ANALISIS KINERJA TEKNIK REDUKSI PAPR DENGAN METODA TONE RESERVATION UNTUK OFDM PADA KANAL HIGH ALTITUDE PLATFORM STATION Benhard Sandra S., Iskandar Program Studi Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung
subcarrier OFDM yang digunakan, maka daya peak akan semakin besar pula. Besarnya daya peak akan sangat merugikan bagi sistem komunikasi, karena akan mengurangi efisiensi sistem dan meningkatkan biaya dari RF power amplifier. Salah satu teknik reduksi yang sering digunakan adalah Tone Reservation. Tone Reservation adalah suatu teknik reduksi PAPR dengan me-reserve sebagian dari subcarrier (tone) untuk digunakan sebagai sinyal anti-peak. Subcarrier anti-peak inilah yang nantinya akan digunakan sebagai operator untuk me-reduksi peak sinyal. Kelebihan teknik Tone Reservation ini adalah tidak memerlukan side information (seperti pada teknik reduksi PAPR Selective Mapping/SLM dan Partial Transmit Sequences/PTS) dan tidak membutuhkan operasi khusus pada receiver, karena teknik ini hanya dilakukan pada bagian transmitter.
Abstraksi - Sistem komunikasi OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) pada platform HAPS (High Altitude Platform Station) merupakan masa depan bagi sistem komunikasi nirkabel (wireless) masa kini. Kelebihan platform HAPS, dibanding sistem terestrial dan satelit, dalam segi biaya pembuatan dan perawatan, area cakupan (coverage area), link budget sistem dan fleksibilitas platform, digabungkan dengan kelebihan teknologi OFDM dalam segi efisiensi pemakaian spektrum frekuensi, kemampuan mengatasi frequency selective fading dan Inter-symbol Interference (ISI), akan menghasilkan suatu sistem komunikasi nirkabel yang murah, cakupan luas, dan fleksibel dalam banyak segi. Namun demikian, kekurangan dari sistem komunikasi OFDM sebagai sistem multi-carrier multiplexing (MCM) adalah tingginya Peak-toAverage Power Ratio (PAPR). PAPR yang besar akan meningkatkan kompleksitas sistem serta mengurangi efisiensi High Power Amplifier (HPA). Salah satu teknik untuk mereduksi PAPR adalah menggunakan metoda Tone Reservation (TR). Tone Reservation adalah metoda reduksi yang efisien karena dapat diimplementasikan dengan kompleksitas yang rendah. Tone Reservation menggunakan sebagian subcarrier, yang seharusnya digunakan untuk data, untuk vektor pereduksi PAPR. Dari simulasi dapat ditarik kesimpulan bahwa TR merupakan teknik yang kinerjanya cukup baik. Dengan hanya menggunakan subcarrier sejumlah 5% untuk jumlah 1024 IFFT, dapat dihasikan reduksi PAPR hingga 4,9 dB.
II. Dasar Teori 2.1 Kanal pada platform HAPS Dalam sistem komunikasi dengan tranceiver pada plaform HAPS dan end-user yang tersebar di permukaan bumi, maka peluang untuk terjadinya hubungan LOS (Line Of Sight) menjadi besar (Gambar 2.3). Dengan adanya hubungan LOS ini, maka kondisi sinyal yang diterima oleh end-user akan memiliki sinyal utama yakni sinyal yang melalui hubungan LOS. Untuk itu kondisi kanal pada HAPS digambarkan dengan parameter k-factor. K-factor adalah perbandingan antara daya LOS dengan rata-rata daya pada komponen sinyal multipath. Parameter k-factor ini dirumuskan sebagai berikut:
Kata kunci: Peak-to-Average Power Ratio (PAPR), rician fading, k-factor, HAPS, Tone Reservation (TR).
