Analisa Kinerja Bit Error Rate (BER) Pada Sistem Orthogonal Wavelet Division Multiplexing (OWDM) Menggunakan Wavelet Packet Irwan Dinata1 1
Dosen Jurusan Teknik Elektro, Universitas Bangka Belitung, e-mail:
[email protected]
ABSTRACT In wireless communications, demand to provide highspeed data services with good performance raises new techniques to increase spectrum efficiency and improved signal quality due to frequency selective fading. OFDM is a multi-carrier technique can be used to accommodate all these requirements. But in its development, this OFDM still has some weaknesses such us still large PAPR values and lack of power spectral efficiency improvements, OWDM used to overcome these deficiencies. In OWDM, inverse wavelet packet transform (IWPT) is used to generate the transmitted symbol on the transmitter and the forward wavelet packet transform (WPT) will restore the transmitted data symbol on the receiver. The OWDM system will divide the frequency band into several sub-bands that independent and isolated spectral called subchannelization. From the test simulation obtained OWDM give some things that can be compared with OFDM. In BER performance, OWDM provide similar performance to OFDM, but lead in reducing the PAPR. In OWDM case, the smallest PAPR value is produced in small-order wavelet, Coiflet, use few sub-bands and QPSK modulation. And for the best BER performance is produced on a small-order wavelet, Symlet and QPSK modulation. Use many sub-bands are not too made the difference. From several advantages OWDM is expected to be candidates in designing a new communication system that is more reliable and produce better performance than the previous communication systems. wavelet, multi-carrier, multi-rate, Keywords: orthogonal, peak to average power ratio, OWDM, bit error rate.
1. PENDAHULUAN Permintaan pengiriman data dengan laju bit yang tinggi (multirate) dan terbatasnya bandwidth sudah menjadi suatu keharusan pada sistem komunikasi saat ini. Hal ini mendorong bagaimana data dapat dikirim secara cepat dalam bandwitdh yang sempit dengan performansi yang lebih baik. Teknik yang dipergunakan
untuk mengatasi hal di atas yaitu teknik multicarrier. Dengan teknik ini data-data berupa simbol bit dimodulasikan dengan banyak carrier sehingga mengubah kanal multipath frequency selective fading menjadi kanal flat fading. Teknik multicarier yang paling banyak digunakan yaitu Orthogonal Frequency Division Division (OFDM). OFDM merupakan sebuah teknik transmisi yang menggunakan beberapa buah frekuensi (multicarrier) yang saling tegak lurus (orthogonal). Masing-masing sub-carrier tersebut dimodulasikan dengan teknik modulasi konvensional berupa QPSK atau M-QAM. Dalam penerapan OFDM ini banyak mengalami kekurangan terutama terbatasnya kemampuan IFFT dan FFT untuk menghasilkan sub-carrier-nya. Untuk itulah dikembangkan teknik baru multi-carrier yang digunakan sebagai alternatif dari teknik multi-carrier sebelumnya. Teknik tersebut yaitu Orthogonal Wavelet Division Multiplexing (OWDM). OWDM merupakan salah satu teknik multicarrier yang baru dikembangkan dalam sistem komunikasi yang menggunakan media wireless. Sistem ini sudah mendukung multirate dan menawarkan kecepatan akses pita lebar (broadband), sifat ortogonalitas yang tinggi dan dengan beberapa kelebihan dibanding OFDM yang sudah ada. OWDM ini menggunakan wavelet untuk mendukung multicarrier dan diaplikasikan menggunakan wavelet packet.
2. TINJAUAN PUSTAKA A. Ortogonalitas [5] Istilah orthogonal dalam modulasi multicarrier mengandung makna hubungan matematis antara frekuensi yang digunakan. Dua atau lebih sinyal dikatakan orthogonal (saling tegak lurus) jika saling bebas satu sama lain. Dengan persamaan matematika bisa diekspresikan sebagai berikut, dua buah sinyal dalam selang [a, b] dikatakan orthogonal bila: b
∫ ϕ (t )ϕ l
a
* k
⎧E , (t ) dt = ⎨ k ⎩0,
jika l = k jika l ≠ k
(1)
= Ek δ (l − k )
31
Jurnal Amplifierr Vol. 2 No. 1, Mei 2012
Gambar 1. Bllok dasar wavellet packet transf sform dengan prroses deecomposition daan recontructionn.
