BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Balakang Dengan semakin berkembangnya kebutuhan akses data berkecepatan tinggi, diperlukan suatu layanan broadband dimana memiliki pita frekuensi yang lebar. Layanan broadband ini menggunakan frekuensi tinggi yang cenderung tidak tahan terhadap gangguan fading channels dan gangguan Inter Symbol Interference. Selain itu layanan broadband juga membutuhkan tingkat efisiensi frekuensi yang tinggi. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) merupakan suatu teknik transmisi multi carriers (banyak frekuensi) dimana tiap frekuensi bersifat tegak lurus (orthogonal), sehingga tidak mengganggu satu sama lain. Oleh sebab itu saya mengambil tema yaitu dengan menganalisa performansi OFDM terhadap Rayleigh Fading Channel dan pengaruhnya terhadap Inter Symbol Interference (ISI) dan tingkat efisiensi frekuensi dibandingkan dengan teknik single carrier. Dengan menggunakan program MATLAB dapat dilakukan simulasi performansi OFDM dengan menggunakan beberapa parameter seperti teknik modulasi yang digunakan (QPSK dan 16-QAM), jumlah carrier, symbol rate, dan panjang guard interval.
1.2. Perumusan Masalah Pada penerima, sinyal yang datang dari lintasan langsung (LOS) berbeda dengan sinyal terpantul. Perbedaan waktu ini menyebabkan fase sinyal-sinyal tersebut berbeda pula. Masalah ini disebut delay spread, yang mana pada sistem digital dapat menimbulkan intersymbol-interference. Permasalahan ini dapat dipecahkan dengan menggunakan teknik transmisi OFDM. Sehingga perlu diamati dan dianalisa bagaimana OFDM dapat mengatasi permasalahan itu semua.
1
1.3. Pembatasan Masalah Saya hanya membahas performansi OFDM terhadap Rayleigh Fading Channel yang ditampilkan dalam bentuk simulasi dengan menggunakan program Matlab dan tidak menggunakan hardware. Simulasi ini hanya terbatas pada Three Path Rayleigh Fading Channel.
1.4. Tujuan Penulisan Mengevaluasi performansi OFDM pada Rayleigh Fading Channel dibandingkan dengan teknik transmisi konvensional (single carrier).
2
BAB II TEORI DASAR Modulasi pembawa-jamak (MCM/ Multicarrier Modulation) merupakan suatu teknik yang dapat diandalkan untuk komunikasi data kecepatan tinggi yang memerlukan kanal-kanal bidang lebar (broadband channels). Prinsip dasar modulasi pembawa jamak (MCM) adalah FrequencyDivision Multiplexing (FDM). Sistem FDM memiliki beberapa kelemahan antara lain memiliki efisiensi spektrum yang rendah karena membutuhkan lebar bidang penghalang yang cukup lebar (lebih dari 2ωN) agar terhindar dari interferensi antar sub pembawa. Pada akhir tahun 1957 dikembangkan sistem transmisi data paralel baru yang mampu meningkatkan efisiensi lebar bidang. Bidang penghalang dihilangkan, spektrum frekuensi sub pembawa saling bersinggungan namun tidak saling mengganggu. Sistem ini dikenal dengan nama Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Sinyal-sinyal sub pembawa pada OFDM merupakan sinyal sinusoidal yang saling tegak lurus (orthogonal), sehingga memungkinkan terjadinya persinggungan (overlap) pada frekuensi tanpa menimbulkan saling interferensi. Hal ini menghilangkan proses penyamaan (equalization) dan pemakaian tapis lolos-bidang pada bagian penerima yang menggunakan sistem FDMA atau FDM. Frekuensi-frekuensi sub pembawa seperti ini menghemat pemakaian lebar bidang hampir 50% (Hazy, 1997)1. Pada saat ini, OFDM telah dijadikan standar dan dioperasikan di Eropa yaitu pada Proyek DAB (Digital Audio Broadcast), selain itu juga digunakan pada HDSL(High Bit-rate Digital Subscriber Lines; 1.6 Mbps)[9], VHDSL (Very High Speed Digital Subscriber Lines; 100 Mbps), HDTV (High Definition Television) dan juga komunikasi radio. Pada modulasi OFDM, bandwidth yang tersedia dibagi menjadi beberapa subkanal. Setiap subkanal tersebut dimodulasi dan ditransmisikan secara parallel. 1
Hazy, L, Introduction to OFDM, 1997. (www.sce.carleton.ca/~hazyl/Publications/Meng.htm.) 3
