EVALUASI KINERJA TEKNIK ADAPTIVE MODULATION AND CODING (AMC) PADA MOBILE WiMAX MIMO-OFDM. Didit Wahyudi

(1)

EVALUASI KINERJA TEKNIK

ADAPTIVE MODULATION AND CODING (AMC)

(

)

PADA MOBILE WiMAX MIMO-OFDM

Didit Wahyudi

2208 100 675

Dosen Pembimbing : Bpk Dr Ir Wirawan DEA

Dosen Pembimbing : Bpk. Dr. Ir. Wirawan, DEA

(2)

Latar Belakang

• Akses komunikasi wireless yang cepat, fleksibel dan

reliable sangat dibutuhkan untuk mendukung teknologi

informasi dan multimedia yang semakin berkembang

informasi dan multimedia yang semakin berkembang.

• Salah satu inovasi untuk memenuhi hal tersebut adalah

teknologi mobile WIMAX.

• Tetapi kondisi kanal pada komunikasi wireless yang

selalu berubah-ubah sangat berpengaruh terhadap

selalu berubah ubah sangat berpengaruh terhadap

performansi sistem jika tidak digunakan modulasi dan

koding yang tepat, yang paling sesuai dengan kondisi

kanal.

(3)

Rumusan Masalah

• Apakah penerapan teknik Adaptive Modulation

and Coding (AMC) pada mobile WIMAX dapat

meningkatkan kapasitas kanal dengan cara

menekan nilai BER yang terjadi pada data yang

dikirimkan sehingga dapat meningkatkan

(4)

Batasan Masalah

P i bil WIMAX di ik

• Parameter-parameter sistem mobile WIMAX disesuaikan dengan standar IEEE 802.16e.

• Teknik MIMO yang digunakan adalah 2x2 Space-Time BlockTeknik MIMO yang digunakan adalah 2x2 Space Time Block Coding (STBC).

• Modulasi yang digunakan untuk membangun skema modulasi adaptif adalah modulasi QPSK, 16-QAM, dan 64-QAM.

• Kanal yang digunakan dalam simulasi adalah kanal fading yang terdistribusi Reyleigh

terdistribusi Reyleigh.

• Pengkodean kanal yang dipakai dalam simulasi adalah pengkodean konvolusi.

• Pengamatan dilakukan terhadap nilai BER yang terjadi pada setiap nilai SNR yang terjadi di kanal.

(5)

Tujuan

• Mengkaji sistem mobile WIMAX yang

mengakomodasi standar IEEE 802.16e dengan

menggabungkan skema modulasi adaptif

sebagai upaya peningkatan performansi sistem,

yaitu menekan nilai BER yang terjadi pada

(6)

WiMAX

W ld id I t

bilit f

Mi

A

• Worldwide Interoperability for Microwave Access

• Standart Broadband Wireless Access dengan

kemampuan menyediakan layanan data

berkecepatan tinggi.

• Komersialiasi dari standar IEEE 802.16

• Tekonologi WiMax merupakan pengembangan

Tekonologi WiMax merupakan pengembangan

dari teknologi WiFi yang didisain untuk kondisi

non-LOS ( non-Line Of Sight ).

(7)

Perkembangan WiMAX

(8)

MIMO

• Pada kondisi normal, keberadaan lintasan jamak pada komunikasi wireless bersifat merugikan sebab dapat menimbulkan fading.

menimbulkan fading.

• Sistem MIMO mampu memanfaatkan keberadaan lintasan p jamak ini untuk menciptakan sejumlah kanal ekivalen yang seolah-olah terpisah satu sama lain.

• Aplikasi MIMO dapat diarahkan untuk mencapai dua tujuan yang berbeda yang diwujudkan dalam dua teknik:

yang berbeda yang diwujudkan dalam dua teknik:

– Multipleks spasial (SM) : mencapai kapasitas kanal yang besar

– Pengkodean ruang-waktu (STC) : mendapatkan kualitas sinyal setinggi ki d f tk t k ik di it d d

mungkin dengan memanfaatkan teknik diversity pada pemancar dan penerima

(9)

MIMO

Jika sinyal yang dikirimkan antena pemancar adalah x1, x2, y y g p , ,

x3,…..,xn, maka sinyal yang diterima oleh antena sisi penerima adalah: h + h + + h r₁ = h₁₁x₁ + h₁₂x₂ + ….+ h_1Nx_N r₂ = h₂₁x₁ + h₂₂x₂ + ….+ h_2Nx_N ….. r_N = h_N1x₁ + h_N2x₂ + ….+ h_NNx_N