Gam mbar 2. Diagram m blok sisstem komunik kasi mengguunakan Waveleet Packet
Dimanaa φk*(t) meruppakan kompleek konjugate dari sinyal δ(l–k)) yang meruppakan fungsi delta kroneccker, yang didefiniisikan sebagaii:
C. Sistem Orthoogonal Waveelet Division Multiplexingg menggunakaan Wavelet Paacket [1] Blok diagraam dari sisteem OWDM menggunakan m n wavvelet packet inni secara umum m terdapat pad da Gambar 2. Sinyal transsmisi dalam ddomain diskritt, x[k] disusunn darii simbol term modulasi yanng berurutan,, yang manaa setiiap sinyal dibaangun sebagaii penjumlahan n sebanyak M darii bentuk geelombangn φm[k] dengaan amplitudaa term modulasi secaara individu. Dapat di jellaskan dalam m dom main diskrit seebagai berikutt:
⎧1, jika l = k ⎩0, jika l ≠ k
δ (l - k ) = ⎨
(2)
Penntingnya meempertahankaan ortogonaalitas diantara subb-carrier untuuk menjaga agar sub-carrrier tidak mengallami inteferennsi dan setiap sub-carrier dapat d dideteksi sesuai dengan sim mbol masukannnya. P Transfform [1] B. Wavelet Packet Wavelet Packet Traansform (WP PT) adalah jenis j y wavelet trannsform dengaan pembagiann sub-band yang lebih menyeeluruh. Dalam m artian jikka pada Wavvelet Transform biasa, b hanya dilakukan iteerasi pada cabbang low pass, seedangkan padda WPT iterassi juga dilakuukan pada cabang high pass sehhingga menghhasilkan sub-bband yang lebih baanyak dengann resolusi yangg tinggi. WPT bisa b didefenisiikan melalui sebuah filter FIR dan diiplemeentasikan padaa berbagai maacam tipe Moother Wavelet. Padda Invers Wavvelet Packet Transform T (IW WPT) terjadi prosses recontruction/ synthesis membenntuk sebuah sinyaal sebagai pennjumlahan daari M = 2J benntuk gelombang/ssub-carrier. Bentuk B gelombang ini bisa dibangun deengan J iteraasi yang salinng berurutan dan untuk setiap iterasinya terdiri dari prooses Filtering dan Up-samplingg. Tanda 〈⋅,⋅〉 merupakan operasi o konvoolusi, dan dapat dinnyatakan dalam m persamaan berikut: ⎧j k = hlorec [ k ], j j -1, m [ k / 2 ] ⎪ j ,2 m [ ] ⎨ ⎪ j j ,2 m +1 [ k ] = hhirec [ k ], j j -1, m [ k / 2 ] ⎩
(3)
⎧1 k = 1 dengan ϕ0,m [ k ] = ⎨ nya ⎩0 lainn
Dimanaa j adalah indeeks iterasi, 1 ≤ j ≤ J dan m dan indeks bentuuk gelombangg 0 ≤ m ≤ M. Untuk Forw ward Wavelet Packket Transform m terjadi prosees Decomposittion, dilakukan opperasi kebalikkannya dengann proses Filteering dan Down-ssampling. Unntuk gambarran selengkappnya dapat dilihat pada Gambarr 1. Dalam sistem Orthhogonal Wavvelet, penskaalaan filter hlorec daan pergeseraan hhirec membbentuk sepassang Quadrature Mirror M Filter. Oleh karenaa itu, pengetahhuan tentang pensskalaan filter dan kedalam man Wavelet Tree T cukup untuuk mendesaiin Wavelet Transform dan penerapan WPT W yang orthhogonal.
32
M -1
x [ k ] = ∑ ∑ as , m jm [ k - sM M]
OWDM M
(4))
s m=0
Dimana as,mm adalah sebuuah konstelassi terkodekann darii -s simbol data pemoddulasian pad da m bentukk gelo ombang. T addalah periodee sampling, dalam d intervall [0, LT-1] adaalah periodaa dimana φm[k] padaa m ∈ {0..M − 1}. den ngan
Dalam OFDM, funngsi diskrit φm[k] dikenall fungsii dasar kkompleks seebanyak M ⎛
ω [t ] e x p ⎜ j 2 π ⎝
m ⎞ kT ⎟ M ⎠
terbattas dalam do omain waktuu
den ngan fungsi Window W ω(t). Bentuk geloombang sinuss yan ng saling berkeesesuaian di bberi jarak yang g sama dalam m dom main frekuuensi. Masiing-masing mempunyaii Ban ndwidth 2π/M M dan dimoddulasikan deengan sebuahh pen ngkodean simbbol QPSK atauu M-QAM ko ompleks. Dalam OW WDM mengguunakan Waveleet Packet ini,, ben ntuk gelombaang dari sub--carrier diperroleh melaluii Wavelet Packet Transform (W WPT). Pada OFDM, O Inverss Fasst Fourier Transform ((IFFT) digun nakan untukk mem mbangkitkan simbol terkirim pada tra ansmitter dann Forrward Fast Fourier Transform (FFT) akann men ngembalikan simbol dataa terkirim paada receiver.. Sed dangkan pada OWDM, IFFT T digantikan dengan d IWPT T pad da transmitter dan FFT diggantikan dengaan WPT padaa receeiver. Pengoolahan sinyal melalui WPT W biasanyaa direeferensikan sebagai Deccomposition dan operasii keb balikannya dinnamakan Recoonstruction ataau Synthesis. OWDM menggunakan m Wavelet Paccket termasukk kelu uarga dari transformasii yang saliing overlap,, perm mulaan dari simbol baru diikirimkan sebeelum berakhirr sim mbol sebelum mnya. Bentukk gelombang g mengalamii perg geseran yangg saling ortthogonal. Keeortogonalitass antaar simbol akkan tetap terrjaga meskipu un meskipunn sim mbol yang beurutan b salling overlap p. Ini akann mem mberikan keuuntungan peniingkatan lokaalisasi domainn
ISSN: 2089-2020
TABEL 1 KARAKTERISTIK KELUARGA WAVELET
Full Name Haar Daubechie Symlets Coiflet
Abbreviated name Haar dbN SymN coifN
Vanishing order 1 N N N
Length Lo 2 2N 2N 6N
frekuensi disediakan dengan bentuk gelombang yang banyak. Dapat diartikan panjang dari Wavelet Filter L0 menghasilkan M bentuk gelombang dan dijelaskan dalam persamaan berikut: L = ( M − 1)( L0 − 1) + 1
(5)
Dalam keluarga Wavelet Daubechie dengan panjang L0 sama dengan dua kali orde Vanishing. Untuk orde 2 Wavelet Daubechie L0 sama dengan 4 dan jika terdapat 32 sub-carier WPT, maka aka didapat bentuk gelombang dengan panjang L0 sama dengan 94. Data karakteristik tiap Wavelet bisa dilihat di Tabel 1.
