Gain Diversitas Untuk Meningkatkan Throughput Pada Sistem Komunikasi Wireless.

(1)

Universitas Kristen Maranatha i

ABSTRAK

Komunikasi digital dengan menggunakan Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) muncul sebagai salah satu terobosan yang sangat mengesankan untuk komunikasi modern dewasa ini. Teknologi ini memiliki kemampuan untuk memperbaiki masalah kapasitas trafik pada jaringan tanpa kabel yang sering disebut bottleneckdi masa depan.

Sistem MIMO menjadi topik yang sangat menarik untuk dibahas karena kemampuannya dalam mengatasi multipath fading yang selalu menjadi masalah dalam komunikasi tanpa kabel. Sistem MIMO memanfaatkan multipath fading sebagai kanal untuk mentransmisikan data dengan menggunakan duplikasi kode.

(2)

Universitas Kristen Maranatha ii

ABSTRACT

Digital communication using multiple input multiple output (MIMO) has recently emerged as one of the most significant technical breakthroughs in modern communications. This technology has an ability to resolve the bottleneck of traffic capacity in future Internet-intensive wireless networks.

MIMO system becomes an interesting topic to be studied because its capability to overcome multipath fading problem, which is always troublesome in wireless communication. The multipath fading is used as a channel to transmit duplication of codes.

(3)

Universitas Kristen Maranatha iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan pembuatan laporan tugas akhir yang berjudul “GAIN DIVERSITAS UNTUK MENINGKATKAN THROUGHPUT PADA SISTEM KOMUNIKASI WIRELESS”. Tanpa bantuan-Nya penulis tidak akan dapat menyelesaikan pembuatan tugas akhir ini. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu prasyarat akademis yang harus dilakukan dalam rangka menempuh program sarjana (S1) mahasiswa Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha.

Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan bimbingan, bantuan, pengarahan dan dukungan dalam banyak hal. Oleh karena itu, pada kesempatan ini tak lupa penulis juga ingin mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada:

1. Orang tua dan keluarga tercinta yang senantiasa memberikan dukungan moral maupun materi yang tiada henti.

2. Bapak Riko Arlando S. S.T., M.T., selaku dosen pembimbing pelaksanaan Tugas Akhir.

3. Bapak Ir. Aan Darmawan, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 4. Ibu Ir. Anita Supartono M.Sc., selaku Koordinator Tugas Akhir.

5. Bapak Tio Dewantho selaku dosen wali atas bimbingan, bantuan dan saran-sarannya.

6. Bapak Ir. Supartono, M.Sc., Bapak Drs. Zaenal Abidin, M.Sc., dan Ibu Ratnadewi, ST., MT. sebagai dosen penguji penulis pada seminar dan sidang. 7. Teman – teman penulis Mahar, Cipta, Lutfi, Widya, Evan, serta semua yang

(4)

Universitas Kristen Maranatha iv

8. Seluruh petugas Tata Usaha Fakultas Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha.

9. Seluruh petugas Laboratorium Fakultas Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha.

10. Seluruh petugas perpustakaan Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha. 11. Seluruh karyawan Universitas Kristen Maranatha.

12. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu di sini.

Penulis menyadari hasil Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan pesan yang bermanfaat untuk pengembangan lebih lanjut.

Bandung, Juli 2006

(5)

Universitas Kristen Maranatha v

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI ...v

DAFTAR TABEL... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR LAMPIRAN ... ix

BAB I PENDAHULUAN ...1

I.1. Latar Belakang ...1

I.2. Identifikasi Masalah ...2

I.3. Tujuan...2

I.4. Pembatasan Masalah ...2

I.5. Sistematika Penulisan...2

BAB II LANDASAN TEORI ...4

II.1. Teknik Spektral Tersebar ...4

II.2. Prinsip Dasar Multiple Input Multiple Output(MIMO)...5

II.3. Konsep Teori Informasi Pada MIMO ...5

II.3.1. Kanal Diketahui Pada Pengirim ...7

II.3.2. Kanal Tidak Diketahui Pada Pengirim...8

BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI SISTEM MIMO GAIN DIVERSITAS...9

