Pengujian Teknik Fast Channel Shortening Pada Multicarrier Modulation Dengan Metoda Polynomial Weighting Functions.

(1)

Abstrak

i Universitas Kristen Maranatha

PENGUJIAN TEKNIK FAST CHANNEL SHORTENING

PADA MULTICARRIER MODULATION

DENGAN METODA POLYNOMIAL WEIGHTING

FUNCTIONS

Jongguran David/ 0322136

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia

Email: [email protected]

ABSTRAK

Dewasa ini, modulasi multicarrier dipilih sebagai skema transmisi untuk

sebagian besar sistem komunikasi baru.

Salah satu kelebihan dari sistem multicarrier adalah tahan terhadap

multipath (atau delay spread pada kasus wireline) dengan syarat bahwa delay spread cocok dalam guard interval yang ditentukan sebelumnya. Panjang guard interval adalah tetap dan lebih pendek dari panjang blok. Dalam beberapa kasus,

panjang kanal dapat melebihi panjang guard interval. Dalam kasus ini, equalizer

digunakan untuk membuat suatu kanal efektif sehingga panjang kanal efektif

menjadi lebih pendek dari guard interval.

Desain Time Domain Equalizer (TEQ) Minimum Interblock Interference

(Min-IBI) dan TEQ Minimum Delay Spread (MDS) menggunakan metoda

polynomial weighting functions.

(2)

Abstract

ii Universitas Kristen Maranatha

FAST CHANNEL SHORTENING TECHNIQUE EVALUATION

ON MULTICARRIER MODULATION

WITH POLYNOMIAL WEIGHTING FUNCTIONS

Jongguran David/ 0322136

Department of Electrical Engineering, Faculty of Techniques, Maranatha Christian University

Jalan Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia Email: [email protected]

ABSTRACT

Nowadays, multicarrier modulation selected as a transmission scheme for

the majority of new communications systems.

One of the advantages of the multicarrier system is resilient to multipath

(or delay spread at the wireline case) on condition that the delay spread fits in

predetermined guard intervals. The length of guard interval is fixed and shorter

than the length of the block. In some cases, the channel length may exceed the

length of the guard interval. In this case, the equalizer is used to create an

effective channel so that the effective channel length becomes shorter than the

guard interval.

Minimum Interblock Interference (Min-IBI) Time Domain Equalizer

(TEQ) and the Minimum Delay Spread (MDS) TEQ design using the polynomial

weighting functions method.

(3)

Daftar Isi

v Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK………. i

ABSTRACT………... ii

KATA PENGANTAR……….. iii

DAFTAR ISI………. v

DAFTAR GAMBAR……… vii

DAFTAR TABEL………. ix

DAFTAR SINGKATAN……….. x

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang………... 1

I.2. Identifikasi Masalah………... 1

I.3. Perumusan Masalah……….. 2

I.4. Tujuan……… 2

I.5. Pembatasan Masalah……… 2

I.5. Sistematika Penulisan………... 2

BAB II LANDASAN TEORI II.1. Modulasi Single Carrier...………... 4

II.2. Sistem Modulasi Frequency Division Multiplexing………... 4

II.3. Orthogonal Frequency Division Multiplexing...………... 5

II.3.1 Contoh OFDM dengan 4 Sub Carrier………... 6

II.4. Fading...………. 10

II.5. Interferensi Intersimbol...……… 13

II.6. Interferensi Intrasimbol.……… 14

II.7. Additive White Gaussian Noise (AWGN)………... 17

(4)

Daftar Isi vi

Universitas Kristen Maranatha

BAB III PERANCANGAN

III.1. Model Sistem Multicarrier... 19

III.2. Algoritma Desain Fast Min-IBI TEQ...

III.3. Algoritma Desain Fast MDS TEQ………. 21

22

III.4 Fungsi bobot polinom………. 22

BAB IV ANALISA HASIL SIMULASI

IV.1. BER terhadap SNR untuk model kanal wireless………. 25

IV.2. BER terhadap SNR untuk model kanal wireline……….. 26

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan………... 27

V.2. Saran………... 27

(5)

Daftar Gambar

vii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar II.1 Gambar II.1. Perbedaan Single Carrier, FDM, dan OFDM 6

Gambar II.2 Gambar II.2. Aliran bit yang akan dimodulasi dengan

OFDM 4 carrier………. 7

Gambar II.3 Gambar II.3. Sub-carrier 1 dan bit-bit yang dimodulasi ( kolom pertama Tabel II.1)……….. 8

Gambar II.4 Gambar II.4. Sub carrier 2 dan bit-bit yang dimodulasi (kolom kedua Tabel II.1)……….. 8

Gambar II.5 Gambar II.5. Sub carrier 3 dan bit-bit yang dimodulasi (kolom ketiga Tabel II.1)……….. 9