3. METODOLOGI PENELITIAN OWDM memberikan beberapa keunggulan dari teknik Multi Carrier (MC). Keunggulan tersebut seperti efisiensi tinggi yang dikarenakan hilangnya Guard Interval (GI). Hal ini berdasarkan prinsip Wavelet Transform yang terlokalisasi pada domain waktu dan frekuensi, dibandingkan dengan gelombang sinusoidal yang hanya terkonsentrasi pada domain frekuensi saja tetapi tidak pada domain waktu. Dengan demikian, perbedaan domain waktu pada gelombang sinusoidal dengan satu perioda simbol adalah sulit untuk tercapai. Pada OFDM diperlukan GI untuk mengurangi Inter Symbol Interference (ISI) sehingga dari penambahan GI tersebut, tentunya akan meningkatkan tambahan ruang frekuensi baru pada Bandwitdh. Hal ini akan menyebabkan efisiensi Bandwidth jadi menurun. Pada OWDM, GI bisa dihilangkan karena sifat antar sub-band-nya sudah saling orthogonal, dengan dihilangkannya GI maka efisiensi bandwidth pun dapat ditingkatkan. Sistem OWDM ini akan membagi Band frekuensi ke dalam beberapa sub-band yang berdiri independen dan terisolasi secara spektral yang disebut Sub-channelization. Daya sinyal sub-band terpusat pada sebuah bandwidth yang sangat sempit, tiap sub-band hanya menduduki sebuah bagian-bagian kecil dari band frekuensi total dan overlap hanya terjadi dengan subband disebelahnya. A. Blok sistem komunikasi OWDM menggunakan Wavelet Packet [1] Blok diagram dari sistem OWDM menggunakan Wavelet Packet yang di kerjakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram blok sistem komunikasi menggunakan wavelet packet
OWDM
Pada Gambar 3, Generator data pada Transmitter akan membangkitkan bit-bit serial secara acak. Bit-bit serial ini merupakan data kirim yang berisi informasi untuk dikirimkan ke Receiver. Selanjutnya, bit-bit serial tadi diteruskan ke blok Serial to Pararel Converter untuk dilakukan konversi data biner serial menjadi data biner pararel dan juga membagi data serial berkecepatan tinggi menjadi data paralel berkecepatan rendah. Setelah semua data serial tadi dikonversi ke data paralel, selanjutnya diteruskan ke Mapper. Di Mapper, masingmasing bit-bit pararel tadi akan dimodulasikan sesuai jenis modulasi yang digunakan, dalam penelitian ini digunakan modulasi QPSK dan M-QAM. Hasil keluaran Mapper tadi berupa simbol kompleks akan dimodulasikan kembali dengan Multi Carrier Modulation (MCM) dalam hal ini Wavelet Packet Modulation (WPM) menuju blok Inverse Wavelet Packet Transform (IWPT). Pada blok IWPT ini akan menghasilkan sinyal Multi Carrier yang saling orthogonal dan akan ditransmisikan melalui media transmisi/kanal. Sinyal transmisi tersebut akan mengalami distorsi oleh kanal Additive White Gaussian Noise (AWGN) dan kanal Multipath Rayleigh Fading. Pada Receiver, sinyal yang telah terdistorsi tadi diterima oleh WPT dan keluarannya menghasilkan simbol-simbol QPSK atau M-QAM kembali. Oleh Demapper, simbol-simbol tersebut didemodulasikan menjadi bit-bit paralel, dan proses terakhir pada blok Paralel to Serial Converter menghasilkan bit-bit serial yang merupakan data terima. Dari data terima inilah nantinya akan dibandingkan dengan data kirim untuk dilihat besarnya kesalahan bit yang terjadi karena pengaruh kanal transmisi yang digunakan. B. Diagram Alir untuk Simulasi OWDM menggunakan Wavelet Packet Diagram alir untuk simulasi dari pemodelan sistem OWDM menggunakan Wavelet Packet diperlihatkan Gambar 4. Diagram alir pada simulasi OWDM menggunakan Wavelet Packet ini digunakan untuk menjelaskan seluruh proses pemodelan dan proses analisa dari output yang akan dinginkan, seperti Power spectral Density (PSD), 33
Jurnal Amplifier Vol. 2 No. 1, Mei 2012
TABEL 2 HUBUNGAN JUMLAH LEVEL DAN JUMLAH SUB-BAND YANG
AKAN
DIRANCANG
Kasus I II III
Jumlah level 6 7 8
Jumlah sub-band 64 128 256
Gambar 4. Diagram alir simulasi