OFDM adalah modulasi multicarrier dimana setiap carrier dipisahkan sehingga setiap subcarrier menjadi orthogonal terhadap subcarrier yang lain tanpa saling menginterferensi satu sama lain. Setiap carrier dapat menggunakan teknik modulasi yang berbeda, dimana keluaran dari carrier yang telah dimodulasi akan digabungkan sebelum ditransmisikan. Pada penerima, carrier yang telah dimodulasi harus dipisahkan sebelum didemodulasi. OFDM menggunakan teknik pemrosesan sinyal digital Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) dan Fast Fourier Transform (FFT) pada proses modulasi dan demodulasi. Fast Fourier Transform (FFT) adalah suatu algoritma untuk menghitung secara efisien dan cepat untuk operasi Discrete Fourier Transform (DFT). DFT memainkan suatu peranan penting dalam analisis, design dan implementasi dari algoritma sistem pemrosesan sinyal waktu diskrit. Hal tersebut dapat dijelaskan dari persamaan berikut :
∞
Fourier Transform
X (Ω ) =
∫ x (t )e
− jΩ
dt
−∞
Discrete Time Fourier Transform
X (ω ) =
∞
∑ x ( n)e
− jωn
n = −∞
Discrete Time Diskrit Frequency Fourier Transform (DFT) N −1
X ( k ) = ∑ x ( n )e
− j2
π N
nk
n =0
N −1
= ∑ x(n)WNnk n =0
Komputasi DFT adalah komputasi yang rumit dan memerlukan banyak memori.
X (k ) =
N −1
∑
x ( n ) e − j 2 π kn / N
, k = 0 ,1 , 2 ... N − 1
n=0
Perkalian
Operasi Kompleks
N kali operasi
Penjumlahan
FFT dapat mengubah sinyal dalam domain waktu menjadi domain frekuensi, sedangkan IFFT adalah kebalikan dari fungsi FFT yaitu untuk mengubah sinyal dalam domain frekuensi menjadi domain waktu. 4
2.1.6.1 Keunggulan Sistem OFDM
1. Kuat Menghadapi Frekuensi Selektive Fading Dengan menggunakan teknologi OFDM, meskipun jalur komunikasi yang digunakan memiliki karakteristik frequency selective fading (dimana bandwidth dari channel lebih sempit daripada bandwidth dari transmisi sehingga mengakibatkan pelemahan daya terima secara tidak seragam pada beberapa frekuensi tertentu), tetapi tiap sub carrier dari sistem OFDM hanya mengalami flat fading (pelemahan daya terima secara seragam). Pelemahan yang disebabkan oleh flat fading ini lebih mudah dikendalikan, sehingga performansi dari sistem mudah untuk ditingkatkan. 2. Efisiensi pemakaian frekuensi Pada OFDM overlap antar frekuensi yang bersebelahan diperbolehkan, karena masing-masing sudah saling orthogonal, sedangkan pada sistem multicarrier konvensional untuk mencegah interferensi antar frekuensi yang bersebelahan perlu diselipkan frekuensi penghalang (guard band), dimana hal ini memiliki efek samping berupa menurunnya kecepatan transmisi bila dibandingkan dengan system single carrier dengan lebar spektrum yang sama. Sehingga salah satu karakteristik dari OFDM adalah tingginya tingkat efisiensi dalam pemakaian frekuensi. Selain itu pada multicarrier konvensional juga diperlukan band pass filter sebanyak frekuensi yang digunakan, sedangkan pada OFDM cukup menggunakan FFT saja. 3. Tidak Sensitif Terhadap Sinyal Tunda Dengan rendahnya kecepatan transmisi di tiap subcarrier berarti periode simbolnya menjadi lebih panjang sehinnga kesensitifan sistem terhadap delay spread (penyebaran sinyal-sinyal yang datang terlambat) menjadi relatif berkurang. 5
2.1.6.2 Kelemahan Sistem OFDM
Frequency Offset
Sistem ini sangat sensitif terhadap carrier frequency offset yang disebabkan oleh jitter pada gelombang pembawa (carrier wave) dan juga terhadap Efek Doppler yang disebabkan oleh pergerakan baik oleh stasiun pengirim maupun stasiun penerima.
Distorsi Nonlinear
Teknologi OFDM adalah sebuah sistem modulasi yang menggunakan multifrekuensi dan multi-amplitudo, sehingga sistem ini mudah terkontaminasi oleh distorsi nonlinear yang terjadi pada amplifier dari daya transmisi.
Sinkronisasi Sinyal
Pada stasiun penerima, menentukan start point untuk memulai operasi Fast Fourier Transform (FFT) ketika sinyal OFDM tiba di stasiun penerima adalah hal yang relatif sulit. Atau dengan kata lain, sinkronisasi daripada sinyal OFDM adalah hal yang sulit.