factor = (2-1) Dimana A adalah amplitudo sinyal LOS dan adalah rata-rata daya sinyal multipath. Dalam sistem komunikasi HAPS ini, karena ada komponen LOS antara transmitter dan receiver, maka sinyal yang diterima oleh receiver dapat dituliskan sebagai penjumlahan antara komponen complex eksponensial dan komponen-
I. Pendahuluan Sebagai sistem komunikasi multi-carrier (MCM/Multi Carrier Modulation) OFDM memiliki suatu masalah utama yaitu tingginya PAPR (Peak to Average Power Ratio). PAPR adalah perbandingan antara daya puncak (peak) terhadap daya rata-rata (average). Semakin besar jumlah
1
ts ≤ t ≤ ts + T
(2-4)
s(t ) = 0, t < ts ∧ t > ts + T
Dimana di adalah simbol QAM kompleks, Ns adalah jumlah dari subcarrier, T adalah durasi simbol dan fc merupakan frekuensi carrier, ts adalah waktu awal pengamatan. 2.3 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) Dalam sistem Multi-carrier Multiplexing (MCM) terdapat satu masalah utama yang sangat mendasar, yaitu tingginya PAPR (Peak To Acerage Power Ratio). Peak-to-Average-Power-Ratio (PAPR) adalah perbandingan antara daya sinyal maksimum (peak) dengan daya rata-ratanya (average). PAPR dari sinyal analog yang ditransmisikan dapat didefinisikan sebagai:
Gambar 2-1 Daerah hubungan LOS pada HAPS narrowband gaussian process. Atau juga komponen LOS dan komponen multipath, dimana keadaan ini yang dapat digambarkan dalam distribusi Rician.
PAPR @
,
2
(2-5) 2 E s (t ) Dimana batasan waktu yang diamati ada pada suatu interval tertentu. Umumnya, nilai PAPR dihitung untuk satu simbol OFDM. Dengan cara yang sama, PAPR sinyal waktu diskrit bisa didefinisikan sebagai: max s(n) 2 PAPR = ,1 ≤ n ≤ N E s(n)2 (2-6) Dimana E[.] menyatakan daya rata-rata. PAPR biasanya diekspresikan dalam dB.
PDF dari distribusi ricean dapat ditulis sebagai berikut : ( )=
max s (t )
0
(2-2) Dimana R adalah envelope received signal, adalah rata-rata daya sinyal multipath, A adalah amplitude sinyal LOS, dan I0 adalah fungsi Bessel orde ke nol. Jika dikirimkan sinyal s(t) dimana s(t) = cos ( ct), maka total sinyal yang diterima oler receiver dari komponen LOS dan multipath adalah: ( )= ( + )+ cos + + ) (2-3) Dimana A adalah amplituda komponen LOS, d adalah frekuensi Doppler komponen LOS, adalah amplitudo komponen multipath, dan di adalah frekuensi Doppler komponen multipath. Dapat diketahui dari persamaan diatas bahwa ( + ) merupakan komponen LOS dan cos + + merupakan jumlah dari komponen multipath.
t
2.4 Tone Reservation Tone Reservation (TR) merupakan teknik yang efisien untuk mereduksi PAPR sinyal multicarrier. Ide dasar teknik ini adalah memakai (reserve) sejumlah kecil tone/subcarrier untuk reduksi PAPR sinyal. Tone-tone yang dipakai tersebut tidak digunakan untuk transmisi data melainkan di-reserve untuk sinyal anti-peak dan tone-tone tersebut orthogonal dengan tone-tone lainnya yang digunakan untuk data. Tujuan dari teknik ini adalah untuk menemukan sinyal domain waktu c(n) yang akan ditambahkan dengan sinyal original domain waktu sm(n) untuk mengurangi peak yang besar. Gambar 2-2 menunjukkan operasi dari teknik TR dalam domain waktu diskrit (sinyal digambarkan dalam bentuk kontinyu untuk lebih memperjelas ilustrasi).
2.2 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Setiap sinyal OFDM merupakan penjumlahan dari sinyal-sinyal pada subcarriersubcarrier-nya. Persamaan matematis 1 simbol OFDM dengan modulasi QAM dituliskan sebagai berikut :
C (k ) = Fd {c(n)} = [ C0 , C1,..., CN −1 ] Jika vektor X ( k ) ditambahkan ke m di domain frekuensi, sinyal domain waktu barunya bisa direpresentasikan sebagai: T
N2s −1 i + 0.5 s(t ) = Re ∑ d i + Ns / 2 exp( j 2π ( fc − )(t − ts )) T i =− Ns 2
2
Generator Bit
Serial to Paralel
Modulasi (QPSK)
Alokasi Tone Utk TR N
Inverse Fast Fourier Trans. (IFFT)
Reduksi PAPR Tone Reservati on N N
Kanal HAPS
Guard Interval Insertion
Paralel to Serial
Amplifier
Gambar 3-1 Bagan Transmitter OFDM pada HAPS
Gambar 2-2 Operasi Teknik Tone Reservation sµm (n) = sm (n) + c(n) = Fd−1 { X m (k ) + C (k )}
(2-26) −1 dimana Fd adalah DFT dan Fd adalah IDFT Algoritma kedua merupakan algoritma iteratif sederhana berdasarkan gradien MSE dari fungsi distorsi transmitter. Ide yang mendasarkan algoritma gradien adalah clipping. Dengan mengambil gradien dari MSE noise clipping, PAPR akan tereduksi setelah beberapa langkah Algoritma gradien:
$ 0m = s s m 1. Kondisi awal: set
2.