Peak to Average Power Ratio (PAPR) dan kinerja Bit Error Rate (BER) terhadap Signal to Noise Ratio (SNR) masing-masing untuk pengujian OWDM dan ODFM, jenis Mother Wavelet dan orde Wavelet berbeda-beda, banyaknya jumlah sub-band dan jenis modulasi (QPSK dan M-Q-AM). C. Blok pemancar sistem OWDM menggunakan Wavelet Packet 1. Generator data Generator data membangkitkan data serial digital biner ‘0’ dan ‘1’ secara acak sebanyak jumlah bit yang diinginkan dimana probabilitas jumlah kemunculan bit ‘0’ dan ‘1’ sama besarnya. Pada Program Matlab dapat mengggunakan fungsi randint (1,jumlah_bit,[0 1]). Sementara itu, banyaknya bit yang dialokasikan pada setiap simbol OWDM bergantung pada: skema modulasi yang digunakan banyaknya sub-carrier/sub-band yang digunakan 2. Serial to Paralel Converter S/P Converter merupakan blok yang berfungsi untuk mengubah deretan bit serial dari output generator data yang berupa vektor kolom menjadi data paralel. Pengubahan bentuk serial menjadi bentuk pararel dilakukan dengan mengubah ukuran matrik dari baris menjadi kolom. Jumlah baris harus sesuai dengan jumlah sub-carrier yang akan digunakan pada sinyal OWDM. 3. Mapper Blok Mapper merupakan suatu blok yang berfungsi untuk membentuk Symbol-stream dari Bit-stream hasil keluaran dari S/P Converter. Bit-stream ini akan dipetakan menggunakan skema modulasi QPSK atau MQAM yang pemetaan dan konstelasinya dilakukan berdasarkan Gray Code. Pada penelitian ini akan disimulasikan Mapping QPSK dan M-QAM untuk 16, 34
Gambar 5. Diagram blok IWPT (Reconstruction) untuk j = 3
dan 64 simbol yang artinya Mapper sinyal akan memetakan 2 bit tiap satu simbolnya untuk QPSK serta 4 dan 6 bit untuk 16 dan 64 QAM. Setiap kombinasi bit data berkorespondensi secara unik dengan vektor IQ (Inphase-Quadrature). Pada program simulasi, blok ini direalisasikan menggunakan fungsi yang non built-in pada MATLAB. 4. Invers Wavelet Packet Transform [4] Invers Wavelet Packet Transform (IWPT) merupakan blok yang berfungsi untuk mengubah simbolsimbol kompleks keluaran dari QPSK atau M-QAM tadi menjadi simbol-simbol OWDM. Pengubahan domain ini dilakukan dengan menggunakan teknik Invers Wavelet Packet Transform (IWPT) dengan menggunakan Bank Filtering Teory yang mempunyai ukuran yang sama untuk setiap simbol QPSK atau M-QAM. Untuk setiap simbol tersebut akan memasuki satu sub-band IWPT saja dan tersebar di sejumlah N sub-band. Pada IWPT terjadi proses recontruction/synthesis membentuk sebuah sinyal sebagai penjumlahan dari M = 2J bentuk gelombang dengan jumlah level J tertentu. Dalam penelitian ini akan dirancang IWPT untuk beberapa level dan jenis wavelet yang berbeda-beda. Misalkan jumlah level sebanyak 3 maka terdapat M = 23 = 8 sub-band yang digunakan untuk menerima masukan simbol yang telah dimapping sebelumnya. Adapun blok dan banyaknya sub-band IWPT (j=3) yang akan dirancang seperti Gambar 5. 5. Kanal Transmisi Pada penelitian ini, sistem OWDM simulasikan pada dua model kanal, yaitu:
akan
ISSN: I 2089-20200
Gambar 6. Moodel Kanal AW WGN
τ
Masukan
c1(t)
c2(t)
x
x
Gam mbar 8. Diagram m blok WPT (D Decomposition)) j = 3 Σ Keluarran
m Rayleiggh fading Gambar 7. Model two-ray multipath
Kanal AW WGN Pada simulasi sistem m, pemodelaan kanal AW WGN dapat dilihatt pada Gambaar 6. Pemodellan kanal AW WGN pada softwarre Matlab akkan menggunaakan suatu fuungsi yang terdappat pada Mattlab dimana fungsi ini akan a membangkitkkan noise berdistribusi Gaussian G denngan daya noise yang y disesuaaikan dengan daya sinyal dan nilai SNR yaang diinginkann. Nilai SNR bervariasi daari 020 dB, sesuaai dengan sintaaks berikut inii: data_out_kkanal = awgn(ooutputiwpt,snnr(i),'measuredd'); Kanal Raayleigh [5] Sementtara itu, padda simulasi pemodelan p k kanal Mobile Multtipath Fadingg yang berdiistribusi Raylleigh akan digunaakan metode ‘Jakes two--ray model’ atau model 2 tapp yang serinng disebut tw wo-ray multippath Rayleigh fadding. Model inni merupakann penyederhannaan model tappeed delay line, karena hanyaa menggunakaan 2 tap. Modell two-ray multipath Rayleigh R fadding menggunakaan 2 koefi fisien fadingg yang saaling independen. Berdasaarkan Gambaar 7, maka c1(t) dan c2(t) berdistribusi Rayleigh yaang dibangkiitkan oleh Jakes Ja Model, dimanna: c1 (t ) = α1e
jϕ1 dan
c2 (t ) = α 2e
jϕ 2
(6)
Responn impuls kaanal pada model m ini akan a memenuhi peersamaan: h(t ) = α1e
jϕ1
+ α 2e
jϕ 2
(7)
Nilai α1 dan α2 terdisstribusi Rayleiigh, sedangkaan φ1 dan φ2 terdistribusi Unifform (seragam m) pada 0-2π. τ adalah toleraansi Delay Sprread maksimuum. Koefisienn tap akan dibangkkitkan dengann Jakes Simuulator (raygenn.m), dengan paraameter yang sesuai dengaan kondisi kaanal. Dengan meerubah nilai τ, maka dapat dilakuukan pemodelan kanal k Selectivve Fading (τ suatu konstaanta) ataupun Flatt Fading (τ = 0). 0 Dalam sim mulasi, kanal TwoT Ray Rayleighh Fading diaasumsikan Freequency Selecctive Fading dan dibangkitkann dengan mennggunakan fuungsi yang non buiilt-in pada MA ATLAB.
