i
IMPLEMENTASI ALGORITMA SINKRONISASI UNTUK
SISTEM OFDM PADA DSK TMS320C6713
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh : Nur Ibrahim
13204067
Laporan Tugas Akhir ini telah diterima, diperiksa, dan disahkan sebagai kolokium untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar
SARJANA TEKNIK ELEKTRO pada
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Bandung, Juni 2009
Telah diperiksa, disetujui dan disahkan oleh Dosen Pembimbing
Dr. Effrina Yanti Hamid, ST.MT. NIP 132163651
ii
ABSTRAKSI
IMPLEMENTASI ALGORITMA SINKRONISASI UNTUK SISTEM OFDM PADA DSK TMS320C6713
Sistem OFDM merupakan sistem yang populer saat ini serta diajukan untuk transmisi Next Generation Network. Beberapa penelitian mengimplementasikan sistem OFDM menggunakan platform pengembangan DSP yaitu DSK TMS320C6713. Salah satu bagian yang krusial agar proses transfer data dapat berjalan dengan baik adalah sinkronisasi. Pada tugas akhir ini akan diimplementasikan algoritma sinkronisasi untuk sistem OFDM pada DSK TMS320C6713.
Metoda sinkronisasi yang digunakan adalah dengan menggunakan cyclic
prefix dan dengan menggunakan pilot symbol. Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam
tugas akhir ini antara lain adalah menyisipkan fungsi sinkronisasi pada coding receiver, mengimplementasikan sistem OFDM pada DSK TMS320C6713, mengevaluasi kompleksitas dari masing-masing algoritma sinkronisasi berdasarkan hasil pengamatan, serta membandingkan performansi masing-masing sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi yang berbeda.
Berdasarkan hasil pengamatan dan evaluasi, metoda sinkronisasi dengan menggunakan cyclic prefix memiliki kompleksitas yang lebih rendah dibandingkan dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol. Hal ini dapat dilihat dari memori yang digunakan dan waktu eksekusi proses sinkronisasi yang dibutuhkan dengan menggunakan cyclic prefix lebih sedikit dibandingkan dengan menggunakan
pilot symbol. Pada metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix, Semakin panjang
ukuran cyclic prefix ,maka waktu untuk eksekusi proses sinkronisasi pun semakin besar. Sedangkan pada metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol, semakin panjang ukuran pilot symbol, maka semakin besar waktu yang dibutuhkan untuk eksekusi proses sinkronisasi. Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan
pilot symbol memiliki performansi yang lebih baik dibandingkan dengan sistem OFDM
dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix.
iii
ABSTRACT
SYNCHRONIZATION ALGORITHM IMPLEMENTATION FOR OFDM SYSTEM AT DSK TMS320C6713
Nowadays, OFDM system is one of the popular systems. Several researches use DSP develepoment platform, DSK TMS320C6713, to implementation OFDM system. In order to have data transfer process could work properly, One of crucial problem is synchronization. In this final project, synchronization algorithm for OFDM system will be implemented at DSK TMS320C6713.
Synchronization methods that will be used is synchronization method using cyclic prefix and synchronization method using pilot symbol. Several steps that has been done in this final project is inserting synchronization function into coding receiver, implementing OFDM system into DSK TMS320C671, evaluating the complexity of each method, and comparing performance of each OFDM system which use different synchronization method.
From observation and evaluation result, synchronization method using cyclic prefix have lower complexity. It can be seen from used memory and time consumed for synchronization process using cyclic prefix that fewer than using pilot symbol. OFDM system with synchronization method using pilot symbol have better performance than OFDM system with synchronization method using cyclic prefix
iv
KATA PENGANTAR
Assalammu’alaikum Warohmatullahi Wabarakatuh.
Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT, karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir yang berjudul ‘Implementasi Algoritma Sinkronisasi Untuk Sistem OFDM Pada DSK TMS320C6713’.
Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan pendidikan tingkat sarjana di Program Studi Teknik Elektro, Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung. Pengerjaan tugas akhir ini bertujuan untuk menambah wawasan dan ilmu penulis mengenai metoda sinkronisasi pada sistem OFDM dan penggunaan DSK TMS320C6713 dalam pemrosesan real-time.
Dalam mengerjakan tugas akhir ini, penulis mendapatkan bantuan, motivasi dan masukan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Ibu Dr. Effrina Yanti Hamid, ST.MT, selaku pembimbing penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. Terima kasih atas segala ilmu, pengetahuan, dorongan, masukan, dan waktu yang senantiasa Ibu berikan dengan tanpa pamrih sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
2. Bapak penulis, Rachmat Harimurti, dan Mama, Eha Julaeha, yang senantiasa memberikan cinta, kasih sayang, motivasi serta doa yang tak pernah putus untuk penulis. Tak lupa untuk adik-adik penulis, Nur Muhammad Karim dan Nur Muhammad Azis.
3. Seluruh staff dosen dan tata usaha Program Studi Teknik Elektro ITB.
4. Sahabat – sahabat penulis, Ferdi, Dwi Pambudi, Amalia, Irsalina, Fina, Dimas dan keluarga, Fitri, Renita, Agung, Fajar, Afif, Vika, Anto, Devi, Devid, Edit, Riri, Puput, Ayu, Dito, Shinta, Anggaditya, Heldi, Ibu-ibu EL’04 lainnya dan segenap keluarga besar Teknik Elektro Angkatan 2004 lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas persahabatan yang indah yang terjalin selama ini. Terima kasih pula atas dukungan dan semangat yang diberikan sehingga penulis dapat mengikuti sidang sebagai persyaratan kelulusan. Mari kita jaga silaturahmi yang indah ini selamanya. Dan tak lupa sahabat penulis lainnya, Rachmani F.A.
v
dan keluarga, Juju Juarsih, Mufraeli, Yahya, Bebeh, Luky, Ajeng, Setyo dan segenap anggota Keluarga Remaja Islam Salman (KARISMA) ITB dan SMAN 3 Bandung Angkatan lulus 2004.
5. Segenap pihak lain yang tidak sempat penulis sebutkan.
Penulis menyadari bahwa isi yang terkandung dalam laporan ini masih sangat sederhana dan jauh dari kesempurnaan. Untuk itu kritik dan saran yang bersifat konstruktif sangat penulis harapkan. Semoga laporan ini tidak hanya bermanfaat bagi penulis tapi juga bagi siapa saja yang meluangkan waktu membaca laporan ini. Wassalammu’alaikum Warohmatullahi Wabarokatuh.
Bandung, Juni 2009
vi
DAFTAR ISI
ABSTRAKSI ... ii ABSTRACT ... iii KATA PENGANTAR ... iv DAFTAR ISI ... vi DAFTAR GAMBAR ... ixDAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR SINGKATAN ... xiii
BAB 1 ... 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan ... 1 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Metodologi Penelitian ... 2 1.5 Sistematika Penulisan ... 3 BAB 2 ... 4 DASAR TEORI ... 4 2.1 Modulasi Multicarrier ... 4
2.2 Garis Besar Sistem OFDM ... 6
2.2.1 Convolutional Coding dan Viterbi Decoding ... 9
2.2.2 Interleaving dan Deinterleaving ... 10
2.2.3 Mapping dan Demapping ... 11
2.2.4 IFFT dan FFT ... 11
2.2.5 Estimasi Kanal ... 16
2.2.6 Cyclic Prefix ... 19
2.2.6 Upsampling dan Pulse Shaping Filter ... 20
2.3 Sinkronisasi ... 21
2.3.1 Sinkronisasi dengan metode menggunakan cyclic prefix . 21 2.3.2 Sinkronisasi dengan metode menggunakan pilot symbol . 23 2.3.2.1 Struktur Frame ... 23