Gambar II.6 Gambar II.6. Sub carrier 4 dan bit-bit yang dimodulasi (kolom keempat Tabel II.1)……….. 9

Gambar II.7 Gambar II.7. Diagram fungsi pembentukan sinyal OFDM. Bagian yang digaris putus-putus adalah blok IFFT……….. 10

Gambar II.8 Gambar II.8. Sinyal OFDM yang dibentuk……….. 10

Gambar II.9 Gambar II.9. Sinyal terrefleksi tiba pada perioda waktu terdelay………. 11

Gambar II.10.a Sinyal yang akan dikirim dan respon frekuensi kanal yang sesuai………... 12

Gambar II.10.b Kanal fading……….. 12

Gambar II.10.c Fading pada OFDM... 13

Gambar II.11 Contoh dari Interferensi Intersimbol... 14

Gambar II.12 Cyclic Prefix……….. 16

Gambar II.13.a Respon frekuensi kanal... 16

Gambar II.13.b Respon FEQ terhadap respon frekuensi kanal... 17

Gambar II.14 Representasi dari AWGN... 18

(6)

Daftar Gambar viii

Universitas Kristen Maranatha Gambar III.1 Model Sistem Multicarrier……… 19

Gambar IV.1 Kanal Acak……… 24

Gambar IV.2 BER terhadap SNR untuk model kanal wireless………….. 25

Gambar IV.3 BER terhadap SNR untuk model kanal wireline………….. 26

(7)

Daftar Tabel

ix Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel II.1 Konversi serial ke paralel bit-bit data………... 7

(8)

Daftar Singkatan

x Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR SINGKATAN

TEQ : Time Domain Equalizer

Min-IBI : Minimum Inter-Block Interference

MDS : Minimum Delay Spread

DSL : Digital Subscriber Line

DVB : Digital Video Broadcast

DAB : Digital Audio Broadcast

SDARS : Satellite Digital Audio Radio Service

PLC : Power Line Communications

OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing

DMT : Discrete Multi Tone

CW : Carrier Wave

FDM : Frequency Division Multiplexing

DFT : Discrete Fourier Transform

BPSK : Binary Phase Shift Keying

IFFT : Inverse Fast Fourier Transform

FFT : Fast Fourier Transform

AWGN : Additive White Gaussian Noise

PDF : Probability Density Function

P/S : Paralel to Serial

S/P : Serial to Paralel

CP : Cyclic Preifix

xCP : Remove Cyclic Prefix

(9)

Daftar Singkatan

xi Universitas Kristen Maranatha FEQ : Frequency Domain Equalizer

ISI : Intersymbol Interference

ICI : Intercarrier Interference

IDFT : Inverse Discrete Fourier Transform

FIR : Finite Impulse Response

MSSNR : Maximum Shortening Signal to Noise Ratio

MMSE : Minimum Mean Square Error

LAN : Local Area Network

QPSK : Quadrature Phase Shift Keying

(10)

LAMPIRAN A:

(11)

A - 1 % gambar4_1.m

%rand('state',state0); randn('state',state1); state0 = rand('state'); state1 = randn('state');

nu = 16; % panjang CP

hmid = exp(-[1:tLh_mid].'/(tLh_mid/decay)) .* ...

(randn(tLh_mid,1) + j*randn(tLh_mid,1));

(12)

A - 2 % gambar4_2_4_3.m

% perbandingan BER desain-desain equalizer

%rand('state',state0); randn('state',state1); state0 = rand('state'); state1 = randn('state');

% untuk Rayleigh fading channels (gambar4_2): % tLw=48, nu=16, Nchans=100, and rawiter=100 % untuk Rayleigh fading channels (gambar4_3): % tLw=8, nu=8, Nchans=100, and rawiter=100 % membuat data yang ditransmisi dan noise

x([nu+1:M]'+M*(k-1)) = sqrt(N)*ifft(X,N);

x([1:nu]'+M*(k-1)) = x([N+1:N+nu]'+M*(k-1)); % tambahkan CP

% decoding differensial :

temp = (angle(X) - angle(Xinit))/pi;

Xdd((k-1)*(2*N)+[1:2:2*N]) = sign(mod(temp+0.25,2)-1); Xdd((k-1)*(2*N)+[2:2:2*N]) = sign(mod(temp-0.25,2)-1); Xinit = X;

(13)

A - 3

n = (1/sqrt(2)) * (randn(M*rawiter,1)+j*randn(M*rawiter,1));

%---

hh = waitbar(0,'Iterasi melalui kanal dan SNR...'); BER = zeros(Lsnr,6);

for channum=1:Nchans

% membuat kanal

if chantype==1 % Rayleigh fading channel

hmid = exp(-[1:tLh_mid].'/(tLh_mid/decay)) .* ...