D. Blok peneriima sistem OWDM menggunakan m n Wavelet Packket. 1. Wavelet Packket Transform Wavelet Paacket Transforrm (WPT) meerupakan blokk yan ng berfungsi untuk u mengubbah simbol-sim mbol OWDM M yan ng telah sebeluumnya di moddulasi menggu unakan IWPT T men njadi simbol-ssimbol kompleks QPSK atau a M-QAM M kem mbali. Simbol--simbol OWD DM ini telah teerkena distorsii kareena harus terleebih dahulu m melewati kanal.. Sama sepertii IWP PT, WPT jugaa harus memppunyai jumlah sub-band dann jum mlah level yangg sama sehinggga dalam imp plementasinyaa WP PT harus mennyesuaikan denngan jumlah sub-band dann leveel IWPT sewaaktu proses di ppengirim. Dengan prrinsip peranccangan sub-b band M = 2 J mak ka dengan levvel j besarnya M dapat ju uga diketahui.. Missalkan jumlahh level sebanyyak 3 maka terrdapat M = 23 = 8 sub-band yaang akan diguunakan. Adapu un blok WPT T (j = 3) yang akann dirancang addalah sebagai berikut b [5]: 2. Demapper Pada Demaapper terjadi proses dema apping QPSK K dan n M-QAM. Demapping merupakan proses yangg berk kebalikan denngan proses m mapping. Siny yal Demapperr akaan merekonnstruksi datta dari sinyal s yangg ditrransmisikan berdasarkan b sinyal yang diterimanya.. Blo ok demappingg berfungsi uuntuk memetaakan kembalii sim mbol-simbol yang y telah terrkodekan meenjadi urutan-uruttan bit (bit-sttream) sesuaii dengan map pping di blokk pem mancar tadi. Pergeseran P niilai bilangan kompleks inii dap pat terjadi akibbat distorsi padda kanal transsmisi. 3. Paralel to Serrial Converterr P/S Conveerter merupakkan blok yaang berfungsii untu uk mengubahh deretan bit pparalel menjad di data serial.. Datta hasil keluarran dari demappping tadi maasih berupa bitt paraarel sedangkkan untuk daata akhir dip perlukan dataa dalaam bentuk digital d serial. Dengan kaata lain P/S S Con nverter melakkukan konverrsi data binerr digital padaa setiiap lengan parralel secara beerurutan menjadi data binerr seriial. Pengubahan bentuk parrarel menjadi bentuk seriall dilaakukan dengaan mengubah ukuran matriik dari kolom m men njadi baris. Data D terima serial inilah yang y nantinyaa akaan dibandinggkan dengann generator random dii pen ngirim untuk menentukan m kkinerja Bit Errror Rate-nya.. 355
Jurnal Amplifier Vol. 2 No. 1, Mei 2012
TABEL 3 PARAMETER OFDM DAN OWDM MENGGUNAKAN WAVELET PACKET
Parameter
Value and Unit
Carrier Frequency (fc) Bandwidth (BW) Sampling Frequency (Fs) OFDM) Sampling Time (Tsam) (OFDM) Sub-band (OFDM/OWDM) Level/iteration (OWDM) Subcarrier spacing (Δf) (OFDM) Useful symbol time (Ts) (OFDM) Modulation and Demodulation Channels Mother Wavelet (OWDM) Cyclic Prefix (OFDM) Number of Bit Transmission Bit Frame Bit rate Average Speed of User Doppler Frequency (fd)
2 GHz 3.5 MHz n x BW = 8/7 x 3.5 = 4 MHz 1/ Fs = 1 / 4 MHz = 0.25 μs 16, 32, 64, 128, 256, 512 4, 5, 6, 7, 8, 9 Fs / sub-band 250; 125; 62.5; 31.25; 15.625; 7.8125 KHz 1 / Δf =4, 8, 16, 32, 64, 128 μs QPSK, 16 and 64 QAM AWGN and Rayleigh dbN, SymN, coifN, 0,25 100.000 bits 10 ms 10 Mbps 0, 100 km/hours 0; 185.19 Hz
E. Perencanaan Parameter Simulasi Menentukan perencanaan parameter yang akan disimulasikan memiliki peranan yang sangat penting demi keberhasilan dalam melakukan simulasi. Perencanaan parameter simulasi dapat diuraikan sebagai berikut: 1. Parameter Sinyal OWDM menggunakan Wavelet Packet Parameter OWDM yang akan digunakan dalam simulasi ini dispesifikasikan sendiri tanpa berdasarkan standar-standar yang telah ada. Parameter yang digunakan adalah seperti pada Tabel 3. 2. Parameter Kanal Delay Spread dan Coherence Bandwidth Nilai delay spread akan menetukan kondisi fading kanal apakah flat fading atau frequency selective fading. Pada simulasi ini nilai rms delay spread adalah 100 ns. Nilai Bandwidth koheren sebagai berikut: 1 1 B = = = 2 MHz c 5σ 5 × 10 −7
τ
Karena Bandwidth sinyal (3,5 MHz) lebih besar dari Bandwidth koheren (2 MHz), maka kanal transmisi bersifat Frequency Selective Fading. Doppler Spread dan coherence time Frekuensi Dopppler dipengaruhi oleh frekuensi kerja dan kecepatan pergerakan user. Pada simulasi ini kecepatan pergerakan user dan frekuensi kerja, yaitu 0 km/jam dan 100 km/jam. Sementara frekuensi kerja yang 36
TABEL 4 HUBUNGAN KECEPATAN USER DAN FREKUENSI DOPPLER
Kecepatan (Km/h) 0 100
Status Diam Kendaraan
Frekuensi Doppler (Hz) 0 185.19
