada subcarrier yang berurutan. Hal ini menjadikan power
spectrum dari OFCDM menjadi seperti Gambar 2.4[2].
Pada sistem OFCDM, simbol yang sama ditransmisikan pada subcarrier
yang berurutan, sehingga pada setiap blok dikirimkan simbol yang sama. Konsep
OFCDM ini diperlihatkan pada Gambar 2.5[2].
Gambar 2.5 Konsep Sistem OFCDM
2.3.1Transmitter
Gambar 2.6 menunjukkan diagram blok transmitter OFCDM.
Data Sinyal
Input OFCDM
Gambar 2.6 Diagram Transmitter OFCDM
Pada transmitter OFCDM, data input dimodulasi dengan menggunakan
Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). Data yang telah dibentuk oleh serial to IFFT
2D Spreader Modu
lator Serial
To Parallel
parallel (S/P) converter dikonversikan lagi ke bentuk paralel sekuensial N/Sf dengan
2D spreader. Dimana N adalah jumlah dari subcarriers pada domain waktu dan Sf
adalah faktor spreading pada domain frekuensi. Setiap simbol yang telah dimodulasi
akan diduplikasikan ke dalam bentuk paralel pada Sf . Seluruh simbol yang
dihasilkan kemudian akan dikalikan dengan sebuah chip dari kode spreading dengan
periode pengulangan dari Sf yang dapat direpresentasikan pada persamaan 2.1.
(2.1)
Dimana: s[(x−1)Sf +i] adalah penyebaran komponen data i dari simbol data
ke-x yang ditransmisikan dengan subcarrier yang memenuhi [(x−1)Sf ]
] [x
d adalah simbol data ke-x, dan
i
q adalah kode spreading ke-i
Data selanjutnya akan dimodulasi menjadi sinyal multicarrier oleh Inverse Fast
Fourier Transform (IFFT), hal ini bertujuan untuk memberikan komputasi yang
efisien pada pengolahan sinyal OFCDM.
2.3.2Kanal
Kanal adalah media elektromagnetik diantara pemancar (transmitter) dan
penerima (receiver). Bentuk umum model kanal adalah kanal gaussian yang secara
umum disebut sebagai kanal Additive White Gaussian Noise (AWGN). Gambar 2.7
u(t)
x(t) y(t)
Gambar 2.7 Bentuk Umum Kanal
Pada OFCDM, ketika jumlah subcarrier (N) adalah besar, fungsi transfer
kontinu dari respon kanal H(f) dapat digambarkan sebagai kurva diskrit persegi
empat, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.8[3].
>
Gambar 2.8 Kanal dan Respon Kanal dari Dekomposisi Multicarrier
Masing-masing persegi empat memiliki lebar band frekuensi 1/Ts Hz. Semakin besar
N, lebar band frekuensi persegi empat akan semakin kecil dan secara matematika
dapat ditulis pada persamaan 2.2.
, untuk i = 1, 2,…, N (2.2)
Dimana Yi[k] adalah output kompleks dari N-titik FFT dan Ui[k] adalah noise.
h(t) +
1
f
f
2f
3f
4f
N−1f
Nf
0
H
)
( f
H
1
H
2
H
H
32
−
N
H
1
−
N
H
] [ ] [ ]
[k H X k u k
2.3.3Receiver
Gambar 2.9 menunjukkan diagram blok receiver OFCDM.
Sinyal Data
[image:30.595.127.514.168.265.2]OFCDM Output
Gambar 2.9 Diagram Receiver OFCDM
Pada sisi penerima, dilakukan proses yang berkebalikan dengan apa yang
dilakukan pada sisi pengirim. Sinyal yang diterima dikonversikan ke dalam bentuk
paralel oleh serial to parallel converter. Kemudian sinyal paralel ini dialirkan ke
dalam Fast Fourier Transform (FFT) untuk selanjutnya dilakukan proses
despreading. Sinyal kemudian didemodulasikan dan dikonversikan kembali ke dalam
bentuk serial oleh parallel to serial converter sehingga akhirnya kembali menjadi
bentuk data informasi.
Sinyal data informasi dari hasil kombinasi proses despreading dan
demodulasi dapat dituliskan pada persamaan 2.3.
(2.3)
Dimana: s∧[(x−1)Sf +i] adalah penyebaran komponen data i dari simbol data
ke-x yang diterima dari subcarrier yang memenuhi [(x−1)Sf ]
] [x
d∧ adalah sinyal data informasi ke-x, dan
i
q adalah kode spreading ke-i
Demodu lator 2D Desprea der FFT Serial To Parallel Parallel To Serial
∑
=−∧ ∧ + − = 1 0 ] ) 1 [( ] [ f S i if i q
S x s x
2.4 Modulasi/Demodulasi QPSK
Salah satu teknik modulasi yang sering digunakan didalam teknik OFCDM
adalah teknik modulasi QPSK. Pada teknik modulasi ini, informasi digit biner
digunakan untuk memodulasi fasa gelombang pembawa. Dengan M = 4, maka
terdapat 4 simbol yang berbeda, yaitu: 00, 01, 11, dan 10 yang direpresentasikan
dengan 4 gelombang pembawa dengan fasa yang berbeda satu sama lainnya.
2.4.1Modulator QPSK
Gambar 2.10 mengilustrasikan diagram blok dari modulator QPSK.