6
BAB III PRINSIP DASAR OFDM OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) adalah sebuah teknik transmisi yang menggunakan beberapa buah frekuensi yang saling tegak lurus (orthogonal) sehingga memungkinkan beberapa sinyal informasi dikirimkan pada kanal yang sama tidak mengalami interferensi. OFDM merupakan bentuk khusus dari FDM, yang menempatkan sinyal-sinyal sub carrier sedekat mungkin, sehingga
dapat
menghemat
pemakaian
lebar-bidang,
namun
tetap
mempertahankan sifat orthogonal antar sinyal. Sinyal OFDM merupakan hasil penjumlahan sinyal-sinyal subcarrier yang orthogonal. Orthogonal merupakan sifat matematika dari dua vektor yang saling tegak lurus. Dua vektor tersebut memiliki nilai kosinus sudut nol. Setiap sinyal subcarrier adalah sinyal sinusoidal dengan frekuensi baseband yang merupakan kelipatan bulat dari frekuensi dasarnya. Frekuensi dasar subcarrier pada OFDM merupakan kebalikan periode satu simbol, ƒ0 = 1/Ts, dengan Ts adalah periode simbol. Maka untuk setiap simbolnya, sinyal subcarrier memiliki jumlah siklus yang merupakan kelipatan bulat sinyal dasar. Jika sinyal subcarrier diandaikan Sk(t), maka persamaannya diberikan pada persamaan berikut. S k (t ) = sin(2πf 0t ),
=0
0
,
dan k = 0,...M
(3.1)
t yang lain
dengan: T = periode simbol ƒ0 = jarak antar subcarrier = 1/T M = jumlah subcarrier Jika m dan n adalah k dan untuk n ≠ m, maka T
∫ sin(2πmf t ) sin(2πnf t )dt = 0 0
(3.2)
0
0
Hal ini menunjukkan bahwa sinyal-sinyal subcarrier tersebut memiliki sifat orthogonal. 7
Prinsip dasar OFDM adalah sebuah teknik transmisi dengan banyak frekuensi (multicarrier). Sinyal OFDM biasanya dibangkitkan dan diproses secara digital. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kerumitan menyediakan sejumlah besar osilator dalam jangka waktu kontinyu. Proses modulasi dan demodulasi dilakukan dengan teknik pengolahan digital, yaitu Discrete Fourier Transform (DFT). Bagan dasar dari OFDM dapat dilihat dari gambar 3.1 berikut.
Gambar 3.1 Sistem Transmisi OFDM : (a) transmitter dan (b) receiver Deretan data informasi yang akan dikirim dikonversikan kedalam bentuk parallel, sehingga bila bit rate semula adalah R, maka bit rate di tiap-tiap jalur parallel adalah R/N dimana N adalah jumlah jalur parallel (sama dengan jumlah subcarrier). Setelah itu, modulasi (mapping) dilakukan pada tiap-tiap sub-carrier. Modulasi ini bisa berupa BPSK, QPSK, QAM atau yang lain, tapi ketiga teknik tersebut sering digunakan pada OFDM. Kemudian sinyal yang telah termodulasi tersebut diaplikasikan ke dalam Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), untuk pembuatan simbol OFDM. Penggunaan IFFT ini memungkinkan pengalokasian frekuensi yang saling tegak lurus (orthogonal). Setelah itu simbol-simbol OFDM 8
dikonversikan lagi kedalam bentuk serial, dan kemudian sinyal OFDM ini diteruskan ke guard time/guard interval yang disisipkan secara periodik pada tiap simbol OFDM, kemudian sinyal dikirimkan. Data yang ditransmisikan tersebut terkontaminasi oleh noise dan multipath fading. Kemudian data tersebut diterima pada stasiun penerima, dilakukan operasi yang berkebalikan dengan apa yang dilakukan di stasiun pengirim. Mulai dari konversi dari serial ke parallel, kemudian konversi sinyal parallel dengan Fast Fourier Transform (FFT), setelah itu demodulasi (demapping), konversi parallel ke serial, dan akhirnya kembali menjadi bentuk data informasi. Penyisipan guard time ini adalah untuk mengurangi ISI, karena pada OFDM, sinyal didesain sedemikian rupa agar orthogonal, sehingga bila tidak ada distorsi pada jalur komunikasi yang menyebabkan ISI (intersymbol interference) dan ICI (intercarrier interference), maka setiap subchannel akan bisa dipisahkan stasiun penerima dengan menggunakan