Gambar 3-2 Bagan Receiver OFDM pada HAPS
Deteksi peak: Temukan sampel simbol n
s$ n , m > A
3.1 Alokasi subcarrier Jumlah lengan IFFT yang digunakan adalah N, dimana N adalah sejumlah 2n (256, 512, 1024, dsb). Jumlah reserved tone adalah L buah, dimana L adalah L(%)xN, dan jumlah zero padding tone ada 2, yakni tone ke-0 dan ke-N/2. Maka total jumlah tone untuk data adalah (N-L-2) buah.
dimana . Jika semua sampel memiliki nilai lebih rendah dari A, loncat ke 5
$ Perbaharui s m menurut persamaan: i
3.
smk +1 = smk − µ
∑
sn ,m + cn( k ) > A
4.
α n( k ) p 0 [ ((n − k )) N ]
3.2 Algoritma Gradien Algoritma gradien pada prinsipnya menerapkan algoritma yang dijelaskan pada bab dasar teori, sub-bab Tone Reservation, dari proses mencari sinyal anti-peak. Sinyal anti-peak didapat setelah melalui proses iterasi. Diagram alir dari proses Algoritma Gradien dapat dilihat pada gambar 3-7.
(2-39) Tambah penghitung iterasi, i = i +1 Jika i < MaxIteration, loncat ke 2.
$ Transmit s m i
5.
III. PEMODELAN SIMULASI 3.1 Sistem komunikasi OFDM pada HAPS Simulasi dijalankan sesuai blok yang tergambar pada Gambar 3-1 dan Gambar 3-2 dibawah. Blok Coding, Interleaving, serta proses sinkronisasi dan estimasi kanal tidak akan dilakukan pada proses simulasi ini
3.2 Kanal HAPS Kanal dalam sistem komunikasi OFDM pada HAPS ini terdiri dari fading yang bersifat distribusi ricean dan noise awgn. 3.2.1 Parameter k-factor Parameter k-factor dipengaruhi oleh sudut elevasi ( ) antara user dengan platform HAPS. Semakin besar sudut elevasi ( ) maka semakin besarlah dominasi sinyal komponen LOS dibanding sinyal multipath.
3
IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISIS
Start
Dalam bab ini akan diuraikan hasil-hasil dari simulasi yang dilakukan dan analisis terhadap hasil-hasil tersebut. Simulasi dilakukan dalam 2 macam panjang lengan IFFT, yakni 256 dan 1024.
Simbol OFDM, ukuran IFFT, jumlah simbol OFDM, PRK, level clipping, step size, iterasi maksimum
Peak Simbol OFDM > level clipping
4.1 Simulasi Teknik Tone Reservation Pada Panjang Lengan IFFT 256 4.1.1 Parameter simulasi Parameter-parameter yang digunakan dalam simulasi dengan panjang lengan IFFT 256 ini diuraikan dalam tabel 4-1. Untuk melihat kemampuan reduksi peak oleh Tone Reservation maka digunakan jumlah reserved tone sebanyak 3 jenis, yakni 2%, 5% dan 10%. Alokasi tone ini diuraikan dalam tabel 4-2.
1:iterasi maksimum
Deteksi Posisi dan Nilai Peak Simbol
Geser secara sirkular PRK ke Posisi Peak dan Rotasikan Fasanya
Sinyal Kirim = Simbol OFDM
Kernel tergeser sirkular dan terotasi fasanya
Tabel 4-1 Parameter Simulasi Transmisikan Sinyal
Simbol Finish
fftlen nd ml sr ts gilen u cl MaxIteration IBO
Gambar 3-3 Diagram Alir Algoritma Gradien
Tabel 3-1 Parameter k-factor [3]
tau pdb k
3.3.2 Distribusi Ricean Pada sudut elevasi ( ) = 900 komponen LOS berada pada nilai maksimum sedangkan komponen multipath berada pada nilai minimum sehingga menghasilkan kondisi fading kanal yang mendekati fading awgn. Sedangkan pada sudut elevasi ( ) 00 komponen LOS hampir tidak terjadi, dan sinyal yang sampai ke user adalah dari komponen multipath saja sehingga fading yang dialami terdistribusi rayleigh.
