ANALISIS PERBANDINGAN
KINERJA M-QAM DAN M-PSK PADA TEKNOLOGI LONG TERM
EVOLUTION (LTE)
Tjandra Susila 1), Suhartati Agoes 2) , Inike Zumara 3)
1), 2) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti
E-mail : [email protected]
3) Alumni Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Universitas Trisakti Abstrak
Teknologi wireless yang semakin berkembang saat ini memerlukan fleksibilitas dalam hal penerapan layanan kecepatan transmisi data yang lebih tinggi, cakupan area yang semakin luas, latency yang lebih rendah, spektrum yang lebih lebar dan teknologi paket radio yang lebih optimal, oleh karena itu Long Term Evolution (LTE) dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan tersebut.Dalam penelitian ini, analisis yang dilakukan adalah untuk mengetahui besarnya pengaruh noise atau Symbol Error Rate (SER) terhadap nilai energi simbol rata-rata (Es/N0) dilakukan dengan membandingkan modulasi
16-QAM dengan 16-PSK dan 64-QAM dengan 64-PSK dengan menggunakan perangkat lunak Matlab 7.1. Dari hasil penelitian tersebut, untuk mendapatkan nilai SER = 10-3 modulasi 16-PSK memerlukan (Es/N0) yang lebih besar 4 dB dibandingkan dengan modulasi 16-QAM, sedangkan
modulasi 64-PSK memerlukan (Es/N0) yang lebih besar 8 dB dibandingkan dengan modulasi
64-QAM. Sehingga pada teknologi LTE dipilih modulasi 16-QAM dan 64-QAM yang memerlukan Es/N0
yang lebih kecil yang berarti memerlukan daya pancar lebih kecil.
Kata kunci : LTE, M-QAM, M-PSK, SER, Es/N0
Pendahuluan
Perkembangan teknologi mobile communication yang semakin pesat memerlukan fleksibilitas dalam hal penerapan layanan kecepatan transmisi data dengan area yang semakin luas.
Noise dapat menyebabkan kesalahan pada informasi yang diterima, adanya kerusakan simbol bit
data yang diterima karena adanya noise. Noise tidak sepenuhnya dapat dihilangkan melainkan hanya dapat dikurangi dengan penggunaan sistem modulasi digital yang tepat melalui perhitungan
Symbol Error Rate (SER) (Simon Haykin, 2001). SER adalah jumlah kesalahan simbol yang
diterima dibagi dengan jumlah total simbol yang dikirimkan. Oleh karena itu, kurva SER dapat digambarkan dalam hubungan SER dengan besar nilai
E
sN
0 (energy per symbol to noise powerspectral density ratio) yang dinyatakan dalam deciBell (dB).
Aplikasi modulasi digital M-QAM dan M-PSK mulai banyak digunakan karena mempunyai kelebihan yang dapat mentransmisikan data dengan kecepatan tinggi, kebal terhadap
noise dan dapat memberikan efisiensi spektrum. Hal inilah yang menjadi alasan pemilihan
M-QAM dan M-PSK untuk diimplementasikan pada teknologi wireless broadband LTE. Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu penelitian untuk mengkaji sistem modulasi M-QAM dan M-PSK yang diaplikasikan pada LTE dalam menangani noise saat mentransmisikandata. (Kurniawan Usman et al, 2012; R.Yusup, 2010)
Studi Pustaka
Pengenalan Long Term Evolution (LTE)
LTE merupakan suatu proyek dalam Third Generation Partnership Project (3GPP) yang
dirancang untuk menyediakan efisiensi spektrum yang lebih baik, peningkatan kapasitas radio,
latency dan biaya operasional yang rendah bagi operator serta layanan mobile broadband kualitas
tinggi untuk para pengguna. LTE dapat beroperasi pada salah satu pita spektrum seluler yang telah
dialokasikan yang termasuk dalam standar IMT-2000 (450, 850, 900, 1800, 1900, 2100 MHz) maupun pada pita spektrum yang baru seperti 700 MHz dan 2,5 GHz.
Arsitektur jaringan Long Term Evolution
Jaringan LTE memiliki arsitektur dirancang untuk tujuan mendukung trafik packet
sesederhana mungkin, yang hanya terdiri dari dua node yaitu eNodeB dan mobility management
entity/gateway (MME/GW).
Gambar 1. Arsitektur jaringan Long Term Evolution (LTE).