DFT. Tetapi pada kenyataannya tidak semudah itu. Karena pembatasan spektrum dari sinyal OFDM tidak strict, sehingga terjadi distorsi linear yang mengakibatkan energi pada tiap-tiap subchannel menyebar ke subchannel di sekitarnya, dan pada akhirnya ini akan menyebabkan interferensi antar simbol (ISI). Solusi yang termudah adalah dengan menambah jumlah subchannel sehingga periode symbol menjadi lebih panjang, dan distorsi bisa diabaikan bila dibandingkan dengan periode simbol. Tetapi cara diatas tidak aplikatif, karena sulit mempertahankan stabilitas carrier dan juga menghadapi Doppler Shift. Selain itu, kemampuan FFT juga ada batasnya. Pendekatan yang relatif sering digunakan untuk memecahkan masalah ini adalah dengan menyisipkan guard interval (interval penghalang) secara periodik pada tiap simbol OFDM. Sehingga total dari periode simbol menjadi : (3.4)
T total = T guard + T symbol
Pada penerima sinyal OFDM ditransmisikan ke penerima. Data yang ditransmisikan tersebut terkontaminasi oleh noise dan multipath fading. Sinyal diterima oleh receiver kemudian guard interval dikeluarkan data diubah menjadi 9
bentuk paralel kemudian diteruskan ke FFT untuk selanjutnya didemodulator dan kembali diubah menjadi bentuk serial dan diperoleh informasi data yang diterima. Data yang diterima tersebut bisa mengalami kesalahan dari data yang dikirimkan. Dengan membandingkan data yang dikirimkan dengan data yang diterima akan dapat dihitung BER (Bit Error Rate) yang nilainya tergantung pada tingkat noise yang diterima. Salah satu pengaruh tinggi rendahnnya BER adalah tergantung pada modulasi pada masing-masing sub channel. Dalam simulasi tugas akhir ini dibuat sinyal tersebut mengalami kerugian kanal propagasi yang menyebabkan degradasi sinyal yang dikirimkan dari transmiter ke receiver. Ada beberapa macam model kerugian kanal, namun dalam tugas akhir ini dipilih pemodelan kanal propagasi model Rayleigh Fading. Pada kenyataanya antara MS dan BS tidak terdapat kondisi LOS tetapi NLOS. Pada kasus ini, sinyal yang diterima merupakan penjumlahan dari beberapa sinyal pantulan oleh objek dilingkungan propagasi, dan tidak ada dari sinyal pantul itu yang lebih dominan. Sinyal pantul yang berbeda akan datang dengan perbedaan waktu, amplitudo, dan phasa. Baik secara teoritis dan empiris, sinyal terima untuk user bergerak adalah terdistribusi Rayleigh. Karena itu, tipe fading seperti ini disebut fading Rayleigh.
10
BAB IV PERFORMANSI OFDM DENGAN PROGRAM MATLAB 4.1 Perancangan Software
Adapaun parameter pada simulasi ini pada tabel 4.1 berikut : Tabel 4.1 Parameter Simulasi Parameter
Spesifikasi
Jumlah Carrier
128
FFT Size
128
Guard Interval
32
Jumlah Simbol
6
Symbol Rate
3000 Hz
Tipe modulasi (konstelasi sinyal)
QPSK, 16-QAM
Channel Model
Rayleigh Fading
Urutan proses yang akan dilakukan akan digambarkan pada flowchart berikut ini:
Gambar 4.1 Flow Chart Perhitungan BER
11
Inisialisasi :
Para (jumlah paralel) = 128, nilainya dapat ditentukan bebas noc (jumlah carrier) = 128, nilainya sama dengan jumlah paralel fftlen (panjang fft) = 128, nilainya minimum sebesar jumlah carrier dan memenuhi persyaratan sebesar 2n nd (jumlah simbol)
= 6, nilainya dapat ditentukan bebas
ml (modulation level) = 2 untuk QPSK, 4 untuk 16-QAM sr (simbol rate)
= 3.000 Hz, yang berarti banyaknya simbol yang dikirimkan
dalam waktu 1 detik adalah sebanyak 3000 simbol. br (bit rate)
= sr*ml, merupakan banyaknya bit yang dikirimkan dalam
waktu 1 detik. gilen (panjang guard interval) = 32 (nilainya bebas ditentukan tergantung dari delay, tetapi yang biasa digunakan sebesar 1/4 fftlen, 1/8 fftlen, 1/16 fftlen dan 1/32 fftlen) ebn0 (Eb/N0)
= nilainya diubah-ubah
now1 (jumlah jalur sinyal langsung dan sinyal yang mengalami delay) = 3 n0