vii 2.3.2.2 Protokol Transmisi ... 24 2.3.2.3 Training Sequence ... 25 2.3.2.4 Length Frame ... 26 2.3.2.5 Pilot Frame ... 26 BAB 3 ... 28 IMPLEMENTASI DSP ... 28 3.1 Pengenalan DSK TMS320C6713 ... 28 3.1.1 Arsitektur DSK TMS320C6713 ... 29 3.1.2 Peta Memori DSK TMS320C6713 ... 31 3.1.3 Fitur-fitur DSK TMS320C6713 ... 32 3.1.3.1 Memori Flash ... 32 3.1.3.2 SDRAM ... 33
3.1.3.3 AIC23 Stereo Codec ... 33
3.1.3.4 Daughter Card Interface ... 34
3.1.3.5 Complex Programmable Logic Device (CPLD) . 34 3.1.3.6 Voltage Power Supply +5 Volt ... 35
3.1.3.7 LED dan DIP switch ... 35
3.2 Code Composer Studio ... 35
3.3 Mekanisme Transfer Data ... 36
3.3.1 DSP Berbasis Sample dan DSP Berbasis Frame ... 36
3.3.2 Triple Buffering ... 37
3.3.3 Direct Memory Access ... 39
3.4 Desain Sistem OFDM ... 39
3.4.1 Transmitter ... 40
3.4.2 Receiver ... 40
3.5 Arsitektur Sistem OFDM pada Layer Pemrosesan Sinyal ... 41
3.5.1 Mapping ... 41 3.5.1.1 Constellation Mapper ... 41 3.5.1.2 Channel Mapper ... 43 3.5.2 IFFT ... 43 3.5.3 FFT ... 45 3.5.4 Demapping ... 46
viii
3.5.4.1 Channel Demapper ... 46
3.5.4.2 Constellation Demapper ... 48
3.5.5 Sinkronisasi ... 49
3.5.5.1 Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix... 49
3.5.5.2 Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol ... 51
BAB 4 ... 52
PENGUJIAN DAN EVALUASI ... 52
4.1 Pengujian ... 52
4.1.1 Pengujian hasil simulasi pengiriman data ... 52
4.1.2 Pengamatan Bentuk Sinyal ... 53
4.2 Evaluasi Kompleksitas ... 54
4.2.1 Evaluasi waktu eksekusi proses sinkronisasi ... 54
4.2.1.1 Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix ... 54
4.2.1.2 Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix ... 64
4.2.2 Evaluasi memori yang digunakan untuk proses sinkronisasi ... 67
4.3 Performansi... ... 67
4.3.1 Sistem OFDM dengan BPSK mapper ... 68
4.3.2 Sistem OFDM dengan QPSK mapper ... 68
4.3.2 Sistem OFDM dengan QPSK mapper ... 69
4.3.2 Sistem OFDM dengan QPSK mapper ... 69
BAB 5 ... 70
KESIMPULAN DAN SARAN ... 70
5.1 Kesimpulan ... 70
5.2 Saran ... 71
DAFTAR PUSTAKA ... 72
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Carrier dibagi menjadi beberapa subcarrier `` 4
Gambar 2.2 Spektrum Frekuensi OFDM 5
Gambar 2.3 Perbandingan antara SCM, MCM dan OFDM [1] 5 Gambar 2.4 Sistem OFDM berbasis Discrete Fourier Transform 6 Gambar 2.5 Teknik modulasi OFDM dapat dilakukan dengan IDFT di
transmitter 8
Gambar 2.6 Teknik demodulasi OFDM dapat dilakukan dengan DFT di
receiver 9
Gambar 2.7 Convolution coding [2] 9
Gambar 2.8 Interleaving [2] 11
Gambar 2.9 Karakteristik twiddle factor 12
Gambar 2.10 FFT Decimation-in-time 8-point 16
Gambar 2.11 Model Sistem dengan sinyal-sinyal 16
Gambar 2.12 Tiga diagram penempatan pilot yang berbeda [3] 18
Gambar 2.13 Struktur cyclic prefix 19
Gambar 2.14 Korelasi antara deretan M sampel terakhir dengan cyclic prefix [3] 21
Gambar 2.15 Aliran data pada sistem OFDM 21
Gambar 2.16 Timing synchronization 22
Gambar 2.17 Frame OFDM 23
Gambar 2.18 Permulaan transmisi OFDM [5] 24
Gambar 2.19 Protokol transmisi [5] 25
Gambar 2.20 Struktur dari training sequence [5] 25
Gambar 3.1 Komponen dasar Sistem DSP 28
Gambar 3.2 Diagram blok DSK TMS320C6713 [3] 30
Gambar 3.3 Bentuk fisik DSK TMS320C6713 [3] 31
Gambar 3.4 Peta memori DSK TMS320C6713 [3] 32
Gambar 3.5 Interface codec pada DSK TMS320C6713 33
