ANALISA KINERJA KODE KONVOLUSI PADA SISTEM PARALLEL INTERFERENCE CANCELLATION MULTIUSER DETECTION CDMA DENGAN MODULASI QPSK BERBASIS PERANGKAT LUNAK
Oleh:
Saretta Nathaniatasha Prawindrijo Teknik Telekomunikasi D4
7207 040 027
Dosen Pembimbing:
Ir. Yoedy Moegiharto, MT
19580531.198701.1.002
abstrak
Pada tugas akhir ini akan dilakukan analisa terhadap kinerja kode konvolusi pada sistem Parallel Interference Cancellation Multiuser Detection CDMA dengan menggunakan modulasi QPSK. Encoder kode konvolusi digunakan di sisi transmitter dengan rate 1/3 dan decoder di sisi receiver menggunakan algoritma viterbi. Hasil berupa kurva nilai BER terhadap fungsi SNR.
Kinerja dengan kode konvolusi pada sistem PIC lebih baik 7 dB
dibanding tanpa kode konvolusi untuk nilai BER 10
-3.Untuk sistem PIC
MUD stage 3 lebih baik 5 dB dibanding stage 2 dan 3 dB dibanding
stage 1. Penggunaan kode konvolusi dengan rate 1/3 lebih baik 4 dB
dibanding rate ½. Penerapan pada pengguna aktif 12 lebih baik
dibanding 16 pengguna karena makin banyak pengguna maka nilai
SNR yang diperlukan semakin besar.
Latar belakang
Sistem CDMA dapat menimbulkan interferensi antar user,
yaitu masalah Multiple Access Interference (MAI). Untuk
mengatasi masalah MAI ini diperlukan sebuah Multiuser
Detection (MUD) yang berjenis Parallel Interference
Cancellation (PIC) pada penerima. Sinyal informasi yang
dikirimkan melalui media transmisi udara akan diterima oleh
penerima berupa penjumlahan dari banyak sinyal, baik yang
dipancarkan secara langsung (LOS) atau yang berasal dari
pantulan multipath, yang disebut dengan fading. Dalam
masalah fading ini digunakan teknik convolutional code.
Tujuan
Tujuan dari proyek akhir ini adalah pembuatan program
simulasi sistem Parallel Interference Cancellation (PIC) multiuser
detection dalam mengatasi masalah MAI (multiple access
interferences) dan convolutional code dalam mengatasi
pengaruh multipath fading yang terjadi pada proses transmisi
pada sistem komunikasi berbasis CDMA. Kinerja sistem
dinyatakan dalam Bit Error Rate dengan modulasi QPSK .
Permasalahan
1.
Banyaknya jumlah pengguna aktif
2.
PN code yang digunakan
3.
Implementasi kode konvolusi pada CDMA
4.
Rate kode konvolusi yang digunakan
5.
Jenis kanal yang digunakan
6.
Jenis MUD yang digunakan
7.
Modulasi yang digunakan
8.
Parameter yang diamati
9.
Bahasa pemrograman yang digunakan
Batasan Masalah
1.
Jumlah pengguna aktif maksimal 20 pengguna
2.
PN code yang digunakan adalah Gold Code (31)
3.
Proses encoder menggunakan convolutional encoder dan proses decoder menggunakan algoritma viterbi
4.
Rate kode konvolusi yang digunakan adalah ½ dan
1/
35.
Memakai kanal noise multipath fading channel
6.
MUD yang digunakan jenis PIC 3 stage
7.
Modulasi yang digunakan adalah QPSK
8.
Parameter yang diamati adalah BER
9.
Bahasa pemrograman yang digunakan adalah Matlab
Blok diagram sistem
..
..
.. .. .. .... ..
Flowchart sistem
Diagram blok CDMA
t A b s t n t
r
K
k
k k
k
1
Sinyal CDMA yang diterima :
Multiuser Detection
Parallel Interference Cancellation
Kode konvolusi
Convolutional encoder
Kode konvolusi
Deconvolutional decoder
Contoh penentuan state
Modulasi QPSK
Diagram konstelasi QPSK
Tahap Data
0º Biner 00
90º Biner 01
180º Biner 10
120º Biner 11
BER PIC CDMA QPSK
Penggunaan kode konvolusi pada sistem berpengaruh pada nilai BER yang dihasilkan, yaitu menjadi lebih baik karena nilai standart komunikasi suara 10-3 telah dicapai pada saat SNR sebesar 10 dB, sedangkan pada sistem yang tidak menggunakan kode konvolusi baru mencapai BER 10-3 pada SNR 17 dB. Dengan begitu didapatkan adanya selisih sebesar 7 dB.