Deskripsi OFDM 256 IFFT Panjang lengan IFFT Jumlah simbol / loop Level Modulasi (QPSK) Laju simbol Perioda simbol (Ts=1/sr) Panjang Guard Interval Ukuran Step size Level Clipping Jumlah iterasi maksimum Input Back-Off Amp. Kanal HAPS Delay vector Gain power K-factor Sudut Elevasi ( ) 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Nilai 256 10 2 250.000 4 µs fftlen/4 0.15 2 dB 30 6 dB [0 0,02us 0,04us [0 -19 -21] Nilai 1.38 1.58 1.70 1.86 2.88 4.36 8.32 16.59 47.86
Tabel 4-2 Alokasi Tone untuk 256 IFFT Alokasi Tone reduksi PAPR
4
L=2%
L=5%
4
12
L = 10 % 24
Zero padding
2
2
Tone Data
250
242
data yang di-generate adalah data random, sehingga setiap loop simulasi nilai treshold yang terjadi dapat bervariasi nilainya. Dari gambar 4-1 dan 4-2 di atas secara visual dapat juga dilihat bahwa sinyal output TR lebih terkontrol peak-nya dibanding sinyal input TR. Pada output TR terlihat bahwa tidak lagi ada sinyal yang peak-nya mencapai daerah yang dilingkari ellips.
2 230
4.1.3 Kinerja Reduksi PAPR Dalam Grafik CCDF Untuk mengetahui besarnya reduksi yang mampu dilakukan oleh Algoritma gradien dengan lebih jelas dan akuran maka dilakukan plot sinyal dalam grafik CCDF (Complementary Cummulative Distribution Function). CCDF PAPR digunakan untuk menunjukkan seberapa besar kemungkinan PAPR sinyal OFDM melebihi suatu nilai PAPR Untuk simulasi dengan panjang lengan IFFT 256 ini, hasil yang didapatkan ditampilkan dalam gambar 4-3. Cara membaca grafik CCDF diatas adalah sebagai berikut: • Sumbu x, menyatakan besarnya nilai PAPR dari sinyal. • Sumbu y, menyatakan komplemen dari fungsi distribusi kumulatif sinyal (CCDF), atau fungsi peluang dari terjadinya PAPR sinyal. • Sumbu y juga merupakan representasi dari perioda klip (Tclip - Cliping rate period) dari sinyal terhadap PAPR. Semakin tinggi Clipping rate (semakin kecil perioda klip) maka nilai peak yang dihasilkan juga akan semakin besar, hal ini terjadi karena semakin tinggi clipping rate, maka sinyal yang diklip akan sema-
Gambar 4-1 Plot Sinyal Input Tone Reservation 256 IFFT
Gambar 4-2 Plot Sinyal Output Tone Reservation 256 IFFT 4.1.2 Sinyal Input dan Output blok Tone Reservation Untuk melihat secara visual proses reduksi PAPR sinyal yang terjadi dalam Blok Tone Reservation, maka dilakukan plot terhadap sinyal masukan dan keluaran blok tersebut. Sinyal yang di-plot ini adalah sinyal pada 1 simbol OFDM dari total 10 simbol dalam 1 simulasi. Untuk memperjelas peak-peak yang besar maka peak tersebut ditandai dengan ellips. Dengan membandingkan plot sinyal Input dan Output blok Tone Reservation dalam gambar 4-1 dan 4-2 di atas terlihat bahwa peak yang direduksi nilainya adalah yang melebihi ± 0,15 V (setara 11,25 mW dalam daya). Berarti dari visualisasi plot sinyal ini dapat ditarik kesimpulan bahwa nilai treshold reduksi PAPR yang dalam sinyal ini adalah sekitar ± 0,15 V (11,25 mW). Untuk mendapatkan nilai sebenarnya dari treshold peak, dapat dilakukan dengan mudah dengan menghitung nilai rata-rata dari peak seluruh simbol dalam 1 loop simulasi. Penulis tidak melakukan perhitungan ini karena
Gambar 4-3 Grafik CCDF Reduksi PAPR oleh Tone Reservation
5
Tabel 4-3 PAPR dalam grafik CCDF
OFDM 256 IFFT Tanpa TR L = 2% L = 5% L = 10%
Tclip (CCDF) 10-1 10,8 9,7 8,4 7,8
PAPR dalam dB Tclip Tclip (CCDF) (CCDF) 10-3 10-2 12,3 13,4 10,6 9,1 8,3
11,4 9,6 8,6
Tabel 4-4 Reduksi PAPR untuk berbagai nilai reserved tone
OFDM 256 IFFT Tanpa TR L = 2% L = 5% L = 10%
Reduksi PAPR dalam dB Tclip Tclip Tclip (CCDF) (CCDF) (CCDF) 10-1 10-1 10-1 0 0 0 1,1 2,4 3
1,1 2,4 3