digunakan adalah 2 GHz. Maka frekuensi Doppler maksimum untuk masing-masing kecepatan diperoleh hasil sebagai berikut: λ=
c 3 × 108 = = 0,15 m f 2 × 109
fd = f
v
λ
d max
Tc =
× cos θ = f
m
9 16π f m
= =
v
λ 0.423 fm
Dari Tabel 3 parameter sinyal OWDM diatas, didapat besarnya Ts untuk 64, 128, 256 sub-band berturut-turut sebagai berikut: Ts = 16, 32, 64 μs a. Kecepatan user 0 km/jam: v f = f = = 0 Hz d max m λ Tc =
9 0.423 0.423 = = = ∞ ⇒ Tc >> Ts 16π f m 0 fm
b. Kecepatan user 100 km/jam: f
d max
Tc =
= f
m
=
v
λ
=
100 × 103 / 3600 = 185,19 Hz 0.15
9 0.423 0.423 = = = 0.002284 s ⇒ Tc >> Ts 16π fm 185.19 fm
Berdasarkan hasil perhitungan, didapat Coherence Time (Tc) selalu lebih besar dari perioda simbol (Ts), maka kanal transmisi bersifat Slow Fading. 3. Perhitungan dan alokasi sub-kanal Teknik Multi Carrier Modulation menggunakan banyak sub-carrier dalam proses modulasinya. Setiap sub-carrier mempunyai sub-band yang besarnya sama dengan sub-band lainnya. Sehingga apabila dijumlahkan semua sub-band tersebut akan dihasilkan Band total yang dinamakan Bandwidth kanal. Dari prinsip tersebut, besarnya Bandwith per sub-band-nya akan berbeda tergantung jumlah sub-band yang digunakan. Untuk perhitungan alokasi sub-kanal dari masing-masing subband tersebut akan dijelaskan sebagai berikut : Jumlah sub-band = 64; 128; 256 sub-band Bandwidth kanal total = 3,5 MHz 3,5MHz BW _ sb _ 64 = = 54, 68 KHz 64
ISSN: I 2089-20200
BW _ sb _128 =
3,5MHz MH = 27,34 KHz K 1288
3,5MHz M = 13, 67 KHz K 6 256 Dari peerhitungan, sem makin banyakk jumlah sub-bband yang digunaakan, maka Bandwidth B suub-kanalnya akan a semakin keciil. BW _ sb _ 256 =
4 HASIL DA 4. AN PEMBAHA ASAN Pada bagian b ini diuuraikan tentanng hasil simuulasi yang telah dilakukan d denngan bantuan perangkat luunak Matlab dan analisisnya. Pengujian diamati d pada sisi pengirim, kaanal transmissi dan penerrima. Selanjuutnya dilakukan beerbagai simulaasi pengujian dengan meruubah variabel-variiabel yang adaa sesuai dengaan kebutuhan. Berikutt ini hal-hal yang akan dianalisa unntuk melihat Kinnerja BER Sistem S OWDM M menggunaakan Wavelet Packket: 1. Pengujiann Bit Error Rate (BER) paada sistem OF FDM dan OWD DM. Untuk OWDM O dianalisa berdasarrkan perbedaann jenis Motther, orde, panjang p Wavvelet Filter. 2. Untuk pengujian Bit Error Rate (B BER) diimplem mentasikan paada kanal AW WGN dan kanal k Multipathh Rayleigh Fading. F Untukk kanal Multippath Rayleigh Fading denggan pergerakaan user 0 dan 100 km/jam dan d frekuensi Doppler D 0 dann 185.19 Hz.
A. Pengujiaan pada OFDM dan OWD DM Pengujiian ini bertuujuan mengam mati perform mansi BER antara OFDM O dan OWDM O pada kanal k AWGN N dan Multipath Raayleigh Fadinng. Simulasi dijalankan d denngan jumlah subb-band 256, modulasi QPSK. OF FDM menggunakaan cyclix prefix p 0,25 dan OW WDM menggunakaan wavelet Daubechies D orde 2 denngan modulasi QP PSK. Untuk kaanal multipathh Rayleigh fadding, pergerakan user u sebesar 1000 km/jam. Pada inntinya, OWDM M menggunaakan prinsip yang y hampir sama dengan OF FDM, OWDM menggunaakan prinsip Bankk Filtering dalam d mengattur sub-bandd-nya yang sudah diatur keorttogonalitasan antara sub-bband satu dengaan sub-bandd lainnya. Dengan adaanya penggunaan prinsip sub-bband yang orth thogonal ini, akan a menghasilkann sub-carrierr yang salingg orthogonal juga j sehingga tidak perlu menngatur jarak antara a sub-carrrier satu dengan sub-carrier s laainnya untuk memenuhi m priinsip keortogonalittasannya. Padda Gambar 9.a tampak baahwa untuk nilai SNR yang sama, grafi fik yang diddapat memberikan kinerja BER R yang hamppir sama. Hall ini ditandai dengan nilai BER R yang salingg berhimpit. Pada P Gambar 9.b, pengujian paada kanal Raylleigh sama sepperti pada kanal AWGN A bahwa untuk nilai SNR yang saama, grafik yang didapat meemberikan kinnerja BER yang y
(a) Kanal AWGN
(b) Kanal multipaath rayleigh fad ding Gam mbar 9. Kinerjaa BER terhaddap SNR darii OFDM dann OWDM M pada kanal A AWGN dan mulltipath rayleighh fading.
ham mpir sama. Tetapi jika dilakukan zoom untukk mem mperjelas ploot grafik keduua kanal terssebut, OFDM M massih sedikit lebbih baik kinerrja BER-nya dibandingkann OW WDM db2. Jika dilakkukan simullasi dengann pen nambahan perrgerakan userr, maka kineerja BER-nyaa akaan mengalaami penuruunan seirin ng dengann men ningkatnya keecepatan user.