Modulator tersebut terdiri dari pengubah seri ke paralel, modulator I/Q, penjumlah
sinyal, dan BPF. Dua bit diumpankan ke serial to parallel. Setelah keduanya masuk
secara serial, kemudian diumpankan serempak secara paralel. Bit yang satu menuju
kanal I dan yang lainnya menuju kanal Q. Pada QPSK logic 1 diwakili +1 Volt
sedangkan logic 0 diwakili -1 Volt[3].
Input Buffer +2 BPF Linier Summer
90º phase
shift Ballans Modulator Reference Carrier Oscillator
Sin (ωct) I Q Ballans Modulator Binary input data Bit Clock
I channel fc/2 Logic 1 = +1V Logic 0 = -1V
Logic 1 = +1V Logic 0 = -1V Q channel fc/2
± sin ωct
sin ωct
Cos ωct
[image:31.595.143.496.513.696.2]QPSK output
Keluaran modulator QPSK ini berupa penjumlahan linear dari kanal I dan kanal Q
[image:32.595.195.462.201.346.2]seperti yang terlihat pada Tabel 2.1[3].
Tabel 2.1 Keluaran Modulator QPSK
Binary input
QPSK Output Phase
Q I
0 0 -1350
0 1 -450
1 0 +1350
1 1 +450
Terlihat bahwa jarak anguler antara dua phasor yang berdekatan pada
QPSK adalah 900, karena itu suatu sinyal QPSK bisa mengalami pergeseran phase
+450 atau -450 selama transmisi dan tetap akan berupa informasi yang benar saat
didemodulasikan pada penerima.
Sedangkan bentuk sinyal keluaran modulator QPSK ditunjukkan pada
Gambar 2.11[3].
[image:32.595.163.478.543.692.2],,.
Sinyal QPSK dapat dituliskan seperti persamaan 2.4[3].
(2.4)
Kanal inphase I menggunakan cos (2πfct) sebagai simbol pembawa, sedangkan kanal
quadrature-phase Q menggunakan sin(2πfct) sebagai sinyal pembawa. Probabilitas
Bit Error Rate (BER) sinyal QPSK pada kanal AWGN diformulasikan dengan
persamaan 2.5.
(2.5)
Sedangkan probabilitas Bit Error Rate (BER) sinyal QPSK pada kanal Fading
Rayleigh dapat dituliskan dengan persamaan 2.6.
(2.6)
2.4.2Demodulator QPSK
Pada demodulator QPSK, sinyal masukan demodulator merupakan sinyal
OFCDM yang telah terdistorsi dengan kanal transmisi yang disebabkan AWGN dan
Fading Rayleigh yang dimasukkan ke kanal I dan Q. Sinyal pada kanal I dikalikan
dengan cosωct, sedangkan pada kanal Q dikalikan dengan sinωct. Kemudian kedua
keluaran kanal tersebut dilewatkan pada LPF untuk memperoleh sinyal hasil
keluarannya, yaitu data digit 0 dan 1.
Gambar 2.12 mengilustrasikan diagram blok demodulator QPSK yang
terdiri dari detector, LPF dan pengubah paralel ke seri[3].
{
( )cos(2 ) sin(2 )}
2 / 1 )
(t d t f t d f t
m = I π c + Q π c
(
Eb No)
BPF Power Splitter
90º phase
shift
Product Detector
Carrier Recovery
(sin ωct)
Product Detector Sinyal
Input
QPSK
sin ωct
cos ωct
LPF
LPF
Q I
KANAL I
KANAL Q
Data Biner yang diterima -½ V (logic 0)
[image:34.595.155.507.120.295.2]+½ (logic 1)
Gambar 2.12 Diagram Blok Demodulator QPSK
2.5 AWGN dan Fading Rayleigh
Pada sistem komunikasi wireless, media kanal yang digunakan diantara
pemancar (transmitter) dan penerima (receiver) adalah gelombang radio. Hal ini
mengakibatkan sistem komunikasi ini sangat rentan dengan gangguan-gangguan
sistem transmisi, diantaranya adalah AWGN dan Fading Rayleigh.
2.5.1Additive White Gaussian Noise (AWGN)
Salah satu jenis noise yang ada pada sistem komunikasi adalah noise
thermal. Noise thermal ini disebabkan oleh pergerakan-pergerakan elektron di dalam
konduktor yang ada pada sistem telekomunikasi, misalnya pada perangkat penerima.
Pada bidang frekuensi, noise thermal ini memiliki nilai kepadatan spektral daya yang
sama untuk daerah frekuensi yang lebar, yaitu sebesar N/2, seperti yang dapat dilihat
pada Gambar 2.13 (a) sedangkan fungsi otokorelasi AWGN ditunjukkan pada
0
Gn(f)
N/2
N/2
( )
τ
R
0
τ
f
[image:35.595.147.490.125.283.2](a) (b)
Gambar 2.13 (a) Rapat Spektral Daya Derau Putih
(b) Fungsi Otokorelasi Derau Putih
Karakteristik seperti ini disebut white. Noise yang memiliki karakteristik
white disebut white noise, sehingga noise thermal merupakan white noise.
Pergerakan elektron penyebab noise thermal bersifat acak, sehingga besarnya noise
thermal juga berubah secara acak terhadap waktu. Perubahan secara acak tersebut
dapat diperkirakan secara statistik, yaitu mengikuti Distribusi Gaussian, dengan
rata-rata nol.
Noise ini merusak sinyal dalam bentuk aditif, yaitu ditambahkan ke sinyal
utama, sehingga noise thermal pada perangkat penerima ini disebut Additive White
Gaussian Noise (AWGN). Persamaan Distribusi Gaussian yang mewakili AWGN
dapat dituliskan pada persamaan 2.7.