Gambar 4-4 Grafik Bit Error Rate (BER) L = 2% 4.1.1.1 Reserved Tone (L) = 5 %
1,1 2,4 3
kin mendekati bentuk sinyal asli yang kontinyu. Sehingga peak-peak sinyal juga menjadi semakin banyak yang tercakup dalam sinyal ter-klip. Tabel 4-3 adalah tabel nilai PAPR sinyal dalam berbagai Tclip (CCDF), sedangkan tabel 4-4 adalah tabel reduksi PAPR sinyal menggunakan TR dibandingkan terhadap sinyal tanpa TR. Dari tabel 4-3 dapat dilihat bahwa semakin tinggi clipping rate maka nilai PAPR sinyal yang dideteksi semakin besar. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, dengan semakin semakin tinggi clipping rate (Tclip semakin kecil), maka peak sinyal yang diklip akan semakin mendekati bentuk sinyal asli. Dan peak-peak sinyal juga menjadi semakin banyak yang terdeteksi. Dari tabel 4-4 kinerja reduksi terbesar Tone Reservation adalah sebesar 4,8 dB yang didapat pada Tclip (CCDF)10-3 untuk Reserved tone 10%. Hal ini menyatakan bahwa semakin banyak nilai tone yang digunakan sebagai reserved tone TR, maka kinerja reduksi PAPR yang dihasilkan juga semakin bagus.
Gambar 4-5 Grafik Bit Error Rate (BER) L = 5% 4.1.1.2 Reserved Tone (L) = 10 %
4.1.4 Grafik Bit Error Rate (BER) Berikut akan ditampilakan kinerja Bit Error Rate (BER) dari sistem OFDM yang disimulasikan. Grafik BER ini adalah diukur dengan berbagai nilai parameter k-factor. Gambar 4-6 Grafik Bit Error Rate (BER) L = 10 % 4.1.4.1 Reserved Tone (L) = 2 %
6
Tabel 4-5 BER untuk berbagai Reserved tone K-factor 16,8 dB ( = 900) Eb/NO = 14 dB 12,2 dB ( = 800) Eb/NO = 18 dB
L = 2%
L= 5%
10%
6,4.10-6
9,5.10-6
5,0.10-6
5,5.10-6
4,7.10-6
6,0.10-6
Simbol Deskripsi OFDM 1024 IFFT fftlen Panjang lengan IFFT nd Jumlah simbol / loop ml Level Modulasi (QPSK) sr Laju simbol ts Perioda simbol (Ts=1/sr) gilen Panjang Guard Interval u Ukuran Step size cl Level Clipping MaxIte- Jumlah iterasi maksimum ration IBO Input Back-Off Amp. Kanal HAPS tau Delay vector
Dari ketiga grafik tersebut dapat dilihat bahwa untuk sudut elevasi ( ) = 100 sampai dengan sudut elevasi ( ) = 400 kinerja sistem sangat buruk. Nilai BER pada rentang tersebut cenderung pada nilai 10-1. Pada sudut elevasi ( ) = 500 sampai dengan sudut elevasi ( ) = 900 kinerja BER sistem naik dengan sangat signifikan. Bahkan pada sudut elevasi ( ) = 900, pada jumlah reserved tone 10%, dicapai nilai BER 10-6 untuk Eb/No = 14 dB. Kenaikan kinerja BER sistem yang sangat besar untuk sudur elevasi ( ) = 500 sampai dengan sudut elevasi ( ) = 900 ini sejalan dengan nilai parameter k-factor yang digunakan. Parameter kfactor juga naik secara signifikan pada sudut elevasi tersebut. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa kinerja BER sistem sangat dipengaruhi oleh sudut elevasi, semakin besar sudut elevasi antara user dengan platform HAPS maka kinerja Bit Error Rate (BER) OFDM juga lebih baik. Untuk melihat pengaruh dari kinerja BER dari reduksi PAPR menggunakan Tone Reservation dalam kanal HAPS digunakan hanya sudut elevasi yang besar saja, yakni 800 dan 900. Hal ini dikarenakan untuk sudut elevasi kecil kinerja BER relatif sama sehingga perbedaan diantara ketiganya kurang jelas terlihat. Dari ketiga gambar grafik BER diatas (gambar 4-4, 4-5 dan 4-6) dan tabel 4-5 dapat terlihat bahwa semakin besar nilai reserved tone, maka umumnya terjadi perbaikan kinerja dalam BER. Secara teoritis hal ini benar. Hanya saja memang terkadang nilai BER yang dihasilkan dalam simulasi terkadang berbeda dari teoritis. Dalam simulasi ini terjadi ketidak-normalan pada L=5% dimana BER yang dihasilkan untuk Eb/No = 14 dB justru lebih baik dibandingkan L=10%.