III.1. Pemodelan Sistem MIMO ...9

III.2. Gain Diversitas...10

(6)

Universitas Kristen Maranatha vi

III.2.2. Teknik Penggabungan Diversitas...12

III.3. Skema Alamouti...15

III.4. Pemodelan Kanal Transmisi ...17

III.5. Pemodelan Kanal AWGN ...17

III.6. Binary Phase Shift Keying(BPSK) Mapper...18

III.7. Quadrature Phase Shift Keying(QPSK) Mapper...19

BAB IV ANALISA KINERJA SISTEM MIMO GAIN DIVERSITAS ...20

IV.1 Skema Simulasi Sistem MIMO ...20

IV.2 Hasil Simulasi Sistem MIMO...23

IV.2.1. Kanal Flat Fading...23

IV.2.2. Perubahan Jumlah Simbol ...23

IV.2.3. Perubahan Tipe Modulasi ...28

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...29

V.1 Kesimpulan...29

V.2 Saran...29

DAFTAR PUSTAKA

(7)

Universitas Kristen Maranatha vii

DAFTAR TABEL

(8)

Universitas Kristen Maranatha viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1. Diagram Blok Dari Sistem MIMO...5

Gambar III.1. Pemodelan Sistem MIMO secara umum...9

Gambar III.2. Skema Selective Combining...13

Gambar III.3. Skema Maximal Ratio Combining...14

Gambar III.4. Skema Equal Gain Combining...15

Gambar III.5. Model Kanal Secara Umum ...17

Gambar III.6. Pemodelan Kanal AWGN ...18

Gambar IV.1. Diagram Alir Simulasi Sistem MIMO ...20

Gambar IV.2. Diagram Alir Kanal Fading ...21

Gambar IV.3. Diagram Alir Kanal AWGN...22

Gambar IV.4. Gain Diversitas pada BPSK dan jumlah simbol 50000 ...23

Gambar IV.7. Gain Diversitas pada QPSK dan jumlah simbol 50000 ...25

(9)

Universitas Kristen Maranatha ix

DAFTAR LAMPIRAN

(10)

A-1

LAMPIRAN

KODE PROGRAM SISTEM MIMO MENGGUNAKAN

MATLAB 7.0.1.

nsymb = 100000;

modtype =

'psk'

;

%nsymb dan tipe modulasi dapat

diubah sesuai keinginan

Mary = 2;

dobiterr =

'no'

;

snr = 0:2:14;

mc = 10;

for

i_mc = 1:mc

for

i_s = 1:length(snr)

coment = sprintf(

'monte-carlo = %d, snr

= %d'

, i_mc, snr(i_s));

disp(coment);

% Kanal Fading

err1(i_mc,i_s)=

mrc(snr(i_s),nsymb,Mary,modtype,1,dobiterr);

err4(i_mc,i_s)=

err8(i_mc,i_s) =

% Kanal AWGN

errA(i_mc,i_s) =

kawgn(snr(i_s),nsymb,Mary,modtype);

end

(11)

A-2

figure;

semilogy(snr,BER1,

'r-+'

);

hold

on

;

semilogy(snr,BER4,

'g-o'

);

semilogy(snr,BER8,

'b-*'

);

semilogy(snr,BERA,

'c-x'

);

grid

on

;

hold

off

;

title(

'SER vs SNR untuk Modulasi BPSK'

);

legend(

'fading M=1'

,

'fading M = 4'

,

...

'fading M = 8'

,

'AWGN'

)

xlabel(

'SNR (dB)'

);ylabel(

'SER'

);

function

[err] = kawgn(snr,nsymb,Mary,modtype);

%Generate Data

%Possible Symbol Set

Set=[0:Mary-1]';

Smap=dmodce(Set,1,1,modtype,Mary);

%Generate Symbols

symb=randsrc(nsymb,1,[0:Mary-1]);

%Encode

msg=dmodce(symb,1,1,modtype,Mary);

%Noise Stats

Eav=Smap'*Smap/Mary;

NF=10^(snr/10);