(2.7)
Dimana: mean = 0 dan varians = σ2.
2 2
2 ) (
2 2
πσ
σ π
−
= e
Varians memiliki nilai:
(2.8)
Dimana: adalah kerapatan spektral daya dari noise dan Tb adalah laju bit.
Sehingga:
(2.9)
Dimana: k = konstanta Boltzman (1,38.10-23 J/K)
Ts = temperatur noise (K)
B = bandwith noise (Hz)
2.5.2Fading Rayleigh
Pada sistem komunikasi wireless terdapat gangguan khusus berupa
komponen multipath dari sinyal yang dipancarkan. Multipath merupakan jalur
propagasi yang berbeda-beda, yang dilalui sinyal antara pengirim dan penerima,
yang disebabkan karena pantulan oleh halangan-halangan dan benda-benda yang ada
di sepanjang jalur propagasi. Lingkungan kanal multipath ditunjukkan Gambar
[image:36.595.193.447.569.732.2]2.14[4].
Gambar 2.14 Lingkungan Kanal Multipath b
T N
2 0
2 =
σ
b s
T B kT
2
2 =
σ 2
2
0 kTB
N s
Perbedaan jalur propagasi menimbulkan komponen multipath dari sinyal
yang dipancarkan akan tiba pada penerima melalui jalur propagasi yang berbeda dan
pada waktu yang berbeda pula. Perbedaan waktu tiba pada penerima tersebut
menyebabkan sinyal yang diterima mengalami interferensi, yang akan menimbulkan
fluktuasi amplitudo dan fasa sinyal yang diterima, dan menimbulkan fenomena yang
disebut fading. Jadi fading merupakan hasil dari propagasi komponen multipath
sinyal.
Fluktuasi amplitudo sinyal yang terjadi adalah acak dan tidak dapat
ditentukan sebelumnya, besar dan kapan terjadinya. Namun berdasarkan penelitian,
fading tersebut dapat diperkirakan secara statistik, berupa perubahan nilai secara
acak dengan distribusi tertentu. Salah satu distribusi tersebut adalah Distribusi
Rayleigh.
Distribusi Rayleigh merupakan salah satu distribusi yang dapat menjadi
model untuk mewakili fading, sehingga fading yang memiliki Distribusi Rayleigh ini
disebut Fading Rayleigh. Pada Fading Rayleigh, setiap sinyal yang melalui jalur
yang berbeda-beda tersebut, memberikan sejumlah energi yang sama terhadap sinyal
gabungan yang ada pada penerima. Sinyal yang dipengaruhi Fading Rayleigh yang
sampai pada penerima dapat dipresentasikan pada persamaan 2.10.
(2.10)
Dimana: r(t) = fluktuasi amplitudo sinyal e(t) sebagai fungsi waktu
= |e(t)|
θ(t) = fluktuasi fasa sinyal e(t) sebagai fungsi waktu
= ∠e(t)
)] ( 2
cos[ ) ( )
(t r t f t t
Fluktuasi amplitudo gelombang pembawa pada sinyal yang dipengaruhi Fading
Rayleigh mengikuti Distribusi Rayleigh, yang dapat dituliskan pada persamaan 2.11.
(2.11)
Dimana: p(r) = fungsi kepadatan probabilitas munculnya r
r = amplitudo acak
σ2
= varians pdf
2.6 Fast Fourier Transform (FFT) dan Invers Fast Fourier Transform (IFFT)
Algoritma FFT adalah algoritma yang sudah dikenal dengan baik dan
digunakan secara luas didalam pemrosesan sinyal digital sebagai algoritma yang
efisien didalam mengevaluasi Discrete Fourier Transform (DFT).
Algoritma ini awalnya dikembangkan oleh Cooley dan Tokey yang
mengajukan sebuah penyelesaian alernatif untuk DFT yang didasarkan pada
dekompresi (pemecahan) transformasi menjadi transformasi-transformasi yang lebih
kecil ukurannya dan mengkombinasikan hasilnya untuk mendapatkan total
transformasi.
Pada FFT, panjang deretan data x[n] dimana n = 0, 1, 2,…,N-1 merupakan
dua pangkat integer positif ( N = 2p, dimana p adalah integer positif). Penggambaran
dua (N/2) titik sub deretan x1[n] dan x2[n] sebagai nilai indeks genap dan nilai indeks
ganjil dari x[n] adalah:
(2.12) − = 2 2 2 2 ) ( σ σ r e r r p 1 2 ,..., 2 , 1 , 0 ]; 2 [ ] [
1 = = −
(2.13)
Untuk mengubah sinyal dari domain frekuensi kedalam sinyal domain
waktu digunakan Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) dengan cara mencuplik
sinyal x(t) dengan laju Tss/N. Sinyal keluaran IFFT dapat dinyatakan sebagai:
(2.14)
Karena setiap subcarrier adalah orthogonal dimana
s
T f = 1
∆ maka persamaan di atas
dapat dinyatakan sebagai:
; n=0,1...,N −1 (2.15)
Sinyal OFCDM yang telah diaplikasikan kedalam IFFT ini kemudian
dikonversikan lagi kedalam bentuk serial dan kemudian sinyal ditransmisikan. Sinyal
yang terkirim ini dalam persamaan matematisnya dapat ditulis sebagai:
<
; 0≤t≤Ts (2.16)
Dimana f adalah frekuensi carrier dan c T adalah periode simbol. s
2.7 Guard Interval
Pada OFCDM, guard interval juga digunakan untuk menghindari
intersymbol interference (ISI) dan intercarrier interference (ICI). Sinyal didesain
sedemikian rupa agar orthogonal, sehingga bila tidak ada distorsi pada jalur 1 2 ,..., 2 , 1 , 0 ]; 1 2 [ ] [
2 = + = −
komunikasi, maka setiap subcarrier akan bisa dipisahkan stasiun penerima dengan
menggunakan DFT. Walaupun pada kenyataannya tidak semudah itu, karena
pembatasan spektrum dari sinyal tidak tepat, sehingga terjadi distorsi linear yang
mengakibatkan energi pada tiap-tiap subcarrier menyebar ke subcarrier di
sekitarnya, dan pada akhirnya ini akan menyebabkan terjadinya ISI.