pdb
Gain power K-factor Sudut Elevasi ( ) 100 200 300 400 500 600 700 800 900
k
Nilai 1024 10 2 250.000 4 µs fftlen/4 0.15 2 dB 30 6 dB [0 0,02us 0,04us [0 -19 -21] Nilai 1.38 1.58 1.70 1.86 2.88 4.36 8.32 16.59 47.86
Tabel 4-7 Alokasi Tone untuk 1024 IFFT Alokasi Tone reduksi PAPR Zero padding Tone Data
L=2%
L=5%
20
50
L = 10 % 102
2
2
2
1002
972
920
4.2.2 Sinyal Input dan Output blok Tone Reservation
4.2 Simulasi teknik Tone Reservation untuk panjang lengan IFFT 1024 4.2.1 Parameter simulasi Parameter-parameter yang digunakan dalam simulasi menggunakan panjang lengan IFFT 1024 ini diuraikan dalam tabel 4-6. Tabel 4-6 Parameter Simulasi
Gambar 4-7 Plot Sinyal Input Tone Reservation 1024 IFFT
7
Gambar 4-8 Plot Sinyal Output Tone Reservation 1024 IFFT Dengan menggunakan parameterparameter pada tabel 4-6 diatas simulasi dijalankan. Sebelum sinyal memasuki blok Tone Reservation dilakukan plot terhadap sinyal untuk melihat secara visual reduksi PAPR yang terjadi. Sinyal yang diplot ini adalah sinyal pada 1 simbol OFDM total, yang berjumlah 1024 buah. Dalam gambar 4-5 terlihat bahwa sesekali pada sinyal terjadi peakpeak yang besar (dilingkari oleh ellips). Plot sinyal keluaran blok reduksi PAPR oleh Algoritma gradien ditampilkan dalam gambar 4-6. Dalam gambar 4-6 di atas terlihat bahwa sinyal-sinyal keluaran tersebut menjadi lebih terkontrol peak-nya, dan tidak lagi ada sinyal yang peak-nya mencapai daerah yang dilingkari ellips.
Gambar 4-9 Grafik CCDF Reduksi PAPR oleh Tone Reservation
Tabel 4-8 PAPR dalam grafik CCDF OFDM 1024 IFFT Tanpa TR L = 2% L = 5% L = 10%
4.2.3 Kinerja Reduksi PAPR Dalam Grafik CCDF Untuk mengetahui besarnya reduksi yang mampu dilakukan oleh Algoritma gradien, maka dilakukan pengukuran peak sinyal sebelum dan sesudah blok algoritma Gradien. Besarnya pengurangan peak ini dapat terlihat jelas melalui grafik CCDF pada gambar 4-10 dibawah. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa pada clipping rate 10-3 nilai pengurangan /reduksi PAPR yang dihasilkan mencapai 4,9 dB dibanding sinyal Tanpa Tone Reservation. Kinerja reduksi yang dihasilkan dengan masing-masing reserved tone ditampilkan pada tabel 4-8. Tabel 4-8 adalah tabel nilai PAPR sinyal dalam berbagai Tclip (CCDF), sedangkan tabel 4-9 adalah tabel reduksi PAPR sinyal menggunakan TR dibandingkan terhadap sinyal tanpa TR. Dari tabel 4-9 terlihat bahwa kinerja reduksi terbesar Tone Reservation adalah sebesar 4,9 dB yang didapat pada Tclip (CCDF)10-3 untuk Reserved tone 10%. Hal ini menyatakan bahwa semakin banyak nilai tone yang digunakan sebagai reserved tone TR, maka kinerja reduksi PAPR yang dihasilkan juga semakin bagus.