BER kode konvolusi PIC CDMA QPSK
BER dari stage 1, stage 2 dan stage 3 telah memenuhi standart komunikasi suara pada SNR kurang dari 20 dB.
Di mana untuk stage 1 mencapai nilai 10-3 pada SNR 15 dB, untuk stage 2 pada SNR 13 dB dan untuk stage 3 pada SNR 10 dB. Selisih antara nilai BER yang sama dicapai oleh stage 1 dan stage 2 sebesar 2 dB, untuk stage 2 dan stage 3 adalah 3 dB dan untuk stage 1 dan stage 3 adalah 5 dB.
BER kode konvolusi PIC CDMA QPSK
Penggunaan kanal AWGN menghasilkan BER yang lebih baik daripada sistem yang menggunakan kanal Rayleigh Fading. Nilai BER 10-3 dB dicapai oleh sistem Rayleigh Fading pada saat SNR kurang lebih 9 dB, sedangkan sistem yang menggunakan kanal AWGN mencapai nilai 10-3 dB pada saat SNR kurang dari 6 dB.
0 2 4 6 8 10 12 14
10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100
Eb/No (dB)
BER
perbandingan BER konvolusi rate 1/3 PIC MUD CDMA QPSK antar kanal Rayleigh AWGN
BER kode konvolusi PIC CDMA QPSK
Sistem yang menggunakan rate kode konvolusi 1/3 menghasilkan BER yang lebih baik daripada sistem yang menggunakan rate kode konvolusi 1/2. Nilai BER 10-3 dB dicapai oleh sistem rate 1/3 pada saat SNR kurang dari lebih 10 dB, sedangkan sistem yang menggunakan rate ½ mencapai nilai 10-3 dB pada saat SNR lebih dari 15 dB. Hal ini dikarenakan pada kode konvolusi rate 1/3 menghasilkan bit output lebih banyak, yaitu 3xbit input.
Sesuai dengan teori yang ada, semakin banyak bit yang diproses, maka hasil BER yang didapatkan lebih baik.
BER kode konvolusi PIC CDMA QPSK
Sistem yang menggunakan pengguna aktif paling sedikit, yaitu 12 pengguna menghasilkan BER yang lebih baik daripada sistem yang lainnya. Nilai BER 10-3 dB dicapai oleh sistem 12 pengguna pada saat SNR kurang dari 10 dB, sedangkan sistem 14 dan 16 pengguna mencapai nilai 10-3 dB pada saat SNR lebih dari 10 dB. Sesuai dengan teori yang ada, semakin sedikit pengguna yang aktif, maka hasil BER yang didapatkan lebih baik.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10-4 10-3 10-2 10-1 100
Eb/No (dB)
BER
perbandingan BER konvolusi PIC MUD QPSK pada kanal Rayleigh Fading antar user
12 user 14 user 16 user
kesimpulan
Berdasarkan analisa, dapat didapatkan kesimpulan :
Penggunaan kode konvolusi pada sistem akan menghasilkan nilai BER yang lebih baik apabila dibandingkan dengan sistem yang tidak menggunakan kode konvolusi dengan selisih 7 dB.
Antara stage 1, stage 2 dan stage 3 pada sistem kode konvolusi sistem Parallel Interference Cancellation MUD CDMA dengan modulasi QPSK didapatkan
semakin tinggi tingkatan stage, maka nilai BER yang dihasilkan akan semakin baik. Selisih dari nilai BER antara stage 1 dengan stage 3 sebesar 5 dB.
Penggunaan rate 1/3 pada kode konvolusi menghasilkan nilai BER yang lebih baik daripada penggunaan rate ½ dengan selisih 5 dB karena bit yang diproses pada proses encoder lebih banyak.