Solusi yang termudah adalah dengan menambah jumlah subcarrier
sehingga periode simbol menjadi lebih panjang, dan distorsi bisa diabaikan bila
dibandingkan dengan periode simbol. Tetapi cara diatas tidak aplikatif, karena sulit
mempertahankan stabilitas carrier. Selain itu, kemampuan FFT juga ada batasnya.
Sehingga pendekatan yang relatif sering digunakan untuk memecahkan masalah ini
adalah dengan menyisipkan guard interval secara periodik pada tiap simbol
[image:40.595.190.449.452.622.2]OFCDM. Penyisipan guard interval ditunjukkan pada Gambar 2.15[5].
Gambar 2.15 Penyisipan Guard Interval Pada Simbol OFCDM
Total dari periode simbol setelah penyisipan guard interval dapat dituliskan pada
persamaan 2.18.
(2.17) symbol
guard
total T T
2.8 Carrier to Interference Ratio (C/I)
Interferensi adalah gangguan yang disebabkan karena adanya sinyal lain
yang frekuensinya sama dan daya sinyal pengganggu tersebut cukup besar[6]. Hal ini
sangat berpengaruh pada kriteria performansi sistem komunikasi yaitu: kualitas suara
(voice quality), kualitas layanan (service quality) dan fasilitas tambahan (special
features). Ukuran yang digunakan untuk menilai kualitas sinyal terhadap gangguan
interferensi dinyatakan dengan C/I (dB). Tujuan dari menganalisa pengaruh
interferensi ini adalah untuk meningkatkan C/I sehingga dapat mencapai performansi
BAB III
PEMODELAN SISTEM OFCDM
3.1 Umum
Cara yang paling efektif untuk menganalisa suatu sistem adalah dengan
memodelkan dan mensimulasikan sistem tersebut. Pemodelan merupakan
penggambaran dari sistem yang sebenarnya sedangkan simulasi merupakan proses
penyelesaian permasalahan dari sistem yang dapat divisualisasikan sehingga mudah
dianalisis.
Pada skripsi ini analisa kinerja sistem OFCDM dimodelkan seperti yang
terlihat pada Gambar 3.1.
Data Output
[image:42.595.116.529.419.654.2]D
Gambar 3.1 Model Sistem OFCDM
Simulasi ini dibuat pada PC Intel Centrino Duo 1,73 GHz dengan 0,99 GB RAM,
dan menggunakan bahasa pemrograman MATLAB 7.1 for Windows.
Random Data Generator
Serial To
Parallel Modulator
2D
Spreader IFFT
Guard Interval Insertion
Channel
Parallel To
Serial Demodulator
2D
Despreader FFT
3.2 Struktur Simulasi
[image:43.595.194.445.167.227.2]Gambar 3.2 mengilustrasikan struktur simulasi dari model sistem OFCDM.
Gambar 3.2 Struktur Simulasi
Struktur simulasi ini dimulai dari pembangkitan data masukan oleh random data
generator, pembentukan simbol OFCDM pada transmitter, penambahan faktor
pengganggu kinerja sistem yaitu AWGN dan Fading Rayleigh, pembentukan
kembali sinyal asalnya oleh receiver, dan menghitung besarnya Bit Error Rate
(BER).
3.3 Parameter Masukan Simulasi
Simulasi kinerja OFCDM ini memiliki beberapa parameter masukan, yaitu:
a. Jumlah kanal paralel
b. Ukuran FFT/IFFT
c. Jumlah carrier
d. Jumlah simbol OFCDM untuk satu loop
e. Level modulasi: QPSK
f. Symbol rate
g. Bit rate per carrier
h. Ukuran guard interval
i. Ukuran spreading factor (SF)
j. Besar Eb/N0
Data Masukan
Proses Analisis
Selain parameter masukan di atas, terdapat beberapa asumsi-asumsi yang
digunakan pada proses simulasi, antara lain:
1. Sinkronisasi diantara transmitter dan receiver diasumsikan sempurna, dan
2. Tidak melibatkan frekuensi carrier (RF carrier) di dalam pentransmisian sinyal
OFCDM.
3.4 Proses Simulasi
Proses simulasi terdiri dari bagian transmitter, kanal, receiver serta
perhitungan BER.
3.4.1 Transmitter OFCDM
Pada sistem transmitter OFCDM terdapat beberapa proses, diantaranya
pembangkitan data masukan, serial to parallel, modulasi, spreading 2D, Inverse Fast
Fourier Transform (IFFT), dan penyisipan guard interval.
