Analisis Nilai Bit Error Rate pada Sistem MIMO MC-CDMA dengan Teknik Alamouti-STBC
Oleh Sekar Harlen NIM: 612010009
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
i
INTISARI
Pada sistem komunikasi nirkabel, pengiriman dan penerimaan informasi sering mengalami efek peredupan jalur jamak pada kanal yang dilalui. Akibatnya, banyak data yang diterima mengalami kesalahan. Untuk mengatasi kendala ini diperlukan sistem komunikasi yang dapat meminimalkan kesalahan penerimaan data, untuk itu digunakan sistem Multiple Input Multiple Output Multicarrier-Code Division Multiple Access (MIMO MC-CDMA) yang mampu mengirimkan informasi dengan banyak subpembawa melalui antena jamak.
Pada skripsi ini disimulasikan sistem MIMO MC-CDMA dengan teknik Alamouti Space Time Block Code (STBC) menggunakan dua antena pengirim dan dua antena penerima untuk mendapatkan nilai Bit Error Rate (BER). Parameter simulasi yang digunakan yaitu jumlah pengguna, frekuensi Doppler, dan jumlah subpembawa. Sebagai pembanding, nilai BER sistem MIMO MC-CDMA akan dibandingkan dengan nilai BER sistem MC-CDMA. Simulasi sistem menggunakan software Matrix Laboratory (MATLAB) 7.1.
Dari hasil simulasi yang telah dilakukan, berdasarkan perolehan nilai BER, sistem MIMO MC-CDMA memiliki kinerja sistem yang lebih baik dibandingkan sistem
ii
ABSTRACT
On the wireless communication system, data transmission processes often experience multipath Rayleigh fading effect in the channel. The result is that the received data will produce error. To overcome this problem, we need a communication system that can minimize error in the receiver; therefore we use Multiple Input Multiple Output Multicarrier-Code Division Multiple Access (MIMO MC-CDMA) system that can transmit information with multicarrier through multi antenna.
In this final project, MIMO MC-CDMA system is simulated with Alamouti
Space Time Block Code (STBC) technique using two transmitter antennas and two receiver antennas to get Bit Error Rate (BER) value. Simulation parameters of the model are the number of users, Doppler frequency, and the number of subcarriers. As a comparison, BER value of MIMO MC-CDMA system will be compared with BER value of MC-CDMA system. The system simulation uses Matrix Laboratory (MATLAB) 7.1 software.
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai, membimbing dan melimpahkan berkat-Nya kepada penulis selama menempuh pendidikan sampai sekarang, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian serta penulisan tugas akhir sebagai syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini :
1. Orang tua dan keluarga penulis yang selalu mendukung dan mendoakan penulis dalam segala hal.
2. Ibu Eva Yovita Dwi Utami, M.T. selaku pembimbing I yang sudah memberikan
waktunya untuk memberi bimbingan, kritik dan saran kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini.
3. Bapak Andreas Ardian Febrianto, M.T. selaku pembimbing II, terima kasih atas kerja sama, waktu, bimbingan, kritik, dan saran yang telah diberikan kepada penulis.
4. Keluarga besar 2010 (Simon, Grace, Bintang, Adit, Roma, Yudha, Pentolik, Jamet, Jambrong, Kana, Ganteng, Martin, Glempong, Bandot, David) terima kasih atas kebersamaan dan canda tawa. Ruth dan Daniel sebagai “Teman
Seperjuangan Telkom”, teman kerja praktek sekaligus pendengar dan
penyemangat yang selalu ada untuk penulis.
5. Kakak angkatan dan adik angkatan. Wikan ’09 yang selalu memberikan dukungan kepada penulis. Mas Wawa ’04 yang telah membantu penulis dalam mengerjakan skripsi ini. Bombay ’11 dan Tiras ’11 yang selalu memberi semangat kepada penulis.
6. Sahabat-sahabat penulis Dhanni, Varidz, Efin, Irrine, Cik Rosita, Niken, Arum yang selalu menghibur, memotivasi, dan memberi semangat serta masukan yang sangat membantu penulis dalam menyelesaikan studi.