(10)

MIMO

• Secara umum dapat digabungkan ke dalam suatu

persamaan, yaitu:

∑ = = K k t k x t lk h t l r 1 ) ( ) ( ) (

• Menghasilkan model sinyal sederhana sistem MIMO:

)

(

)

(

)

(

t

H

t

x

t

r

=

• Untuk semua sinyal, digunakan notasi matriks:

⎟ ⎞ ⎜ ⎛ ⎟ ⎞ ⎜ ⎛ ⎟ ⎞ ⎜ ⎛ x₁ (t) r₁ (t) h₁₁ (t) h₁₂ (t) L h₁_K (t) ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ = = = ) ( ) ( 2 ) ( 1 ) ( 2 ) ( 22 ) ( 21 ) ( , ) ( ) ( 2 ) ( , ) ( ) ( 2 ) ( t LK h t L h t L h t K h t h t h t H t L r t r t r t L x t x t x L M O M M L M M

• Cara mendapatkan kembali sinyal yang dikirim:

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1 1

t

x

t

x

t

H

t

H

t

r

t

H

−

(

)

(

)

=

−

(

)

(

)

(

)

=

(

)

(11)

Space Time Block Coding (STBC)

(12)

OFDM

O (O

• Prinsip dasar OFDM (Orthogonal Frequency Division

Multiplexing) adalah transmisi data secara paralel dimana setiap saluran menggunakan subcarrier yang saling

setiap saluran menggunakan subcarrier yang saling orthogonal satu sama lain.

• Teknologi Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) merupakan teknik yang sangat efisien untuk mengatasi efek propagasi NLOS

mengatasi efek propagasi NLOS.

• Penerapan OFDM akan membuat simbol yang terkirim tahanPenerapan OFDM akan membuat simbol yang terkirim tahan terhadap delay spread, karena durasi simbol jauh lebih besar dibandingkan dengan delay spread-nya.

(13)

OFDM

(14)

Penambahan Cyclic Prefix

• Berfungsi untuk

meminimalkan atau

bahkan menghilangkan

efek delay spread yang

dapat mengakibatkan ISI.

p

g

(15)

Adaptif Modulation and Coding (AMC)

• Teknik AMC menggunakan skema modulasi dan coding

yang berubah-ubah sesuai dengan kondisi kanal (SNR)

• Bila kondisi kanal membaik, maka skema modulasi orde

besar bisa digunakan untuk memperbesar kapasitas

kanal. Namun bila terjadi fading, WiMAX akan

beradaptasi dengan cara mengubah skema modulasi

be adap as de ga ca a

e guba s e a

odu as

yang levelnya lebih rendah sehingga kontinuasi link

komunikasi dan performansi sistem tetap terjaga.

(16)

Adaptif Modulation and Coding (AMC)

Pada lapisan fisik WiMAX dikenal 4 tipe modulasi yaitu: Pada lapisan fisik WiMAX, dikenal 4 tipe modulasi, yaitu:

¾ BPSK : paling robust terhadap kondisi kanal, sehinggaS pa g obust te adap o d s a a , se gga sesuai untuk pinggiran sel.

¾ QPSK : cukup robust dengan kemampuan membawa laju data dua kali lebih banyak dibanding BPSK.

¾ 16 QAM : efisiensi spektrum cukup tinggi dengan tingkat robustness yang lebih bagus dari 64 QAM

robustness yang lebih bagus dari 64 QAM.

¾ 64 QAM : paling efisien penggunaan spektrumnya tetapi kurang robust, sehingga hanya sesuai untuk radius yang g , gg y y g dekat dengan BTS.

(17)

Adaptif Modulation and Coding (AMC)

(18)

Adaptif Modulation and Coding (AMC)

• Secara skematik, tipe modulasi dapat dipetakan ke

dalam radius sel sebagaimana gambar berikut:

(19)

Adaptif Modulation and Coding (AMC)

(20)

Blok Diagram Sistem

(21)

Parameter Sistem

PARAMETER SIMBOL KETERANGAN

Bandwidth BW 5 MHz

FFT size N_FFT_FFT 512 Jumlah subcarrier data N_used 360 Jumlah subcarrier pilot 60 Jumlah subcarrier null 92 Jumlah subcarrier null 92

Faktor sampling N 144/125 Subcarrier spacing ∆f 10,94 KHz Useful symbol time t_s 91,41 μs Rasio guard interval G 1/8

Guard interval T_G_G 11,42 μs, μ OFDM symbol time T_s 102,9 μs

Jenis modulasi digital QPSK, 16-QAM, 64-QAM

Channel coding FEC (Foward Error Correction) Channel coding FEC (Foward Error Correction)