Semakin banyak pengguna aktif yang ada pada sistem, maka nilai BER yang didapatkan akan semakin buruk. Agar mendapatkan nilai BER yang sama, yaitu 10-3, nilai SNR harus dibesarkan
TERIMA KASIH
I-Phase
back
Q-phase
back
Modulator QPSK
back
Spreading
back
Demod Q
back
Demod I
back
Bit info
back
Bit output
back
Encoder rate 1/3
State awal
input
0 (output/next state) 1 (output/next state)
S1=00 000/00 011/10
S2=01 101/00 110/10
S3=10 010/01 001/11
S4=11 111/01 100/11
back
Algoritma Viterbi
000 000 000 000
011 011 011 011
010 010 010
100 100 100
111 111 111
001 001 001
011 011
110 110
S1 00
S2 01
S3 10
S4 11
back
Contoh:
input FF1 FF2 output
0 0 0 000
1 1 0 011
0 0 1 010
1 1 0 110
1 1 1 001
1 1 1 100
0 0 1 111
0 0 0 101
1 1 0 011
0 0 1 010
1 1 0 110
0 0 1 010
Data input: 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0
back
PNcode
Pembangkit Pncode
PNcode digunakan untuk menebar sinyal informasi yang digunakan untuk membedakan pengguna satu dengan yang lainnya, dimana satuan PNcode disebut chips. Penentuan PNcode harus memperhatikan syarat sebagai berikut:
Mudah diterapkan
Mempunyai 2 level (-1 dan 1) dan (0 dan 1)
Mempunyai autokorelasi yang tajam untuk memungkinkan sinkronasi kode
Mempunyai beda jumlah ‘0’ dan ’1’ hanya satu (one zero balance) untuk memperoleh spektrum density yang bagus.
Harga cross-corelation yang rendah yang berakibat jumlah kanal dalam satu pita frekuensi semakin tinggi.
Metode yang digunakan untuk pembangkitan PNcode pada proyek akhir ini yaitu:
Gold Codes
Gold codes didapatkan dari proses XOR (modulo 2 adding) dua buah maksimum sequence dengan panjang yang sama (kode faktor). Seperti gambar konfigurasi generator gold code berikut:
L Nc=2L-1 preferred pairs of m-sequences
5 31 [5,3][5,4,3,2]
6 63 [7,3][7,3,2,1]
[7,3,2,1][7,5,4,3,2,1]
7 127 [8,7,6,5,2,1][8,7,6,1]
8* 256 [8,7,6,5,2,1][8,7,6,1]
9 511 [9,4][9,6,4,3][9,6,4,3][9,8,4,1]
10 1023
[10,9,8,7,6,5,4,3][10,9,7,6,4,1]
[10,8,7,6,5,4,3,1][10,9,7,6,4,1]
[10,8,5,1][10,7,6,4,2,1]
11 2047 [11,2][11,8,5,2][11,8,5,2]
[11,10,3,2]
Daftar pustaka
[1] Leija-Hernández, G,“ Performance Analysis of Convolutional Coding in CDMA Communication Systems”, Journal of Vectorial Relativity. 2009.
[2] Duel-Hallen, Alexandra and Holtzman, Jack,“Multiuser Detection for CDMA Systems”, IEEE Personal Communication, April. 1995.
[3] Divsalar, Dariush, “Improved Parallel Interference Cancellation for CDMA”, IEEE Personal Communication, Februari. 1998.
[4] Dingankar, Asif and Anil Kumar, Ravi, “Digital Communications-Multiuser Detection for Synchronous CDMA”, ECPE 5654.
[5] Rina Riati, “Tugas Akhir Analisa Kinerja Kode Konvolusi Pada Sistem Successive Interference Cancellation Multi User Detection CDMA Berbasis Lunak”, PENS-ITS, Surabaya, 2010.
[6] Proakis, John G., “Digital Communications”, McGraw-Hill Book Company, 1989.
[7] Ghazi-Moghadam, Vafa, “Parallel Interference Cancellation for CDMA System”, Department of Electrical Engineering, University of Minnesota, Minneapolis.
36
Noise effects (8 PSK)
8 dB SNR
10 dB SNR
2 dB SNR
Distribusi Gaussian
37
38