Arsitektur jaringan LTE seperti pada Gambar 1 terdiri dari beberapa eNB (eNode B) yang menyediakan akses dari UE ke EUTRAN. Sesama eNB saling berhubungan satu sama lain melalui
interface yang disebut X2. MME/S-GW menyediakan koneksi antara eNB dengan interface yang
disebut S1. X2 dan S1 keduanya mendukung UE dan S-GW. Keduanya juga menyediakan dynamic
scheduling dari UE dan juga data stream. eNode B merupakan merupakan radio base station yang
mengontrol semua fungsi yang berhubungan dengan radio di bagian sistem yang tetap. Khusus untuk base station (BS) seperti eNodeB didistribusikan melalui area coverage jaringan, tiap eNodeB yang letaknya berdekatan pada antena radio yang sebenarnya.
Adaptive Modulation Coding (AMC)
Modulasi adaptif memungkinkan LTE mengatur pola sinyal modulasi bergantung pada kondisi signal to noise ratio (SNR) radio link, di mana pada kondisi radio link dengan kualitas yang baik, digunakan pola modulasi yang terbaik pula, sehingga memberikan sistem dengan kapasitas yang lebih besar. Akibat adanya sinyal fade, modulasi pada LTE dapat beralih ke pola modulasi dengan kualitas yang lebih rendah untuk menjaga kestabilan kualitas hubungan. Sebagai sarana untuk mendapatkan pola modulasi yang tetap maka dalam perhitungannya digunakan parameter pada kondisi yang paling buruk.(Lingga Wardhana, 2011)
Modulasi adaptif seperti 64 QAM digunakan di lokasi yang dekat dengan BS dimana kualitas sinyal paling baik dan modulasi ini terdegradasi ke level yang lebih rendah seperti QPSK sesuai dengan penurunan kualitas sinyal dan untuk memperoleh jangkauan yang lebih jauh. QPSK termasuk kategori low order modulasi karena QPSK hanya terdiri dari 4 simbol (simbol yang berdekatan berbeda phasa 90 derajat ) dan setiap simbol terdiri dari 2 bit. Selain itu, QPSK digunakan pada saat kondisi kanal antara pengirim dan penerima dalam kondisi buruk (nilai SNRnya rendah). Kelebihan modulasi QPSK yaitu lebih tahan terhadap interferensi dan kelemahannya adalah laju bit yang rendah. Gambar 2 menunjukkan diagram konstelasi QPSK.
Gambar 2. Diagram Konstelasi Modulasi QPSK
( )
= +(
−)
Sedangkan probabilitas kesalahan simbol (SER) yang dimiliki QPSK dapat dirumuskan seperti persamaan (2) di bawah ini: (Simon Haykin, 2001).
Modulasi 16-QAM adalah modulasi QAM yang memiliki 16 simbol yang masing-masing simbol mengandung 4 bit data yang berbeda yang akan ditransmisikan (0000, 0001, 0010...1111). Hasil 16 simbol ini diperoleh melalui 3 perubahan amplitudo dan 12 perubahan sudut fasa yang berbeda. Konstelasi 16-QAM dapat digambarkan pada Gambar 3 di bawah ini:
Gambar 3 Diagram Konstelasi 16-QAM
Berdasarkan Gambar 3 diatas, dengan modulasi 16-QAM, maka dibuat kelompok bit (word) yang terdiri dari 4 bit, yang tergantung dari kombinasi 0 dan 1 pada setiap word, sehingga setiap word dapat dikorespondensikan ke setiap konstelasi.
Probabilitas kesalahan 3simbol (SER) untuk modulasi 16-QAM dapat dirumuskan seperti persamaan (3) di bawah ini: (Simon Haykin, 2001).
Modulasi 64 QAM adalah modulasi QAM yang memiliki 64 simbol yang masing-masing simbol mengandung 6 bit data yang berbeda yang akan ditransmisikan (000000, 000001, 000010...111111). Hasil 64 simbol ini diperoleh melalui 9 perubahan amplitudo dan 52 perubahan fasa pada carrier.
Modulasi 64-QAM mempunyai kekurangan yaitu dalam menentukan decision threshold
yang rentan terhadap gangguan non linier dari kanal, karena itu modulasi 64-QAM lebih sensitif terhadap distorsi atau noise. Konstelasi 64-QAM digambarkan seperti pada Gambar 4 berikut:
Gambar 4. Diagram Konstelasi 64-QAM
Noise merupakan sinyal lain yang tidak diharapkan dalam sistem telekomunikasi karena
bersifat mengganggu sinyal asli, serta kehadirannya tidak bisa diprediksi. Hal ini dapat menyebabkan kesalahan pada informasi yang diterima dan besar noise tidak dapat ditentukan secara pasti tetapi hanya dapat dirumuskan probabilitas ataupun kisaran nilai (range) nya saja. Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Mengkaji masalah dengan berbagai referensi (buku dan jurnal) yang mendukung.