3.4.1.1 Pembangkitan Data Masukan
Proses simulasi ini dimulai dengan pembangkitan sejumlah bit-bit masukan
secara acak oleh random data generator yang terdistribusi Uniform, hal ini
dikarenakan probabilitas kemunculan bit “0” dan bit “1” yang dihasilkan adalah
sama.
Keluaran random data generator memiliki level daya keluaran yang
membedakan kedua jenis bit keluaran. Pada simulasi ini level threshold yang
maka nilai akan dikirimkan dengan bit 0. Sedangkan jika bit acak yang dibangkitkan
lebih besar atau sama dengan 0.5 maka nilai akan dikirimkan dengan bit 1.
Proses pembangkitan sinyal masukan pada simulasi ini dapat dijelaskan
dengan contoh berikut, misalkan terdapat data yang dibangkitkan yang terdiri dari
1-10 vektor, elemen di dalam data tersebut terdiri dari bit 0 atau bit 1. Vektor ini
dinamakan txdata, maka command yang digunakan pada software MATLAB adalah:
>> txdata = rand(1,10) > 0.5
txdata =
1 0 1 0 1 1 0 0 1 0
Jumlah data yang dikirimkan juga dapat dihitung dengan mengetahui
ukuran vektor (length) dari txdata. Jumlah data yang ditransmisikan dinamakan
dengan nod, dapat direpresentasikan sebagai berikut:
>> nod = length(txdata)
nod =
10
3.4.1.2 Serial to Parallel
Masukan dari Serial to Parallel Converter adalah sederetan bit-bit yang
akan ditransmisikan. Pengiriman data dilakukan setiap N simbol, di mana N
merupakan jumlah subcarrier.
Misalnya subcarrier yang digunakan adalah 2 dan 4 (N= 2 dan 4), maka
converter ini simbol x[1] dikirimkan melalui subcarrier pertama, x[2] dikirimkan
melalui subcarrier ke-2 dan seterusnya hingga x[N] dikirimkan melalui subcarrier
ke-N. Proses serial to parallel ditunjukkan pada Gambar 3.3[3].
C0,1 C0,2 ... C0,N C1,1 C1,2 ... C1,N ... Cn,N
C0
,1
C1
,1
...
Cn
,1
C0
,2
C1
,2
Cn
,2
... ... ...
C0
,N
C1
,N
Cn,
[image:46.595.125.514.202.447.2]N
Gambar 3.3 Proses Serial to Parallel
3.4.1.3 Modulasi
Setelah data diperoleh dalam bentuk paralel, data tersebut dipetakan
(mapped) kedalam teknik modulasi yang digunakan. Teknik modulasi ini memetakan
(mapping) data ke dalam konstelasi real (in-phase) dan konstelasi imaginary
(quadrature), yang lebih dikenal sebagai konstelasi IQ. Teknik modulasi ini bisa
berupa BPSK, QPSK, QAM atau yang lainnya. Pada pemodelan OFCDM ini
digunakan teknik modulasi QPSK.
Gambar 3.4 ditunjukkan konstelasi sinyal modulasi QPSK. Setiap simbol
I 0
Q
0 1
1 -1
1 -1
1
Gambar 3.4 Konstelasi Sinyal QPSK
3.4.1.4 Spreading 2D
Sinyal yang telah dimodulasi kemudian dikonversikan lagi ke bentuk
paralel sekuensial N/Sf dengan menggunakan 2D spreader. Pada pemodelan ini,
ukuran spreading factor (SF) yang digunakan adalah 8. Namun untuk melihat
pengaruh variable spreading factor (VSF) terhadap kinerja OFCDM, ukuran
spreading factor yang digunakan bervariasi, yaitu: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256,
512, dan 1024.
Diagram pohon kode VSF yang dihasilkan diilustrasikan pada Gambar
[image:47.595.135.493.513.730.2]3.5[8].
3.4.1.5 Inverse Fast Fourier Transform (IFFT)
Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) digunakan untuk mengubah sinyal
kedalam domain waktu sebelum ditransmisikan. Penggunaan IFFT memberikan
komputasi per unit waktu yang sangat efisien. Penggunaan IFFT akan menjamin
orthogonalitas antar subcarrier. Output dari setiap proses transformasi x-titik IFFT
akan membentuk sebuah simbol OFCDM.
3.4.1.6 Penyisipan Guard Interval
Pentransmisian guard interval diikuti dengan simbol OFCDM. Guard
interval terdiri dari kopi dari akhir simbol OFCDM, hal ini bertujuan agar receiver
nantinya dapat mengintegrasi masing-masing multipath melalui angka integer dari
siklus sinusoid ketika proses demodulasi OFCDM dengan FFT. Efek dari penyisipan
[image:48.595.125.512.471.714.2]guard interval ditunjukkan pada Gambar 3.6[5].
3.4.2 Kanal
Simbol-simbol OFCDM ini kemudian ditransmisikan kedalam suatu kanal
yang dipengaruhi oleh AWGN dan Fading Rayleigh yang merupakan karakteristik
kanal sistem komunikasi wireless. Sinyal yang telah mengalami gangguan AWGN
dan Fading Rayleigh inilah yang berusaha dideteksi oleh receiver OFCDM.
3.4.2.1 Kanal AWGN
Model matematika sinyal masukan pada penerima yang diasumsikan
mengalami kerusakan karena adanya Additive White Gaussian Noise ditunjukkan
pada Persamaan 3.1.