Tclip (CCDF) 10-1 11,4 8,8 8,6 8,4
PAPR dalam dB Tclip Tclip (CCDF) (CCDF) 10-3 10-2 12,9 14 9,4 9,0 8,8
9,8 9,4 9,1
Tabel 4-9 Reduksi PAPR untuk berbagai nilai reserved tone OFDM 1024 IFFT Tanpa TR L = 2% L = 5% L = 10%
Reduksi PAPR dalam dB Tclip Tclip Tclip (CCDF) (CCDF) (CCDF) 10-1 10-1 10-1 0 0 0 2,6 2,8 3
2,6 2,8 3
2,6 2,8 3
Namun demikian dari reduksi gambar 4-7, grafik CCDF untuk L=5% dan L=10% cenderung berdekatan. Hal ini menandakan bahwa perbedaan kinerja untuk 1024 IFFT dengan menggunakan reserved tone L=5% dan L=10% tidak jauh berbeda. Sedangkan jumlah tone yang direserved untuk L=10% adalah 2 kali dari reserved tone L=5%. Dengan pertimbangan tersebut maka dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa penggunaan L=5% dihubungkan dengan kinerja reduksi PAPR yang
8
diberikan lebih efisien untuk jumlah lengan IFFT 1024 dibanding L=10%. 4.2.4 Grafik Bit Error Rate (BER) Berikut akan ditampilakan kinerja Bit Error Rate (BER) dari sistem OFDM yang disimulasikan. Grafik BER ini adalah diukur dengan berbagai nilai parameter k-factor. 4.2.4.1 Reserved Tone (L) = 2 %
Gambar 4-12 Grafik Bit Error Rate (BER) L=10% Tabel 4-10 BER untuk berbagai Reserved tone K-factor 16,8 dB = 900) Eb/NO = 14 dB 12,2 dB = 800) Eb/NO = 16 dB
Gambar 4-10 Grafik Bit Error Rate (BER) L=2%
L = 2%
L = 5%
10%
5,4 x 10-6
2,8 x 10-6
2,0 x 10-6
1,2 x 10-5
6,5 x 10-6
4,0 x 10-6
4.2.4.4 Analisis kinerja BER Dari ketiga grafik tersebut dapat dilihat bahwa untuk sudut elevasi ( ) = 100 sampai dengan sudut elevasi ( ) = 400 kinerja sistem sangat buruk. Nilai BER pada rentang tersebut cenderung pada nilai 10-1. Pada sudut elevasi ( ) = 500 sampai dengan sudut elevasi ( ) = 900 kinerja BER sistem naik dengan sangat signifikan. Bahkan pada sudut elevasi ( ) = 900, pada jumlah reserved tone 10%, dicapai nilai BER 10-6 untuk Eb/No = 14 dB. Kenaikan kinerja BER sistem yang sangat besar untuk sudur elevasi ( ) = 500 sampai dengan sudut elevasi ( ) = 900 ini sejalan dengan nilai parameter k-factor yang digunakan. Parameter kfactor juga naik secara signifikan pada sudut elevasi tersebut. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa kinerja BER sistem sangat dipengaruhi oleh sudut elevasi, semakin besar sudut elevasi antara user dengan platform HAPS maka kinerja Bit Error Rate (BER) OFDM juga lebih baik. Dari ketiga gambar grafik BER diatas (gambar 4-8, 4-9 dan 4-10) dan tabel 4-10 dapat terlihat bahwa semakin besar nilai reserved tone, maka kinerja BER sistem komunikasi OFDM semakin bagus.