2. Penentuan parameter yang digunakan dalam menghitung probabilitas Symbol Error Rate
(SER)
3. Melakukan perhitungan SER dengan menggunakan alat bantu Matlab versi 7.1
4. Menganalisis hasil perhitungan SER dengan membandingkan modulasi yang digunakan 16-PSK dengan 16-QAM, 64-PSK dengan 64-QAM
5. Mengambil kesimpulan dari hasil penelitian ini. Hasil dan Pembahasan
Perbandingan perhitungan nilai Symbol Error Rate (SER) terhadap Es/N0 dengan menggunakan alat bantu program Matlab 7.1 (Krishna Sankar, 2011) seperti terdapat pada Tabel 1.
26 0,16 0
27 0,12 0
28 0,08 0
29 0,05 0
30 0,03 0
31 0,014 0
32 5.7 x 10-3 0
33 1.9 x 10-3 0
34 5 x 10-4 0
35 1 x 10-4 0
36 0 0
37 0 0
38 0 0
39 0 0
40 0 0
Dari hasil perhitungan nilai Symbol Error Rate (SER) terhadap Es/N0 dengan alat bantu program Matlab 7.1 yang terdapat pada Tabel 1 menunjukkan bahwa pada Gambar 5 di bawah merupakan grafik representasi nilai-nilai sebagai hasil perhitungan SER untuk modulasi 16-PSK dengan 16-QAM.
0 5 10 15 20 25
10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100
Es/No [dB]
Sy
m
b
o
l
E
rr
o
r
R
a
te
[
S
E
R
]
Symbol error probability curve for 16-PSK and 16-QAM m odulation theory-16PSK theory-16QAM
Gambar 5. Grafik perhitungan nilai SER terhadap Es/N0 untuk modulasi 16-PSK dan modulasi 16-QAM
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Symbol error probability curve for 64-PSK and64-QAM m odulation theory-64PSK theory64QAM
Gambar 6. Grafik perhitungan nilai SER terhadap Es/N0 untuk modulasi 64-QAM dan 64-PSK. Grafik pada Gambar 6 diatas menghasilkan bahwa dengan menggunakan modulasi 64-QAM memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan modulasi 64-PSK karena nilai SER yang dihasilkan lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan modulasi 64-PSK. Hal ini disebabkan karena titik-titik simbol modulasi 64-PSK memiliki jarak lebih dekat satu sama lain dibandingkan titik-titik simbol dengan modulasi 64-QAM.
Kesimpulan
1. Dari hasil perhitungan didapat bahwa M-ary QAM untuk 16-QAM dan 64-QAM mempunyai nilai SER lebih rendah dibandingkan M-ary PSK untuk 16-PSK dan 64-PSK 2. Simbol modulasi 64 (64-PSK dan 64-QAM) mempunyai nilai SER yang lebih tinggi
dibandingkan simbol modulasi 16 (16-PSK dan 16-QAM) sehingga lebih rentan terhadap
noise.
3. Modulasi PSK memerlukan daya lebih besar 4dB dibandingkan dengan modulasi 16-QAM untuk nilai SER 10-3
4. Modulasi PSK memerlukan daya lebih besar 8 dB dibandingkan dengan modulasi 64-QAM untuk nilai SER 10-3.
Daftar Pustaka
1. Haykin, Simon. “Communication System”. Fourth Edition.John Wiley and Sons. 2001 2. R.Yusup. “Lapisan Teknologi Long Term evolution (LTE) di PT.Telkom R&D Center
Bandung”. Bandung. 2010
3. Sankar, Krishna. “Comparing 16 PSK vs 16 QAM for symbol error rate”. 2008. From http://www.dsplog.com/2008/03/29/comparing-16psk-vs-16qam-for-symbol-error-rate/, 15 Desember 2011
4. Siburian,Sandy. “Evaluasi Kinerja MIMO-OFDM dengan Modulasi Adaptif pada Long
Term Evolution dalam arah Downlink”.2011. From
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29936/5/Chapter%20I.pdf, 13 Desember 2011
5. Usman, Kurniawan, dkk “Fundamental Teknologi Seluler Long Term Evolution (LTE)”. Rekayasa Sains. Jakarta. 2012