(3.1)
Dimana : r (t) = sinyal yang diterima
s(t) = sinyal yang dikirim
n(t) = noise (white gaussian Noise)
Untuk mensimulasikannya di dalam MATLAB, biasanya digunakan fungsi built-in;
randn, yang membangkitkan bilangan acak dan matriks yang elemen-elemennya
terdistribusi secara normal dengan mean = 0 dan variansi = 1.
Oleh karena itu, jika noise AWGN ditambahkan kepada sinyal modulasi
digital pada vektor data kanal I dan kanal Q (idata,qdata) secara berturut-turut, maka
keluaran data dari kanal I dan kanal Q (iout,qout) dapat ditunjukkan pada persamaan
3.2. (3.2) ) ( ) ( )
(t s t n t
r = +
Dalam simulasi, perhitungan performansi BER terkadang dilakukan dengan
daya noise yang berbeda-beda, sehingga daya noise dapat digunakan sebagai variabel,
npow. Variabel idata dan qdata merupakan tegangan, bukan daya. Sehingga notasi
npow harus diubah dari daya menjadi tegangan. Variabel attn ditentukan sebagai akar
dari npow pada persamaan 3.3.
(3.3)
Oleh karena itu, output data setelah mengalami kontaminasi dari noise
dengan daya npow dapat dituliskan seperti pada Persamaan 3.4.
(3.4)
3.4.2.2 Kanal Fading Rayleigh
Pada simulasi kanal Fading Rayleigh, variabel masukan yang digunakan
adalah sebagai berikut:
a. idata : Masukan data Ich
b. qdata : Masukan data Qch
c. itau : Waktu yang tertunda
d. dlvl : Daya sinyal pada gelombang yang tertunda
e. tstp : Resolusi waktu
f. nsamp : Waktu simulasi pada satu simulasi
g. itn : Counter waktu
Pada simulasi ini, Fading Rayleigh ditambahkan pada sinyal yang tertunda. Sinyal
keluaran diperoleh dari multipath Fading Rayleigh yang ditentukan. Proses ini
[image:51.595.191.447.195.465.2]ditunjukkan pada Gambar 3.7[4].
Gambar 3.7 Diagram Alir Untuk Menentukan Kanal Fading Rayleigh
3.4.3 Receiver OFCDM
[image:51.595.130.527.612.701.2]Proses penerimaan sinyal OFCDM pada sisi receiver diilustrasikan pada
Gambar 3.8.
AWGN
Sinyal Data
OFCDM Keluaran
Gambar 3.8 Diagram Blok Fading Rayleigh, AWGN dan Receiver OFCDM
Fading
Rayleigh +
Setelah mengalami efek dari kanal transmisi, sinyal OFCDM kemudian
diterima oleh stasiun penerima untuk diproses kembali hingga menjadi bit-bit
informasi data. Beberapa proses yang terdapat pada receiver OFCDM, diantaranya
pengeluaran guard interval, Fast Fourier Transform (FFT), despreading 2D,
demodulator, dan parallel to serial.
3.4.3.1 Pengeluaran Guard Interval
Pengeluaran guard interval berguna untuk memisahkan sinyal sebenarnya
dengan guard interval yang kemungkinan telah terkena efek intersymbol interference
akibat pengaruh multipath. Hal ini dilakukan karena sinyal yang harus diterima oleh
stasiun penerima adalah sinyal asli yang dikirimkan yaitu simbol tanpa guard
interval. Proses yang terjadi pada model adalah pencuplikan x-baris waktu terakhir
pada setiap matrik sinyal domain waktu sesuai panjang FFT. .
3.4.3.2 Fast Fourier Transform (FFT)
FFT berfungsi untuk mengubah sinyal domain waktu ke domain frekuensi.
Keluaran dari FFT tidak lagi berupa sinyal OFCDM, tetapi merupakan sinyal
frekuensi subcarrier yang tidak lagi tegak lurus.
3.4.3.3 Despreading 2D
Proses despreading 2D dilakukan untuk mendapatkan kembali simbol data
dari hasil proses spreading yang dilakukan pada transmitter. Proses despreading ini
3.4.3.4 Demodulasi
Proses ini dilakukan untuk memetakan kembali simbol ke dalam bit-bit
informasi yang dimodulasi di pemancar. Simbol dipetakan kembali ke dalam bentuk
bit–bit dengan melakukan pendeteksian magnitudo dari simbol-simbol tersebut.
3.4.3.5 Parallel to Serial
Parallel to serial converter berfungsi untuk mengubah data hasil
demodulasi yang masih berupa jalur paralel dalam domain frekuensi menjadi satu
jalur seri dalam domain frekuensi.
Gambar 3.9 mengilustrasikan proses parallel to serial, tampak bahwa data
yang sebelumnya terbagi dalam N buah subcarrier, akan diatur kembali menjadi
deretan data serial[3].