B. Pengujian un ntuk beda ord de wavelet/pa anjang filter Pada kasuss ini, perforrmansi BER pada kanall AW WGN dan Multipath Rayleiigh Fading diukur d dengann mem mbandingkan orde Wavelett yang berbedaa pada jumlahh sub b-band (levell) yang sam ma dan modu ulasi QPSK.. Sim mulasi yang dijalankan menggunak kan Wavelett Dau ubechies beroorde 2, 4, 8, 110 dan 20 den ngan panjangg filteer masing-maasing 4, 8, 166, 20 dan 40 serta jumlahh sub b-band sebesar 256 (level 88) tetap untuk k semua ordee Wavelet. Untukk kanal Mulltipath Rayleeigh Fading,, perg gerakan user 0 dan 100 km//jam. Pada kanall AWGN, kinnerja BER teerhadap SNR R pad da OWDM dipengaruhi d olleh jenis Mo other Wavelett yan ng digunakan. Untuk jenis M Mother Wavellet yang sama,, kineerja BER terrhadap SNR pada OWDM M ditentukann oleh h orde Wavellet yang digunnakan. Orde Wavelet akann men nentukan perrbedaan pada panjang koeefesien filter.. Terrlihat pada Gaambar 10.a, unntuk SNR darii 0-6 dB, nilaii BER R masih salinng berhimpit, namun pada SNR 12 dB,, db2 2 mencapai BER sebesarr 9 x 10-3, db4 sebesarr 377
Jurnal Amplifierr Vol. 2 No. 1, Mei 2012
kep putusan di Recceiver akan bberubah. Berd dasarkan hasill yan ng diperoleh dari simulaasi membuk ktikan bahwaa Wavelet dengann orde yang berbeda den ngan panjangg koeefisien filter yang berbeda pula akan memberikann hasil performanssi BER yang bberbeda pada SNR tertentuu dan n semakin besar kecepatan uuser maka kin nerja BERnyaa akaan mengalami penurunan.
(a) Kaanal AWGN
(b) Kanal muultipath Rayleiggh fading Kinerja BER terhadap t SNR dari OWDM beda Gambar 10. K o orde wavelet pada kanal Multipath M Raylleigh F Fading. BER 5 x 10-3 , db8 sebesaar BER 6 x 10-2, db10 sebbesar -22 BER 4 x 10 dan db20 sebesar BER 9 x 10-1. Kinerja OWDM mengalami m p penurunan seesuai dengan tingkkat orde Wavvelet Daubechhies yang dipaakai. Semakin tinnggi orde, maka m panjangg koefesien filter f keluaran IDW WT keseluruhaan menjadi lebbih besar sehinngga sangat rentann error-nya. Haal ini nantinyaa bisa menurunnkan kinerja BER.. Dengan dem mikian jenis Wavelet Wa Daubecchies orde rendah mempunyai performansi BER lebih baik dibanding Wavelet W Daubbechies berorrde lebih tinnggi. Untuk Waveelet Daubechiies berorde tiinggi mempuunyai nilai koefisieen filter yang lebih banyakk dan lebih ruumit dalam impleementasinya, sehingga unntuk hasil yang y optimum dappat digunakan Wavelet jenis Daubechies yang y berorde rendaah. Pada Gambar G 10.b, pada p kanal Multipath M Raylleigh Fading keccepatan userr yang lebbih besar akan a menurunkan kinerja BER R sistem terseebut. Untuk nilai n SNR sebesaar 16 dB, Nilai N BER dari d db2 denngan kecepatan 0 km/jam sebeesar 6 x 10-2 masih lebih baik dibandingkann dengan kecepatan k usser 100 km//jam sebesar 3 x 10-2. Dengann adanya peruubahan keceppatan user maka akan menngakibatkan perubahan pada p frekuensi dooppler yang terjadi. Besarnya frekuuensi doppler yanng terjadi akkan mengakibbatkan konsteelasi simbol berubbah dan nilai Inter I Symbol Interference (ISI) ( akan membbesar, sehinggga penentuuan pengambbilan
38
C. Pengujian un ntuk beda beeda Mother Wavelet W Pada kasuss ini, perforrmansi BER pada kanall AW WGN dan Multipath Rayleiigh Fading diukur d dengann mem mbandingkan jenis Motheer Wavelet yang y berbedaa den ngan panjangg filter yangg sama yaitu u 12. Untukk mem menuhi panjaang filter yaang sama bessarnya, makaa sim mulasi dijalankkan menggunnakan Wavelet Daubechiess orde 6, Symlet orde o 6, dan C Coiflet orde 2.. Jumlah sub-ban nd yang digunnakan sebesarr 256 (level 8) 8 tetap untukk sem mua mother waavelet dan moodulasi QPSK K. Untuk kanall Multipath Rayleiigh Fading, ppergerakan usser 0 dan 1000 km//jam. Pada kanal AWGN, Kinerja BER teerhadap SNR R pad da OWDM dippengaruhi oleeh perbedaan jenis Motherr Wavelet yang digunakan. Unttuk itu dengan n jenis Motherr Wavelet yang beerbeda, kinerja BER terhad dap SNR akann diteentukan dengan perbedaann panjang ko oefesien filterr tiap p wavelet-nya.. Besarnya paanjang koefesiien filter yangg digu unakan berhuubungan denngan orde masing-masing m g wavvelet tersebut. Terlihat padaa Gambar 11.a, untuk SNR R 0 dB sampai denngan 8 dB, keetiga jenis wa avelet tersebutt massih berhimpit.. Namun padaa ketika SNR mencapai 122 dB,, memang terrlihat bahwa Symlet dan Coiflet C masihh berh himpit, tetapi performansi BER-nya sud dah lebih baikk dibaandingkan deengan Daubeechies. Pada SNR 14 dB,, Sym m6 mencapai BER 7 x 10-44, coif2 mencaapai BER 3 x 10-44 dan db6 mencapai B BER 8 x 10-2. Hal inii men nunjukkan dengan panjanng koefesien n filter yangg sam ma, kinerja BER B Wavelet Daubechies adalah yangg paliing jelek, seddangkan Coifleet dan Symlett memberikann kineerja BER-nyya masih lebbih baik. Apabila A SNR R dipeerbesar kembbali maka Syymlet masih memberikann kineerja BER yanng sedikit lebihh baik. Symleet mempunyaii sifaat good symm metry yang leebih baik, seehingga dapatt mem mbantu meninngkatkan kineerjanya diban nding wavelett yan ng lain. Pada Gambbar 11.b padaa kanal Multip path Rayleighh Fad ding kecepatann user yang lebbih besar akan n menurunkann kineerja BER sisteem tersebut. U Untuk nilai SN NR sebesar 188 dB, Nilai BER dari d Sym6 deengan kecepattan 0 km/jam m sebeesar 8 x 10-2 masih lebih baik dibandin ngkan dengann kecepatan user 100 km/jam sebesar 3 x 10-2. Dengann adaanya perubaahan kecepaatan user maka akann men ngakibatkan perubahan p padda frekuensi doppler yangg terjaadi. Besarnyaa frekuensi ddoppler yang terjadi akann men ngakibatkan konstelasi k sim mbol berubah dan nilai ISII
ISSN: I 2089-20200
yang terciptaa. Besarnya frekuensi doppler d yangg terjadi akann mengakibaatkan konsteelasi simboll berubah dan nilai n intersym mbol interferen nce (ISI) akann membesar, seehingga kinerja BER menjaadi turun.