Gambar 3.6 Pemrosesan DSP berbasis sampel 37
x
Gambar 3.8 Struktur Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan
cyclic prefix 39
Gambar 3.9 Struktur Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan
pilot symbol 39
Gambar 3.10 Konstelasi QPSK Mapper 42
Gambar 3.11 Proses QPSK Mapper 42
Gambar 3.12 Proses Channel Mapper 44
Gambar 3.13 Proses IFFT 45
Gambar 3.14 Proses FFT 46
Gambar 3.15 Proses Channel Demapper 47
Gambar 3.16 Proses QPSK Demapper 48
Gambar 3.17 Diagram alir receiver pada mode start-up 49
Gambar 3.18 Pendeteksian energi di receiver 49
Gambar 3.19 Sebuah frame OFDM diletakkan di tengah-tengah buffer DSP [5] 50 Gambar 3.20 Metoda sinkronisasi ini menggunakan korelasi antara
training sequence dengan sinyal output dari filter 51
Gambar 3.21 Contoh Hasil Korelasi 51
Gambar 4.1 Tampilan CCS untuk data yang dikirim 52
Gambar 4.2 Tampilan CCS untuk data yang diterima 53 53 Gambar 4.3 Tampilan CCS untuk data yang dikirim dan diterima 53 Gambar 4.4 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 64 54 Gambar 4.5 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada
OFDM 64 55
Gambar 4.6 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 128 56 Gambar 4.7 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada
OFDM 128 56
Gambar 4.8 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 256 58 Gambar 4.9 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada
OFDM 256 58
Gambar 4.10 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 512 60 Gambar 4.11 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada
xi
Gambar 4.12 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 1024 63 Gambar 4.13 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada
OFDM 1024 63
Gambar 4.14 Hubungan antara pilot symbol dengan clock pada OFDM 512 64 Gambar 4.15 Hubungan antara pilot symbol dengan waktu eksekusi pada
OFDM 512 65
Gambar 4.16 Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan BPSK
mapper 68
Gambar 4.17 Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan QPSK
mapper 68
Gambar 4.18 Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan 8-QAM
mapper 69
Gambar 4.19 Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan 16-QAM
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Bit-reverse untuk FFT 8-point 15
Tabel 3.1 Mekanisme Triple Buffering 38
Tabel 4.1 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 64 54 Tabel 4.2 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 128 55 Tabel 4.3 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 256 57 Tabel 4.4 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 512 59 Tabel 4.5 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 1024 61 Tabel 4.6 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 512 64
xiii
DAFTAR SINGKATAN
CCS Code Composer Studio
CP Cyclic Prefix
DFT Discrete Fourier Transform
DSK DSP Starter Kit
DSP Digital Signal Processor
EDMA Enhanced Direct Memory Access FFT Fast Fourier Transform
ICI Intercarrier Interference
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform IFFT Inverse Fast Fourier Transform ISI Intersymbol Interference ISR Interrupt Service Routine JTAG Joint Test Action Group
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PC Personal Computer
QAM Quadrature Amplitude Modulation USB Universal Serial Bus