(randn(tLh_mid,1) + j*randn(tLh_mid,1));

hlocal1 = randn(tLh_local,1) + j*randn(tLh_local,1); hlocal2 = randn(tLh_local,1) + j*randn(tLh_local,1); h = conv(conv(hlocal1,hmid),hlocal2);

elseif chantype==2 % ARMA channel

p1 = 0.85; h = filter(MApart,ARpart,imp);

elseif chantype==3 % CSA loops

channum2 = mod(channum-1,8)+1;

eval(['load csaloop',num2str(channum2),'.time']); eval(['h = csaloop',num2str(channum2),'(:,2);']); h = h(1:4:end/2);

dmax = tLc-1-nu; % delay maksimum yang diijinkan

% membuat data yang diterima r = conv(h,x);

r = r(1:length(n)) + sn*n;

% menghitung beragam TEQ dan equalisasi

% 1: tanpa TEQ ---

% hitung delay optimum kanal d1 = MaxWindow(h,nu+1);

(14)

A - 4

Xest = zeros(size(Xtrue)); Ydd = zeros(size(Xtrue)); Yinit = (1+j)*ones(N,1);

for k=1:rawiter-1

Y = fft(y((k-1)*M+[nu+1:M]+d1),N)*sqrt(2)/sqrt(N); Xest((k-1)*(2*N)+[1:2:2*N]) = sign(real(Y));

Xest((k-1)*(2*N)+[2:2:2*N]) = sign(imag(Y)); % differential decoding:

temp = (angle(Y) - angle(Yinit))/pi;

Ydd((k-1)*(2*N)+[1:2:2*N]) = sign(mod(temp+0.25,2)-1); Ydd((k-1)*(2*N)+[2:2:2*N]) = sign(mod(temp-0.25,2)-1); Yinit = Y;

end % untuk k=1:rawiter-1

BER(SNRi,1) = BER(SNRi,1) + sum(Ydd(2*N+1:2*(N-1)*rawiter) ...

~= Xdd(2*N+1:2*(N-1)*rawiter)) / (2*(N-2)*rawiter);

% 2: MMSE, asumsi sinyal dan noise putih ----

% hitung delay optimal dan TEQ MMSE

[w2,d2] = mmse(h,nu+1,tLw,dmin,dmax,ssx,ssn);

Xest((k-1)*(2*N)+[2:2:2*N]) = sign(imag(Y)); % decoding diferensial:

% 3: MSSNR ---

% hitung delay optimum dan TEQ MSSNR [w3,d3] = mssnr(h,nu+1,tLw,dmin,dmax);

(15)

A - 5

% 4: MDS-Q ---

% hitung delay optimum dan TEQ MDS-Q

nmin = 0; % lokasi centroid terkecil

nmax = tLc-1; % lokasi centroid terbesar

LorQ = 1; % weights quadratic

% 5: MDS-L ---

% hitung delay optimum dan TEQ MDS-L

nmin = 0; % lokasi centroid terkecil

nmax = tLc-1; % lokasi centroid terbesar

LorQ = 0; % weights linier

(16)

A - 6

% 6: Min-IBI ---

% hitung delay optimum dan TEQ MDS-L

LorQ = 0; % weights linier

% ---

end % untuk SNRi = 1:Lsnr waitbar(channum/Nchans,hh); end % untuk channum=1:Nchans close(hh);

axis([SNRdB(1) SNRdB(end) 1e-4 0.5]); %title('BER vs. SNR','FontSize',16);

(17)

A - 7

(18)

Bab I Pendahuluan

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Di masa lalu, komunikasi single carrier adalah format modulasi

pilihan. Dewasa ini, modulasi multicarrier dipilih sebagai skema transmisi

untuk sebagian besar sistem komunikasi baru. Contohnya termasuk digital

subscriber line (DSL), digital video broadcast (DVB) dan digital audio broadcast (DAB), wireless local area network, satellite digital audio radio service (SDARS), dan power line communications (PLC).

Salah satu kelebihan dari sistem multicarrier adalah tahan terhadap

multipath (atau delay spread pada kasus wireline) dengan syarat bahwa delay spread cocok dalam guard interval yang ditentukan sebelumnya.

Namun, panjang guard interval yang tetap ini adalah lebih pendek dari

panjang blok. Secara umum, panjang saluran tidak diketahui, dan dalam

beberapa kasus, mungkin melebihi panjang guard interval. Hal ini benar

terjadi pada beberapa kasus, misalnya Digital Subscriber Line (DSL).

Dalam kasus ini, equalizer digunakan untuk mengatasi permasalahan

tersebut. Tujuan dari equalizer adalah untuk membuat suatu kanal efektif

yang mungkin memiliki beberapa sampel bukan-nol, asalkan panjang

saluran yang efektif menjadi lebih pendek dari guard interval.