(a) Kaanal AWGN
B. Saran Beberapa hal h yang dissarankan untu uk dilakukann untu uk penelitian lebih lanjut addalah sebagai berikut : 1. Variasi jenis mother wavvelet yang dig gunakan bisaa diperbanyak, untuk menccari mother wavelet w yangg paling optimuum penggunaaanya. ding untukk 2. Dapat ditaambahkan cchannel cod meningkatkann kinerja BER R-nya. O padaa sistem kom munikasi lainn 3. Penerapan OWDM seperti MIMO O-OWDM, OWDM-UWB dan OWDM-MC CDMA.
REFERE ENSI
(b) Kanal multipath rayleiggh fading Kinerja BER terhadap t SNR dari OWDM beda Gambar 11. K M Mother Wavellet pada kaanal AWGN dan M Multipath Rayleeigh Fading.
akan membeesar. Berdasarrkan hasil yanng diperoleh dari simulasi membuktikan bahwa denggan penggunnaan Mother Wavelet yang berbbeda dengan panjang p koefiisien filter yang sama akan memberikan m h hasil perform mansi BER yang beerbeda pada SNR S tertentu dan d semakin besar b kecepatan usser maka kineerja BER-nyaa akan mengalami penurunan.
5. PENUTUP A. Kesimpu ulan Dari haasil simulasi daan analisa yanng telah dilakuukan maka didapaatkan beberapaa kesimpulan sebagai s berikuut : 1. Pada penngujian OWD DM dengan beeda orde Wavvelet Dubechiees yang berbeeda, kinerja BER B nya, Wavvelet Dubechiees orde rendahh mempunyai performansi BER B lebih baiik dibanding Wavelet Dubechies D berorde lebih tingggi. 2. Pada penngujian OWDM M dengan bedda mother wavvelet yang berrbeda, untuk kinerja BER R nya, Sym6 dan coif2 meemberikan kiinerja palingg baik, dan db6 memberikkan kinerja paling p buruk. Dengan panj njang koefesienn filter yang sama s dari setiiap wavelet, maka m sistem dianalisa d denggan nilai/ boobot pada seetiap koefesiennnya. 3. Dengan adanya peruubahan keceppatan user akan a mengakibbatkan perubahan pada frekuensi f dopppler
[1] Antony Jaminn, and Petri, M.,, “Wavelet Pack ket Modulationn for Wireless Communication C n”, Wireless Co ommunicationss and Mobile Computing C Jourrnal, Vol. 5, IS SSUE 2, Marchh 2005. [2] Elysabeth, ”T Tugas Akhir: A Analisa Perform mansi Discretee Wavelet Multtitone (DWMT T) Pada VDSL L”. Departemenn Teknik Elektrro. IT Telkom B Bandung, 2008. [3] S. Hara and Ramjee R Prasad, “Multicarrier Techniques forr 4G Mobile Communication C ns”, Boston: Artech A House,, London, 20033. F “The P Performance of o Orthogonall [4] Hasen, S. Fadel, Wavelet Divission Multiplexiing (OWDM) in n Flat Rayleighh Fading Chaannel”, Journnal of Eng gineering andd Development,, Vol.12, No.1, hal. 131-147, March M 2008. A dan Siimulasi Pengaru uh Penggunaann [5] A. Karina, ” Analisis Power Loadinng terhadap P PAPR pada Siistem OFDM”,, Departemen Teknik T Elektro. IT Telkom Ban ndung, 2008. Akhir: Deneosin ng Pada Sinyall [6] I.M.P. Krismaawan, “Tugas A Bicara Mengggunakan Wavvelet Packet Transform T dann Teager Energyy Operator”, D Departemen Tek knik Elektro. IT T Telkom Banddung, 2008. r Fadingg [7] M.J. Manglanni, ”Wavelet Moodulation and rayleigh Channels”, Virginia V Polyttechnic Institu ute and Statee University. Bllacksburg, Virgginia. 2001. G. Manolakis, “Digital “ Signall [8] John G. Proaakis, Dimitris G Processing: Principles, P Alggorithms, and Applications”,, Pentice Hall, 1996 C n [9] Rappaport, S. Theodor, “Wireless Communcation Principles andd Practice”, Prenntice Hall, 1996 6. Prasad, “OFDM M for Wirelesss [10]] Richard van Nee, Ramjee P C ns”, Boston: Artech A House,, Multimedia Communication 2000. [11]] G. Strang annd Truong Ngguyen, “Wavellets and Filterr Bank”, Wellesley-Cambridgee Press, 1997. [12]] W.Z. Zhang and Y. Guo, ”Performance Evaluation off obile Satellitee Wavelet Paccket Modulatiion Over Mo Channel”, Infformation Techhnology Journall 8 (3) hal.310-317.
399
