MULTIUSER DETEKTOR DS-CDMA DENGAN ALGORITMA DECORRELATOR (ANALYSIS OF DEGRADATION PERFORMANCE RESULT OF ERROR SYNCHRONIZATION FOR MULTIUSER DETECTOR DS-CDMA WITH
DECORRELATOR ALGORITM)
Rendyka Anasis¹, -²
¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom
Abstrak
Performa kinerja untuk mendeteksi sinyal yang diterima pada sistem DS-CDMA dibatasi oleh Multiple Access Interference (MAI), untuk mengurangi atau menekan pengaruh MAI tersebut dapat menggunakan teknik multiuser detection (MUD), salah satunya adalah multiuser detektor decorrelator.
Kinerja decorrelator bergantung pada ketepatan dalam mengestimasi MAI yang ditimbulkan oleh user lain. Caranya dengan perkalian matriks antara matriks crosscorelasi dengan invers matriks crosscorelasi. Tugas akhir ini membahas kinerja MUD decorrelator dibandingkan penerima konvensional baik pada kondisi sinkronisasi sempurna maupun sinkronisasi tidak sempurna,serta membahas seberapa tahan kemampuan MUD decorrelator jika terjadi error sinkronisasi di
lingkungan yang dipengaruhi AWGN dan Rayleigh Fading.
Pada kondisi sinkronisasi sempurna, kinerja decorrelator detector lebih baik daripada konvensional, baik dalam penambahan SNR maupun dalam penambahan kecepatan,sebagai contoh dalam mencapai target BER 10-3 pada 6 interferensi dan V=120 km/jam, decorrelator detector memberi perbaikan 17 dB dibandingkan penerima konvensional. Pada kondisi
sinkronisasi tidak sempurna,selama harga error sinkronisasinya dibawah titik saturasi, kinerja decorrelator detector masih lebih baik daripada konvensional. Namun bila error sinkronisasinya diperbesar lagi, kinerja decorrelator detector akan hampir sama/ bisa lebih buruk daripada konvensional.
Kata Kunci :
Abstract
Performance system to detect received signal in DS-CDMA is limited by Multiple access
Interference (MAI).To reduce of this interference can use one of kind multiuser detection (MUD), that is Decorrelator detector.
Performance of Detector is influence from appropriate to estimate MAI which cause from other user. To solve this problem can be used by looking for the crosscorelation value between Pseudo-noise code user. The purposes of my final task are compare between MUD decorrelator with conventional receiver at synchronous and asynchronous condition, and also to explain how the decorrelator performance system if there is error synchronization in AWGN channel and Multipath Reyleigh fading.
In receive synchronous system, performance of decorrelator system better than conventional receiver not only increasing SNR value but also increasing speed of user, for example to get BER10-3 on 6 interference user with V = 120 km/jam, performance decorrelator detector better 17 dB than performance conventional receiver. In receive asynchronous system as long as error synchronization below the saturation value, performance of decorrelator system still better than conventional receiver. But, when error synchronization is increased, performance of decorrelator system maybe is same with conventional receiver or worse than conventional receiver.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi komunikasi digital saat ini dituntut untuk dapat mentransmisikan suara maupun data berkecepatan tinggi. Berbagai penelitian sedang dikembangkan oleh organisasi-organisasi riset dan standar dunia untuk menyediakan sistem bagi komunikasi digital berkecepatan tinggi tersebut.
Salah satunya adalah Direct Sequence Code Division Multiple Access (DS-CDMA) merupakan metode akses jamak dengan teknologi spread spectrum.
Teknologi Spread Spectrum DS-CDMA adalah kandidat terkuat sebagai teknologi
multiple access bagi komunikasi digital berkecepatan tinggi.
Sinyal CDMA mengalami banyak gangguan sebelum sampai ke penerima. Gangguan-gangguan itu antara lain Multiple Access Interference (MAI), Near-far
Effect,Intersymbol Interference (ISI),Co-Channel Interference.
Beberapa teknik telah dikembangkan untuk mencapai hasil yang maksimum dalam menghadapi permasalahan di atas, misalnya penggunaan equalisasi kanal untuk mengatasi dispersi, power control untuk mengatasi near-far effect, Rake
receiver untuk mendapatkan keuntungan dari multipath dan multiuser detektor untuk
mengurangi MAI. Salah satu kombinasi ideal untuk menekan near-far effect, MAI
dan multipath efek pada sistem CDMA adalah kombinasi Rake receiver dan detektor
Multiuser.
Receiver DS-CDMA yang telah dikembangkan antara lain: conventional
receiver dan optimal receiver. Conventional receiver adalah receiver dengan
algoritma sederhana yang terdiri dari matched filters yang optimal hanya untuk user
tunggal dan lintasan tunggal (bila sinyalnya tidak ortogonal), tidak mampu mengatasi multipath fading dan MAI sehingga penggunaannya secara praktis tidak memungkinkan. Optimal Receiver yang diimplementasikan dengan algoritma Viterbi memiliki kompleksitas yang besar jika jumlah user meningkat sehingga aplikasinya sulit.