x[1] x[N+1] . . . x[M-N+1]
x[2] x[N+2] . . . x[M-N+2]
x[3] x[N+3] . . . x[M-N+3]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
x[N] x[2N] . . . x[M]
[image:53.595.139.496.448.695.2]x[M-1] x[2] x[3] . . . x[M-1] x[M]
3.4.4Perhitungan BER
BER dihitung dengan menggunakan metode Monte Carlo yang merupakan
metode simulasi estimasi BER yang relatif sederhana, yaitu dengan membandingkan
antara deretan bit pada pengirim dengan deretan bit yang dideteksi pada sisi
penerima, kemudian jumlah bit yang salah dibagi dengan jumlah bit yang
dibangkitkan. Proses ini pada software MATLAB dapat direpresentasikan sebagai
berikut, jika data yang dibangkitkan adalah:
txdata = 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0
dan jumlah data yang ditransmisikan:
nod = 10
Jika kesalahan terjadi dalam kanal komunikasi dan txdata (1,7) berubah dari bit 0
menjadi bit 1, dan juga txdata (1,9) berubah dari bit 1 menjadi bit 0, maka data yang
diterima menjadi rxdata sebagai berikut:
>> rxdata = txdata;
>> rxdata(1,7) = 1
>> rxdata(1,9) = 0
rxdata =
1 0 1 0 1 1 1 0 0 0
Untuk menghitung jumlah kesalahan, dilakukan proses pengurangan data
yang dikirim dengan data yang diterima. Jika tidak ada kesalahan yang terjadi, maka
maka panjang nod akan dibuat sebagai vektor bukan nol (nonzero) yang bernilai -1
atau 1 pada posisi error. Pengurangan vektor dinyatakan sebagai subdata sebagai
berikut:
>> subdata = rxdata-txdata
subdata =
0 0 0 0 0 0 1 0 -1 0
Jika elemen pada txdata berubah dari bit 0 menjadi bit 1, maka elemen
vektor subdata pada posisi tersebut menjadi 1. Sebaliknya jika elemen pada txdata
berubah dari bit 1 menjadi bit 0, maka elemen vektor subdata pada posisi tersebut
menjadi -1. Dengan mengambil nilai mutlak dari elemen-elemen subdata, dapat
dibuat vektor yang dinyatakan dengan 1 pada tiap elemen yang mengalami error.
>> abs(subdata)
ans =
0 0 0 0 0 0 1 0 1 0
Kemudian dengan menjumlahkan semua elemen pada vektor abs(subdata),
jumlah kesalahan yang terjadi (noe = number of errors) dapat dihitung. Untuk
penjumlahan elemen, command yang dapat digunakan pada MATLAB adalah
sebagai berikut:
>> noe = sum(abs(subdata))
noe =
Dengan demikian, laju kesalahan bit (BER) dapat dihitung dengan
membagi jumlah bit yang salah (noe) dengan jumlah bit yang dibangkitkan (nod)
seperti berikut:
>> ber = noe/nod
ber =
0.2000
3.5 Prinsip Kerja Sistem
Prinsip kerja dari sistem yang disimulasikan adalah sebagai berikut :
1. Transmitter membangkitkan data bilangan acak yang terdistribui Uniform.
2. Transmitter selanjutnya mengkonversikan data yang dibangkitkan dari bentuk
serial ke paralel.
3. Transmitter kemudian melakukan proses modulasi QPSK dengan konstelasi IQ.
4. Proses spreading 2D selanjutnya dilakukan terhadap domain waktu dan domain
frekuensi.
5. Transmitter kemudian melakukan proses transformasi x-titik melalui IFFT yang
menghasilkan simbol OFCDM.
6. Transmitter selanjutnya juga melakukan penyisipan guard interval secara
periodik pada setiap simbol OFCDM.
7. Kemudian pada kanal transmisi, dilakukan penambahan gangguan, yaitu berupa
variabel atenuasi dari AWGN dan variabel fading dari Fading Rayleigh. Untuk
menganalisis kinerja C/I terhadap BER pada sistem OFCDM, pada kanal juga
8. Selanjutnya pada receiver dilakukan proses pengeluaran guard interval dengan
mencuplik x-baris waktu terakhir pada setiap matrik sinyal domain waktu sesuai
panjang FFT.
9. Receiver kemudian melakukan proses FFT.
10. Despreading 2D kemudian dilakukan untuk mendapatkan kembali simbol data
dari hasil proses spreading yang dilakukan pada transmitter.
11. Receiver selanjutnya melakukan proses demodulasi dengan pendeteksian
magnitudo dari simbol-simbol OFCDM.
12. Receiver akhirnya mengkonversikan data yang diterima dari bentuk paralel ke
serial untuk mendapatkan data asli yang dikirimkan oleh transmitter.
Agar lebih jelas, algoritma simulasi dalam bentuk flowchart dapat dilihat di
BAB IV
SIMULASI DAN ANALISIS KINERJA OFCDM PADA SISTEM
KOMUNIKASI WIRELESS
4.1 Umum
Pada Bab 4 ini akan ditampilkan hasil simulasi OFCDM dan analisa kinerja
sistem (BER) yang dipengaruhi oleh AWGN, Fading Rayleigh, ukuran Variable
Spreading Factor (VSF), jumlah carrier, bit rate, dan C/I.
Adapun parameter-parameter masukan yang digunakan pada simulasi
[image:58.595.155.485.419.658.2]ditunjukkan pada Tabel 4.1[4].
Tabel 4.1 Parameter Simulasi
Jumlah kanal paralel 128
Ukuran FFT/IFFT 128
Jumlah carrier 128
Jumlah simbol OFCDM untuk satu loop 6
Level modulasi: QPSK 2
Symbol rate 250000 bps
Bit rate per carrier 500000 bps
Ukuran guard interval 32
Ukuran spreading factor (SF) 8
Besar Eb/N0 10 s/d 50 dB
4.2 Kinerja OFCDM Pada Kanal Yang Dipengaruhi AWGN
Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja sistem OFCDM pada
unjuk kerja sistem OFCDM dengan teknologi OFDM dan BER teori OFDM. Tabel
4.2 menunjukkan hasil simulasi kinerja OFCDM pada kanal yang dipengaruhi
AWGN.