4.2.4.2 Reserved Tone (L) = 5 %
Gambar 4-11 Grafik Bit Error Rate (BER) L=5%
4.2.4.3 Reserved Tone (L) = 10 %
9
Jika kinerja BER ini digabungkan dengan hasil kinerja reduksi PAPR Tone reservation, maka dapatlah ditarik suatu kesimpulan bahwa penggunaan L=5% lebih efisien dibanding L=10% untuk jumlah lengan IFFT 1024
•
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari simulasi yang dilakukan penulis ini dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : • Untuk panjang lengan IFFT 256, Tone reservation mampu mereduksi PAPR sinyal awal sebesar 4,8 dB dengan reserved tone 10% dalam clipping period (Tclip) 10-3. Sedangkan untuk reserved tone 2% dan reserved tone 5% masing-masing mencapai 2 dB dan 3,8 dB dalam Tclip yang sama. • Untuk panjang lengan IFFT 1024, Tone reservation mampu mereduksi PAPR sinyal hingga 4,9 dB dengan reserved tone 10% dalam clipping period (Tclip) 10-3. Sedangkan untuk reserved tone 2% dan reserved tone 5% masing-masing mencapai 4,2 dB dan 4,6 dB dalam Tclip yang sama. • Kemampuan reduksi PAPR teknik Tone Reservation meningkat untuk jumlah IFFT yang semakin besar dalam persentase reserved subcarrier yang sama. • Kemampuan reduksi PAPR teknik Tone Reservation meningkat jika persentase reserved subcarrier yang digunakan juga semakin besar. • Dalam trade-off antara jumlah tone yang di-reserved untuk vektor reduksi PAPR dengan kinerja reduksi PAPR yang diberikan, maka untuk panjang lengan 1024 reserved tone 5% adalah pilihan terbaik. • Kenaikan kinerja Bit Error Rate (BER) sistem komunikasi OFDM pada HAPS yang besar terjadi dalam sudur elevasi ( ) = 500 - 900. Hal ini dikarenakan parameter k-factor kanal HAPS juga naik secara signifikan pada sudut elevasi tersebut. • Sesuai pernyataan diatas, kinerja BER sistem sangat dipengaruhi oleh sudut elevasi, semakin besar sudut elevasi antara user dengan platform HAPS maka kinerja Bit Error Rate (BER) sistem juga lebih baik.
•
standar WiMAX, DVB (Digital Video Broadcast), dan sebagainya. Teknik reduksi PAPR untuk sistem komunikasi OFDM pada HAPS ini dibandingkan dengan teknik yang lain seperti Selective Mapping (SLM) dan Partial Transmit Sequences (PTS). Aplikasi sistem komunikasi OFDM pada platform HAPS yang digunakan melibatkan proses sinkronisasi serta estimasi kanal (channel estimation).
DAFTAR PUSTAKA [1] Karetsos. HAPS (persentation slide). TEI of Larissa. Germany. [2] Struzak, Ryszard.HAPs - High Altitude Platforms (persentation slide). School on Wireless Networking for Development.The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics ICTP. Trieste(Italy). 2007 [3] Iskandar, S. Shimamoto, “The Channel Characterization and Performance evaluation of Mobile Communication Employing Stratospheric Platform”, IEICE Trans Commun., Vol. E89-B, No.3, March 2006 [4] Van Nee, R., Prasad, R., OFDM for Wireless Multimedia Communications, Artech House, Boston, 2000 [5] Tellado, Jose, M. Cioffi, John, Peak Power Reduction for Multicarrier Transmission, Stanford University, 1999 [6] Tellado, Jose, M. Cioffi, John, PAR Reduction in Multicarrier Transmission Systems, Stanford University, Februari 9,1998 [7] Henkel, Werner and Zrno, Valentine, PAR Reduction revisited: an extension to Tellado’s method, 6th International OFDM-Workshop (InOWo) 2001, Hamburg [8] Harada, H., and Prasad, R., Simulation and Software Radio for Mobile Communications, Boston: Artech House, 2000 [9] Park, Sung-Eun et.al, Tone Reservation Method for PAPR Reduction Scheme, http://ieee802.org/, 2003-11-10 [10] Nurullah, Mas Muh. Gus, Analisa Kinerja Teknik Tone Reservation Untuk Reduksi PAPR pada OFDM, Institut Teknologi Bandung, 2007 [11] Elizasari, Juwita L., Analisis Teknik Reduksi Peak to Average Power Ratio dengan Metoda Partial Transmit Sequences pada OFDM, Institut Teknologi Bandung, 2007 [12] Tri Wibowo, Taufik, Analisa Teknik Selected Mapping untuk Reduksi PAPR pada WiMAX, Institut Teknologi Bandung, 2007 [13] http://www.capanina.org/ [14] http://www.york.ac.uk/admin/presspr/pressrele ases/broadbandhaps.htm
5.2 Saran Berikut saran yang dapat diberikan penulis untuk pengembangan dan penelitian OFDM pada HAPS lebih lanjut: • Standar parameter sistem komunikasi OFDM yang digunakan agar mengikuti standar-standar aplikasi OFDM, misalnya
10