(22)

Bagian Transmitter

(23)

Teknik MIMO

(24)

Pemodelan Kanal

• Kanal transmisi realistis

– AWGN - divariasikan dengan SNR

– Rayleigh Fading – divariasikan dengan kecepatan

(25)

Perencanaan Teknik AMC

BURST

PROFILE MODULASI RS code

CC coderate Overall coderate 0 BPSK (12,12,0) 1/2 1/2 1 QPSK (32,24,4) 2/3 1/2 2 QPSK (40 36 2) 5/6 3/4 2 QPSK (40,36,2) 5/6 3/4 3 16-QAM (64,48,4) 2/3 1/2 4 16-QAM (80 72 4) 5/6 3/4 4 16 QAM (80,72,4) 5/6 3/4 5 64-QAM (108,96,6) 3/4 2/3 6 64-QAM (120,108,6)( , , ) 5/6 3/4

(26)

Bagian Receiver

(27)

Pengaruh Eb/No

(

*

)

10 l

(

)

l

10

b

d

k

E

S

10 log

(

*

)

10 log(

)

0 sampling b

n

coderate

k

N

SNR

=

+

Eb/No = 10 dB

Eb/No = 20 dB

(28)

Pengaruh Kecepatan

⎞

⎛

_ϕ

λ

⎟

_⎠

*

cos

⎞

⎜

⎝

⎛

=

v

doppler

F

v = 0 m/s

v = 10 m/s

v 0 m/s

v 10 m/s

(29)

Pengaruh Coding (QPSK)

(30)

Pengaruh Coding (16-QAM)

Pengaruh Coding (16 QAM)

(31)

Pengaruh Coding (64-QAM)

Pengaruh Coding (64 QAM)

(32)

AMC vs Single Modulation

(33)

Kesimpulan

T k ik Ad ti M d l ti d C di (AMC) d t i k tk • Teknik Adaptive Modulation and Coding (AMC) dapat meningkatkan

performansi sistem mobile WiMAX pada kondisi kanal yang buruk maupun kanal yang baik dengan cara memilih tipe modulasi dan

coding yang sesuai dengan kondisi kanal sehingga didapatkan

performansi nilai BER yang terbaik.

• Tipe modulasi dengan orde rendah sangat baik digunakan untuk p g g g

kondisi kanal yang buruk karena sangat tahan terhadap noise dan efek

multipath fading, contohnya QPSK.

• Tipe modulasi dengan orde tinggi sangat baik digunakan untuk kondisiTipe modulasi dengan orde tinggi sangat baik digunakan untuk kondisi kanal bagus karena memiliki transfer rate yang tinggi, contohnya 64-QAM.

• Penggunaan Error Control Coding (ECC) juga berfungsi untuk • Penggunaan Error Control Coding (ECC) juga berfungsi untuk

menekan nilai BER sehingga memperbaiki performansi kerja sistem pada semua kondisi kanal. Semakin besar perbandingan nilai coderate

coding yang digunakan maka kemampuan untuk menekan nilai BER coding yang digunakan, maka kemampuan untuk menekan nilai BER

(34)

Saran

• Permodelan kanal wireless yang digunakan

bisa diganti dengan kanal wireless yang lebih

sesuai dengan kanal wireless yang sebenarnya,

seperti model kanal street canyon, COST 231,

(35)

Daftar Pustaka

[1] Zerrouki, Hadj dan Feham, Mohamed, “High Throughput of WiMAX

MIMO-OFDM Including Adaptive Modulation and Coding”, International Journal of Computer Science and Information Security. Tlemchen, Algeria:2010.

[2] Glisic, Savo G, “Advanced Wireless Networks 4G Technologies”, John Wiley & Sons Ltd, Chichester:2006.

[3] Kwang-Cheng, Chen dan De Marca, J. Roberto B. “Mobile WiMAX”, John Wiley & Sons Ltd. Chichester:2008.

[4] K¨uhn, Volker, “Wireless Communications over MIMO Channels, Applications to CDMA and Multiple Antenna Sistems”, John Wiley & Sons

Ltd. Chichester:2006.

[5] Prasad, Ramjee. “OFDM For Wireless Communications Sistems”, Artech House, Inc. London:2004.

[6] Suryana, Joko, “Advanced Technique: Modulasi Adaptif Pada WiMAX”, STEI ITB:2006.

[7] IEEE Standar for Local and Metropolitan Area Network. Part 16: Air Interface For Fixed Broadband Wireless Access System. 802.16-e

(36)