Tabel 4.2 Kinerja OFCDM Pada Kanal AWGN
Eb/N0 BER
10 dB 0,2496690538
20 dB 0,2495507812
30 dB 0,2494368490
40 dB 0,2494118924
50 dB 0,2494322917
Tabel 4.3 menunjukkan hasil simulasi kinerja OFDM pada kanal yang dipengaruhi
[image:59.595.251.387.417.515.2]AWGN.
Tabel 4.3 Kinerja OFDM Pada Kanal AWGN
Eb/N0 BER
10 dB 0,2509765625
20 dB 0,2501041667
30 dB 0,2499110234
40 dB 0,2496435547
50 dB 0,2496223958
Tabel 4.4 menunjukkan hasil perhitungan BER OFDM secara teori terhadap kanal
AWGN.
Tabel 4.4 BER Teori OFDM Pada Kanal AWGN
Eb/N0 BER
10 dB 0,0000038721
20 dB 0,0000000001
30 dB 0,0000000000
40 dB 0,0000000000
Pada sistem OFCDM, perbandingan Eb/N0 terhadap BER dapat dilihat pada
saat Eb/N0 10 dB didapat nilai BER sebesar 0,2496690538 dan pada saat Eb/N0 50 dB
didapat nilai BER sebesar 0,2494322917. Dan pada sistem OFDM, nilai BER untuk
Eb/N0 10 dB adalah 0,2509765625 dan nilai BER untuk Eb/N0 50 dB adalah
0,2496223958. Sedangkan BER teori OFDM pada saat Eb/N0 10 dB dan 50 dB
adalah 0,0000038721 dan 0,0000000000. Dari Tabel 4.2, Tabel 4.3 dan Tabel 4.4,
[image:60.595.143.499.335.598.2]maka didapat grafik perbandingan antara Eb/N0 dan BER yang ditunjukkan pada
Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan BER Terhadap Eb/N0 Pada Kanal AWGN
Dari Gambar 4.1 diperlihatkan bahwa besarnya BER terhadap Eb/N0 relatif
stabil. Hal ini mengindikasikan kinerja sistem yang baik. Dari Gambar 4.1 juga dapat
ditarik kesimpulan bahwa sistem OFCDM lebih handal daripada sistem OFDM
BER OFCDM yang lebih kecil jika dibandingkan dengan sistem OFDM. Walaupun
sistem OFCDM memiliki konsep spreading 2D, namun kualitas kinerja sistemnya
dapat menyamai sistem OFDM.
4.3 Kinerja OFCDM Pada Kanal Yang Dipengaruhi Fading Rayleigh
Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja sistem OFCDM pada
kanal yang dipengaruhi Fading Rayleigh. Pada simulasi ini juga dilakukan
perbandingan unjuk kerja sistem OFCDM dengan teknologi OFDM dan BER teori
OFDM. Tabel 4.5 menunjukkan hasil simulasi kinerja OFCDM pada kanal yang
dipengaruhi Fading Rayleigh.
Tabel 4.5 Kinerja OFCDM Pada Kanal Fading Rayleigh
Eb/N0 BER
10 dB 0,27004
20 dB 0,26894
30 dB 0,26708
40 dB 0,26537
50 dB 0,26391
Tabel 4.6 menunjukkan hasil simulasi kinerja OFDM pada kanal yang dipengaruhi
Fading Rayleigh.
Tabel 4.6 Kinerja OFDM Pada Kanal Fading Rayleigh
Eb/N0 BER
10 dB 0,28958
20 dB 0,27898
30 dB 0,27183
40 dB 0,26632
50 dB 0,26339
Tabel 4.7 menunjukkan hasil perhitungan BER OFDM secara teori terhadap kanal
Tabel 4.7 BER Teori OFDM Pada Kanal Fading Rayleigh
Eb/N0 BER
10 dB 0,02327
20 dB 0,01205
30 dB 0,00813
40 dB 0,00614
50 dB 0,00493
Pada sistem OFCDM, perbandingan Eb/N0 terhadap BER dapat dilihat pada
saat Eb/N0 10 dB didapat nilai BER sebesar 0,27004 dan pada saat Eb/N0 50 dB
didapat nilai BER sebesar 0,26391. Dan pada sistem OFDM, nilai BER untuk Eb/N0
10 dB adalah 0,28958 dan nilai BER untuk Eb/N0 50 dB adalah 0,26339. Sedangkan
BER teori OFDM pada saat Eb/N0 10 dB dan 50 dB adalah 0,02327 dan 0,00493.
Dari Tabel 4.5, Tabel 4.6 dan Tabel 4.7, maka didapat grafik perbandingan antara
Eb/N0 dan BER yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan BER Terhadap Eb/N0 Pada Kanal
[image:62.595.148.491.450.707.2]Dari Gambar 4.2 diperlihatkan bahwa besarnya Eb/N0 berbanding terbalik
dengan Bit Error Rate (BER) yang dihasilkan. Semakin besar Eb/N0 yang diberikan
maka semakin kecil nilai BER yang dihasilkan. BER yang semakin kecil
menunjukan kinerja yang semakin baik. Nilai BER sistem OFCDM yang lebih kecil
jika dibandingkan dengan sistem OFDM menunjukkan kehandalan sistem OFCDM
yang lebih baik dalam menghadapi gangguan Fading Rayleigh.
4.4 Pengaruh Ukuran Variable Spreading Factor (VSF) Terhadap Kinerja
OFCDM
Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran VSF yang
digunakan terhadap kinerja OFCDM. Adapun ukuran spre