S=sqrt(Eav/(2*NF));

noise=S*(randn(nsymb,1) + i*randn(nsymb,1));

msgN = msg + noise;

msgdet = ddemodce(msgN,1,1,modtype,Mary);

(12)

A-3

function

[err]=mrc(snr,nsymb,Mary,modtype,nRx,dobiterr);

%Routine that preforms simulations based on PSK

Mary modulation

%and using coding scheme G1 (note this means no

coding)

nTx=2;

%Generate Data

%Possible Symbol Set

Set=[0:Mary-1]';

Smap=dmodce(Set,1,1,modtype,Mary);

%Generate Symbols

symb=randsrc(nsymb,1,[0:Mary-1]);

%Encode

msg=dmodce(symb,1,1,modtype,Mary);

%Noise Stats

Eav=Smap'*Smap/Mary;

NF=10^(snr/10);

S=sqrt(nTx*Eav/(2*NF));

noise=S*(randn(nsymb,nRx) +

i*randn(nsymb,nRx));

H = sqrt(1/2).*(randn(nsymb,nRx) +

j*randn(nsymb,nRx));

for

ja=1:nRx

rx(:,ja) = H(:,ja).*msg + noise(:,ja);

end

% Combiner

S(length(msg),1)=[0];

for

re=1:nRx,

S = S + rx(:,re).*conj(H(:,re));

end

;

order = nTx*nRx;

%Preform maximum likelihood demodulation

if

order ~= 1

Hnorm = sum((H.*conj(H))');

(13)

A-4

else

Hnorm = H.*conj(H);

end

% change to be a column matrix

for

L=1:Mary

map(:,L) = Smap(L)*ones(length(S),1);

Con = (Hnorm - 1).* map(:,L) .*

conj(map(:,L));

est_S(:,L)= real((S -

map(:,L)).*conj(S-map(:,L)) + Con);

end

;

[A,B]=min(est_S');

Srec = (B - 1)';

% turn into a column

%compute error

switch

dobiterr

case

'no'

err=symerr(Srec,symb);

case

'yes'

(14)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Pada beberapa tahun ke depan, sistem wireless di Indonesia diperkirakan akan membutuhkan sarana komunikasi yang lebih kompleks dari sekarang dengan kebutuhan bandwidth yang lebih bervariasi, mulai dari bandwidth yang sempit (misal untuk komunikasi suara) sampai yang sangat lebar (misal untuk pengiriman

gambar/video), serta kebutuhan kualitas sinyal yang bervariasi pula. Untuk memenuhi kebutuhan pelanggan tersebut, dikembangkan/diteliti teknologi yang mendukung. Sejak tahun 1990-an telah mulai diteliti sistem Multiple Input Multiple Output (MIMO) yang memungkinkan diperoleh penggunaan efisiensi

bandwidth yang cukup besar, sehingga dapat memenuhi kebutuhan transmission bandwidthyang lebar.

Salah satu masalah dalam komunikasi tanpa kabel adalah adanya

multipath propagation. Efek multipath disebabkan oleh lingkungan kanal propagasi. Sinyal yang diterima oleh penerima merupakan penjumlahan dari sinyal langsung dan sejumlah sinyal terpantul dari berbagai objek. Multipath

dapat didefinisikan sebagai lintasan jamak dari sinyal informasi yang dikirimkan karena perbedaan jarak tempuh masing-masing sinyal yang dikirimkan, sehingga

dapat menyebabkan perbedaan fasa antara sinyal langsung dan sinyal terpantul. Ciri khas dari sistem MIMO adalah kemampuannya untuk mengubah

multipath propagation, yang biasanya bersifat merugikan pada transmisi tanpa kabel karena bisa menimbulkan random fading (naik turunnya level sinyal yang diterima oleh penerima), menjadi berguna. MIMO secara efektif mengambil

(15)

2

Universitas Kristen Maranatha

Skema transmisi melalui kanal MIMO saat ini terbagi menjadi dua kategori, yaitu data rate maximization dan diversity maximization, serta terdapat berbagai usaha untuk menggabungkan keduanya

I.2. Identifikasi Masalah

Bagaimana sistem MIMO dengan Gain Diversitas dapat meningkatkan throughput?