Berbagai penelitian telah dikembangkan untuk menemukan algoritma suboptimum yang memiliki kinerja mendekati optimum tetapi dengan tingkat kompleksitas yang tidak terlalu tinggi. Algoritma suboptimum itu antara lain
Cancellation (SIC) dan Parallel Interference Cancellation (PIC). Dalam Tugas Akhir ini, Multiuser Detektor yang akan dianalisis adalah detektor Decorrelator.
Decorrelator detektor memiliki kelebihan kompleksitas yang tidak terlalu
rumit. Decorrelator detektor membutuhkan data tentang timing yang tepat yang tergantung pada akurasi hasil proses sinkronisasi. Jenis MUD ini sangat tepat untuk mengatasi masalah efek near far sehingga dapat dipakai dalam optimasi performa pada skenario worst case MAI serta merupakan pendekatan optimal ketika daya tiap-tiap user tidak diketahui. Performansi decorrelator detektor menurun seiring dengan meningkatnya korelasi-silang antar user.
Error sinkronisasi terjadi karena penerima melakukan deteksi pada timing
yang tidak tepat akibat sinyal penerima tidak sinkron dengan sinyal yang dikirim.
Error sinkronisasi dapat disebabkan oleh Doppler-related frequency error yang
menyebabkan frekuensi carrier dan fase-kode tak sinkron. Error ini juga dapat ditimbulkan oleh posisi relatif antara pemancar dan penerima atau disebabkan perbedaan panjang lintasan propagasi (misalnya pada komunikasi dengan hamburan troposfer).
Selain penyebab eksternal, penyebab internal error sinkronisasi adalah temperatur perangkat dan perilaku kristal osilator yang dipakai. Sinkronisasi dapat dibedakan menjadi dua yaitu sinkronisasi carrier dan sinkronisasi kode. Dalam Tugas Akhir ini, error sinkronisasi yang akan dibahas adalah pada proses sinkronisasi kode.
1.2 Perumusan Masalah
Direct Sequence CDMA adalah teknik multiple akses yang kapasitas
sistemnya terbatasi oleh interferensi dari user lain atau Multiple Access Interference. Pemakaian detektor multiuser pada system Direct Sequence CDMA mampu menekan Multiple Access Interference (MAI) dan efek near-far.
Namun, agar dapat bekerja dengan optimal, MUD harus memiliki sinkronisasi yang akurat. Kesalahan pada proses sinkronisasi atau error sinkronisasi menyebabkan degradasi yang besar sehingga performansi detektor multiuser mendekati detektor konvensional dan MUD kehilangan sifat resistansinya terhadap MAI dan efek near-far. Untuk mengetahui unjuk kerja multiuser detektor, perlu
disimulasikan kinerja MUD pada kondisi multipath, noise dan terjadi error
sinkronisasi.
Multiuser Detektor yang akan dianalisis adalah decorrelator detektor pada sistem CDMA sinkron. Kanal yang digunakan adalah kanal lintasan jamak. Untuk kanal lintasan jamak, rake receiver digunakan untuk menerima sinyal dari dua lintasan yang berbeda. Dalam Tugas Akhir ini, konvensional detektor dipakai sebagai detektor pembanding terhadap decorrelator detektor.
1.3. Tujuan
Tujuan tugas akhir ini adalah:
1. Mendapatkan perbandingan kinerja antara teknik multiuser detektor
decorrelator dengan penerima konvensional, baik pada kondisi sinkronisasi
kode sempurna maupun kondisi sinkronisasi kode tidak sempurna.
2. Menganalisa degradasi akibat error sinkronisasi kode pada multiuser
detektor decorrelator untuk mengetahui ketahanan (titik jenuh) dari
decorrelator.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang digunakan dalam analisis dan simulasi Tugas Akhir ini adalah:
a. Simulasi dilakukan dengan skrip m-file pada Matlab 7.01.
b. Pemodelan sistem CDMA dilakukan pada arah uplink, yaitu : dari arah Mobile
Station (MS) ke Base Transceiver Station (BTS).
c. Pemodelan sistem DS-CDMA sinkron.
d. Simulasi dengan menggunakan model simulasi baseband.
e. Modulasi yang digunakan adalah modulasi BPSK.
f. Performansi sistem yang diamati adalah Bit Error Rate (BER) dan Signal to
Noise Ratio (SNR).
g. Performansi sistem yang diamati adalah Bit Error Rate (BER) dan Signal to
Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate (BER) dan Error Sinkronisasi (
20
Tc ).
h. Kanal propagasi yang dipakai dalam simulasi diasumsikan mengalami gangguan AWGN dan Rayleigh fading.
j. Intersymbol Interference (ISI) diasumsikan tidak ada.
k. Kode spreading menggunakan m-sequence dengan tap [4 3] untuk L=4, dimana masing-masing user diberikan kode spreading yang berbeda.
l. Estimasi parameter kanal dianggap sempurna.
m. Power control sempurna.