7. Keluarga besar Kontrakan Jambewangi, Minton Gembira, KBM Basket, dan
iv
8. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis selama belajar di FTEK UKSW.
9. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan terimakasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik telekomunikasi.
Salatiga, Oktober 2015
v
1.4. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1. Sistem Multicarrier Code Divison Multiple Access (MC-CDMA) ... 5
2.1.1. Kode Penebar m-sequence ... 6
2.1.2. Fast Fourier Transform dan Inverse Fast Fourier Tranform ... 7
2.1.3. Equal Gain Combining (EGC) ... 8
2.2. Sistem Multiple Output Multiple Input (MIMO) ... 8
2.2.1. Konsep Sistem MIMO ... 8
2.2.2. Space Time Block Code (MIMO) ... 11
2.2.3. Penyandi Konvolusional ... 13
2.2.4. Interleaver ... 14
2.2.5. Modulasi Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) ... 15
2.2.6. Pengawasandi Viterbi ... 16
2.2.7. Frekuensi Doppler ... 16
2.2.8. Kanal Multipath Rayleigh Fading ... 17
2.2.9. Derau Additive White Gaussian Noise (AWGN) ... 19
BAB III PEMODELAN SISTEM ... 20
3.1. Sistem Pengirim ... 20
3.1.1. Pembangkit Data Masukan Acak ... 20
vi
3.1.8. Inverse Fast Fourier Tranform (IFFT) ... 23
3.1.9. Penyandi STBC ... 23
3.1.10. Kanal Transmisi ... 24
3.1.11. Derau AWGN ... 24
3.2. Sistem Penerima ... 25
3.2.1. Pengawasandi STBC ... 25
3.2.2. Fast Fourier Transform (FFT) ... 25
3.2.3. Despreader ... 25
3.2.4. Parallel to Serial ... 26
3.2.5. Demodulasi QPSK ... 27
3.2.6. Deinterleaver ... 27
3.3.7. Pengawasandi Konvolusional ... 27
3.3. Parameter Multipath Fading ... 27
3.3.1. Parameter Dispersi Waktu ... 28
3.3.2. Parameter Frekuensi Doppler ... 29
3.4. Perhitungan BER ... 30
BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISISNYA ... 31
4.1. Kinerja Sistem MC-CDMA ... 31
4.1.1. Simulasi Berdasarkan Jumlah Pengguna ... 31
4.1.2. Simulasi Berdasarkan Frekuensi Doppler ... 35
4.1.3. Simulasi Berdasarkan Jumlah Subpembawa ... 37
4.2. Kinerja Sistem MIMO MC-CDMA ... 38
4.2.1. Simulasi Berdasarkan Jumlah Pengguna ... 38
4.2.2. Simulasi Berdasarkan Frekuensi Doppler ... 42
4.2.3. Simulasi Berdasarkan Jumlah Subpembawa ... 45
4.3. Perbandingan Kinerja Sistem MIMO MC-CDMA dan MC-CDMA ... 46
4.4. Analisis Penurunan Nilai BER ... 47
vii
DAFTAR PUSTAKA ... 51 LAMPIRAN A
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Pemancar dan Penerima Sistem MC-CDMA [1] ... 5
Gambar 2.2. m-stage shift register ... 6
Gambar 2.3. Sistem MIMO [2] ... 10
Gambar 2.4. Skema Transmisi Alamouti-STBC [5]. ... 12
Gambar 2.5. Penyandi Konvolusional dengan Coderate ½ [5] ... 14
Gambar 2.6. Aliran Bit pada Interleaver [3] ... 15
Gambar 2.7. Konstelasi QPSK [3] ... 15
Gambar 2.8. Struktur Diagram Teralis [5] ... 16
Gambar 2.9. Ilustrasi Isyarat Jalur Jamak [1] ... 18