I.3. Tujuan

Mensimulasikan untuk menunjukkan bahwa sistem MIMO dengan Gain Diversitas dapat meningkatkan throughput dari komunikasi tanpa kabel.

I.4. Pembatasan Masalah

a. Menggunakan Gain Diversitas

b. Modulasi yang digunakan adalah BPSKdan QPSK

c.Jumlah antena yang dibatasi, yaitu masing-masing 2 buah pada bagian pengirim dan penerima.

I.5. Sistematika Penulisan

Untuk menguraikan topik, penulis membagi laporan Tugas Akhir ini secara sistematis menjadi beberapa bab, dengan uraian sebagai berikut :

o BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan tentang penguraian garis besar isi laporan Tugas Akhir yang berisi latar belakang, identifikasi masalah, tujuan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan.

o BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini menguraikan teori-teori yang digunakan sebagai alat bantu dan

(16)

3

Universitas Kristen Maranatha o BAB III PERANCANGAN DAN SIMULASI SISTEM MIMO GAIN

DIVERSITAS

Bab ini menguraikan tentang perancangan dan simulasi dari sistem

MIMO Gain Diversitas dalam tujuannya untuk meningkatkan throughput komunikasi tanpa kabel.

o BAB IV ANALISA KINERJA SISTEM MIMO GAIN DIVERSITAS

Bab ini memaparkan hasil penelitian dari penggunaan MIMO Gain Diversitas dalam meningkatkan throughput.

o BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan kesimpulan-kesimpulan yang dapat diambil dalam pelaksanaan penelitian ini beserta saran-saran yang dapat menunjang

(17)

29 Universitas Kristen Maranatha

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

Dari simulasi yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan :

o Sistem MIMO dengan Diversity Gaindapat meningkatkan throughput.

o Symbol Error Rate (SER) akan mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya jalur multipath fading.

o Pada modulasi BPSK, Symbol Error Rate (SER) mengalami penurunan lebih besar apabila dibandingkan dengan pada modulasi QPSK.

V.2. Saran

Adapun saran untuk tugas akhir ini adalah :

(18)

Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR PUSTAKA

1. Constantinides, Andreas, dan Shacham, Assaf, MIMO Wireless Systems, Mei, 2004

2. Foschini, Gerard J., dan Michael J. Gans, On limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas, Wireless Pers. Communications, Vol 6, pp. 311-335, Maret 2003

3. Geng, Suiyan, Overview Of MIMO Radio channels, Helsinski University Of Technology, May 2004

4. Gesbert, David., Mansoor Shafi, Da-shan Shiu, Peter J. Smith, dan Ayman Naguib, From Theory to Practice: An Overview of MIMO Space-Time Coded Wireless System, IEEE Journal On Selected Areas In communications, Vol 21, No 3, April 2003

5. Goldsmith, Andrea, Wireless Communication, Cambridge University Press, 2005 6. Hsu, Hwei P., Theory And Problems Of Analog And Digital Communications,

Schaum’s Outline Series, McGraw-Hill International Editions, Singapura, 1993

7. I.E. Telatar, Capacity of multiantenna Gaussian channels, Eur. Trans. Communication, vol 10, no 6, pp. 585-595, 1999

8. Jingxian, Wu, Dr, CES 544 Wireless Communications Diversity, Dept. of Engineering Science, Sonoma State University, Januari 2006

9. Mecklenbräuker, C., dan Zemen, T., MIMO Communications (389.094), Lecture 4, November 2005

10. Petre, Frederik., Bart Van Poucke, Andre Bourdoux, dan Liesbet Van der Perre, MIMO-OFDM for High-Speed WLANs, Januari 2004

11. Ranvier, Sylvain., Overview Of MIMO System

(19)

Universitas Kristen Maranatha 13. Sebastien de la Kethulle, An Overview of MIMO Systems in Wireless

Communications, September 2004

14. Tjondronegoro, Suhartono, Space Time Block Coding Untuk Wireless Communications, Laboratorium Telekomunikasi Radio dan Gelombang Mikro, Departemen Teknik Elektro, ITB, 2003