I.2 Identifikasi Masalah

Desain Time Domain Equalizer (TEQ) Minimum Interblock

Interference (Min-IBI) dan Desain TEQ Minimum Delay Spread (MDS)

berkompleksitas rendah diterapkan pada sistem multicarrier untuk

(19)

Bab I Pendahuluan 2

I.3 Perumusan Masalah

Bagaimana cara mengatasi interferensi intercarrier dan interferensi

intersimbol pada sistem multicarrier dengan Desain TEQ Min-IBI dan

Desain TEQ MDS berkompleksitas rendah.

I.4 Tujuan

Menganalisa fast channel shortening Desain TEQ Min-IBI dan Desain

TEQ MDS berkompleksitas rendah dengan metoda polynomial weighting

functions untuk mengatasi interferensi intercarrier dan interferensi

intersimbol.

I.5 Pembatasan Masalah

Adapun pembatasan masalah yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini

adalah :

1. Desain TEQ yang diuji dalam Tugas Akhir ini adalah Desain TEQ

Minimum Interblock Interference (Min-IBI) dan Desain TEQ

Minimum Delay Spread (MDS).

2. Parameter performansi Desain TEQ yang diuji dan dibandingkan

adalah Bit Error Rate (BER).

3. Pengujian yang dilakukan adalah pada level simulasi.

I.6 Sistematika Penulisan

(20)

Bab I Pendahuluan 3

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang, identifikasi masalah,

perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah dan sistematika

penulisan.

BAB II : LANDASAN TEORI

Bab ini menguraikan tentang teori dasar mengenai modulasi

multicarrier, Orthogonal Frequency Division Multiplexing

(OFDM), Discrete Multi Tone (DMT), dan channel shortening

equalizer yang juga disebut sebagai time-domain equalizer (TEQ).

BAB III : PERANCANGAN

Bab ini menguraikan model sistem dan implementasi desain TEQ

Min-IBI dan MDS berkompleksitas rendah dan generalisasi desain

dengan fungsi bobot polinom yang berubah-ubah.

BAB IV : DATA DAN ANALISA

Bab ini menguraikan tentang hasil simulasi dan analisa hasil dari

program yang telah berhasil dibuat, serta pengujian terhadap

program tersebut.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini menguraikan tentang kesimpulan akhir dan saran-saran

untuk pengembangan lanjutan dari fast channel shortening dengan

(21)

Bab V Kesimpulan dan Saran

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengamatan dan analisa yang telah dilakukan, dapat

disimpulkan bahwa:

1. Desain MDS kurang cocok digunakan sebagai channel shortening untuk

sistem wireless, desain MDS lebih cocok untuk sistem wireline.

2. Desain Min-IBI cocok digunakan, baik pada sistem wireless maupun pada sistem wireline.

V.2. Saran

Adapun saran yang dapat berguna bagi pengembangan Tugas Akhir ini

selanjutnya adalah sebagai berikut:

1. Desain TEQ Min-IBI dan MDS perlu diuji menggunakan metoda lain yang

berbeda dari metoda dalam Tugas Akhir ini.

2. Desain TEQ Min-IBI dan MDS perlu diuji pada aplikasi-aplikasi lain

sistem multicarrier seperti DVB/DAB, PLC, radio satellite, dan aplikasi

(22)

Daftar Pustaka

DAFTAR PUSTAKA

1. Ahmad R.S. Bahai, Burton R. Saltzberg, Mustafa Ergen, Multi-Carrier

Digital Communications: Theory and Aplications of OFDM, 2004.

2. Bocuuzzi, Joseph, Signal Processing for Wireless Communications,

McGraw-Hill, 2008.

3. Charan, Langton, Orthogonal Frequency Division Multiplex, Complextoreal,

2004.

4. J. Wu, G. Arslan, B. L. Evans, Efficient Matrix Multiplication Methods to

Implement a Near-Optimum Channel Shortening Method for Discrete Multitone Transceivers, in Proc. IEEE Asilomar Conf. on Signals, Systems,

and Computers, Pacific Grove, CA, Nov. 2000, vol. 1, pp. 152-157.

5. Louis Litwin and Michael Pugel, The principles of OFDM, RF Signal

processing, 2001

6. Man-On Pun, Michele Morelli and C-C Jay Kuo, Multi-Carrier Techniques for

Broadband Wireless Communications, Communications and Signal Processing —

Vol.3, Imperial College Press 2007.

7. P. J. W. Melsa, R. C. Younce, and C. E. Rohrs, Impulse Response Shortening

for Discrete Multitone Transceivers, IEEE Trans. on Comm., vol. 44, pp.

1662-1672, Dec. 1996.

8. Richard K. Martin, C. Richard Johnson Jr., Adaptive Equalization:

Transitioning from single-carrier to multticarrier system, IEEE signal Proccessing Magazine, November 2005.