1.5 Metodologi Penelitian
Langkah-langkah yang akan dilakukan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Studi literatur tentang receiver pada DS-CDMA, cara kerja serta mekanisme yang dipakai.
2. Studi tentang sinkronisasi khususnya metode sinkronisasi pada sistem
direct-spread CDMA.
3. Membuat model pemancar DS-CDMA, penerima konvensional, MUD serta memodelkan tidak terjadi error dan terjadi error sinkronisasi pada proses
despreading.
4. Pembuatan simulasi MATLAB untuk pemancar, kanal,penerima.
5. Mensimulasikan model dengan tidak terjadi dan terjadi error sinkronisasi penerima konvensional dan MUD Decorrelator.
6. Analisis Hasil Simulasi 7. Penulisan Laporan.
1.6 Sistematika Pembahasan
Sistematika yang digunakan dalam penyusunan buku laporan Tugas Akhir ini adalah :
BAB I : PENDAHULUAN
Menjelaskan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan, metodologi, sistematika pembahasan dan relevansi Tugas Akhir.
BAB II : TEORI PENUNJANG
Bab ini menjelaskan tentang konsep dan teori metode Spread Spectrum, jenis-jenis Spread Spectrum, kode PN yang digunakan dalam proses spreading, proses penerimaan dan penghilangan kode sinyal CDMA serta sinkronisasi kode.
BAB III : MODEL SISTEM
Bab ini berisi mengenai pemodelan proses pengiriman sinyal CDMA dari pemancar sampai ke penerima serta model kanal yang digunakan.
BAB IV : ANALISA HASIL SIMULASI
Bab ini berisi hasil-hasil simulasi, grafik beserta analisa sesuai hasil simulasi.
BAB V : PENUTUP
Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan yang dapat diambil serta saran-saran yang dapat diberikan dari penulisan Tugas Akhir ini.
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi dan analisa, kesimpulan yang dapat diambil dari Tugas Akhir ini adalah :
1. Pada kondisi sinkronisasi sempurna, kinerja sistem akan semakin buruk ketika pergerakan user semakin cepat.Untuk mencapai BER 10-3 , pada 6 interferensi dengan V=30 km/jam,kinerja decorrelator semakin memburuk 10 dB dibandingkan kinerja decorrelator dengan kecepatan 0 km/jam, sedangkan pada V=120 km/jam kinerja decorrelator semakin memburuk 14 dB.
2. Pada kondisi sinkronisasi tidak sempurna, saat kecepatan yang sama, dengan penambahan nilai SNR mengakibatkan titik saturasi decorrelator
meningkat,artinya decorrelator detector lebih tahan terhadap error sinkronisasi.Sebagai contoh pada saat V=0 km/jam: titik saturasi meningkat 35% dari SNR=-7 dB sampai 17 dB.
3. Pada kondisi sinkronisasi tidak sempurna dan kecepatan yang bertambah, membuat sensitivitas terhadap error sinkronisasi pada decorrelator detector
semakin meningkat.Pada V=0 km/jam,SNR=17 dB,6 interferensi baru terjadi
error pada 45% Tc, pada V=30 km/jam,SNR=17 dB,6 interferensi terjadi error
pada 5% Tc, dan pada V=120 km/jam,SNR=17 dB,6 interferensi sudah terjadi error pada 0% Tc.
4. Pada kondisi sinkronisasi sempurna, kinerja decorrelator detector lebih baik daripada konvensional baik dalam penambahan SNR maupun dalam penambahan kecepatan.Hal ini disebabkan karena pada decorrelator, interferensi yang terjadi diestimasi dengan perhitungan besarnya akumulasi interferensi (crosscorelasi) yang disebabkan oleh user yang lainnya. Pada kondisi sinkronisasi tidak sempurna,selama harga error sinkronisasinya dibawah titik saturasi, kinerja decorrelator detector masih lebih baik daripada konvensional, namun bila error sinkronisasinya diperbesar lagi, kinerja decorrelator detector
5.2 Saran
Setelah menyelesaikan Tugas Akhir ini, saran yang dapat dilakukan untuk penelitian selanjutnya yaitu :
1. Perlu dianalisa Sistem DS-CDMA Asinkron untuk sistem penerima decorrelator. 2. Perlu dianalisa pula pengaruh error sinkronisasi pada multiuserdetector jenis lainnya,seperti: SIC, PIC dan MMSE.
3 Penggunaan algoritma adaptif lainnya seperti RMS,RLS untuk mendapatkan nilai threshold optimal.
4. Penggunaan channel coding untuk sistem penerima konvensional dan
decorrelator.
5. Penggunaan metode aquisisi dan tracking untuk mendeteksi error sinkronisasi pada sistem DS-CDMA.