Gambar 3.1. Blok Pemancar dan Penerima Sistem MIMO MC-CDMA [4] ... 20
Gambar 3.2. Modulator QPSK [2] ... 22
Gambar 3.3. Pola Transmisi Alamouti [1] ... 24
Gambar 3.4. Demodulator QPSK [1] ... 27
Gambar 4.1.Grafik Kinerja MC-CDMA pada fc = 900 MHz dan v = 40 km/jam ... 32
Gambar 4.2. Grafik Kinerja MC-CDMA pada fc = 900 MHz dan v = 50 km/jam ... 33
Gambar 4.3. Grafik Kinerja MC-CDMA pada fc = 1800 MHz dan v = 40 km/jam ... 34
Gambar 4.4. Grafik Kinerja MC-CDMA pada fc = 1800 MHz dan v = 50 km/jam ... 35
Gambar 4.5. Grafik Kinerja MC-CDMA Berdasarkan Frekuensi Doppler dengan 10 Pengguna . ... 36
Gambar 4.6. Grafik Kinerja MC-CDMA Berdasarkan Frekuensi Doppler dengan 20 Pengguna . ... 36
Gambar 4.7. Grafik Kinerja MC-CDMA Berdasarkan Frekuensi Doppler dengan 30 Pengguna . ... 37
Gambar 4.8. Grafik Kinerja MC-CDMA Berdasarkan Jumlah Subpembawa dengan 30 Pengguna . ... 38
Gambar 4.9. Grafik Kinerja MIMO MC-CDMA pada fc = 900 MHz dan v = 40 km/jam ... 39
Gambar 4.10. Grafik Kinerja MIMO MC-CDMA pada fc = 900 MHz dan v = 50 km/jam ... 40
ix
Gambar 4.12. Grafik Kinerja MIMO MC-CDMA pada fc = 1800 MHz
dan v = 50 km/jam ... 42 Gambar 4.13.Grafik Kinerja MIMO MC-CDMA Berdasarkan Frekuensi Doppler dengan 10 pengguna ... 43 Gambar 4.14. Grafik Kinerja MIMO MC-CDMA Berdasarkan Frekuensi
Doppler dengan 20 Pengguna ... 44 Gambar 4.15. Grafik Kinerja MIMO MC-CDMA Berdasarkan Frekuensi
Doppler dengan 30 Pengguna ... 44 Gambar 4.16. Grafik Kinerja MIMO MC-CDMA Berdasarkan Jumlah
Subpembawa dengan 30 Pengguna ... 45 Gambar 4.17. Grafik Kinerja MC-CDMA dan MIMO MC-CDMA dengan
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Proses pembentukan m-sequence ... 7 Tabel 2.2. Notasi Isyarat yang Diterima Menurut Skema Alamouti 2x2 ... ... ....12 Tabel 2.3. PDP Untuk Tipe Urban [1] ... 18 Tabel 4.1.Data Hasil Simulasi Nilai BER terhadap SNR Sistem MC-CDMA dan MIMO MC-CDMA dengan fc = 900 MHz, v = 40 km/jam, dan fd = 33,33 Hz ...46
Tabel 4.2. Penurunan Nilai BER pada fc = 900 MHz Berdasarkan Jumlah
Pengguna ...47 Tabel 4.3. Penurunan Nilai BER pada fc = 1800 MHz Berdasarkan Jumlah
xi
DAFTAR SIMBOL
L Jumlah subpembawa
K Jumlah pengguna
, Kode penebar dari pengguna k pada cabang l � Frekuensi carrier pada cabang l
�� Fase acak dari pengguna pada cabang l Σ Sigma dari jumlah subpembawa
S Register
m Jumlah shift register
n Panjang periode kode penebar m-sequence � kode dari pengguna k yang telah didemodulasi G Matriks generator Alamouti
� � Informasi yang dikirim
� Informasi yang diterima � Frekuensi pembawa � Frekuensi Doppler
v Kecepatan kendaraan pengguna λ Panjang gelombang pembawa c Kecepatan cahaya (3 × 108 m/s)
� Fungsi kerapatan probabilitas distribusi Rayleigh � � Kanal inphase
� Kanal quadrature