= [6], merupakan banyaknya gelombang sinyal yang dapat membangkitkan
fading untuk setiap jalur transmisi, dalam kasus normal lebih dari 6 gelombang dapat membangkitkan Rayleigh Fading. fd
= 320 Hz, maksimum frekuensi doppler sebesar 320 Hz
flat
= 1, jika mengalami flat fading dimana hanya amplitudo yang berfluktuasi,
flat
= 0, jika tidak mengalami flat fading sehingga fase dan amplitudo
berfluktuasi noe
=0
nod
=0
eop
=0
nop
=0
12
4.2 Hasil dan Pembahasan
4.2.1 Bentuk perubahan sinyal a. Input data dan konversi dari serial menjadi paralel Berupa sinyal bidang dasar yang berasal dari bilangan random berdistribusi seragam yang dibulatkan menjadi 0 atau 1. Jumlah data yang dibangkitkan = (jumlah pembawa x jumlah simbol/pembawa x jumlah bit/simbol). Kemudian data dalam bentuk serial tersebut diubah ke dalam bentuk paralel sebanyak jumlah pembawa (carrier). b Modulasi / Mapping Pengkodean atau skema modulasi digital yang digunakan adalah QPSK dan 16-QAM. Keluarannya berupa simbol, yaitu sinyal sinus yang tergeser fase sesuai dengan kombinasi bit yang memodulasinya. Dua bit (untuk modulasi dengan QPSK) atau 4 bit (untuk modulasi dengan 16-QAM) diumpankan ke pemisah bit. Setelah semuanya masuk secara serial, kemudian diumpankan serempak secara paralel. Bit yang satu menuju kanal I dan yang lain menuju kanal Q. Bit I memodulasi suatu carrier yang se-phase dengan osilator referensi (karenanya namanya “I” yang berarti “in phase”), dan bit Q memodulasi sinyal carrier yang berbeda phase dengan osilator referensi (karenanya namanya “Q” yang berarti “quadrature”). c. IFFT IFFT/FFT sebagai pengganti fungsi sejumlah besar osilator pada daerah waktu kontinu. Disini data diubah menjadi bentuk sinyal sinusoide yang saling tegak lurus (orthogonal), sehingga memungkinkan terjadinya saling-cakup (overlap) pada daerah frekuensi tanpa menimbulkan interferensi satu sama lain. Hal ini menghilangkan proses penyamaan (equalization) dan pemakaian tapis lolos bidang pada bagian penerima yang menggunakan sistem FDMA atau FDM. Frekuensi-frekuensi sub pembawa seperti ini akan menghemat pemakaian lebar bidang. 13
d. Sinyal Diubah Dalam Bentuk Serial dan Penyisipan Guard Interval Sinyal yang keluar dari IFFT masih dalam bentuk paralel diubah menjadi serial, kemudian disisipkan guard interval. Salah satu hal yang paling penting yang perlu diperhatikan dari transmisi dengan menggunakan OFDM adalah untuk meminimalisir terjadinya Inter Symbol Interference, yaitu bisa dengan cara menyisipkan guard interval diantara simbol yang ditransmisikan. e. Fading Channel Sinyal yang ditransmisikan tersebut sebelum menuju receiver mengalami fading dan sinyal yang diterima terdistribusi Rayleigh. Sinyal yang diterima merupakan penjumlahan dari beberapa sinyal pantulan oleh objek dilingkungan propagasi dan tidak ada sinyal pantul yang lebih dominan. Sinyal pantulan yang berbeda tersebut akan datang dengan perbedaan waktu, amplitudo dan phasa. f. Gangguan Oleh Noise (AWGN) Sinyal pada input receiver setelah diganggu oleh AWGN secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :
r (t ) = s(t ) + n(t )
(4.1)
s(t) = sinyal yang ditransmisikan n(t) = white Gaussian noise, dipengaruhi oleh nilai Eb/N0 dimana Eb merupakan energi per bit dan N0 merupakan noise power density. r(t) = sinyal yang diterima g. Sinyal yang Diterima Diubah Dalam Bentuk Paralel dan Guard Interval Dikeluarkan Sinyal yang diterima di Receiver diubah ke dalam bentuk paralel yang kemudian guard interval dilepaskan.
14
h. FFT Sinyal setelah dilewatkan ke FFT diubah kembali ke dalam bentuk frekuensi. i. Demodulasi / Demapping Sinyal didemodulasi / demapping yang sudah merupakan output dari sinyal yang dikirimkan dan setelah itu dapat dihitung besar Bit Error Rate. 4.2.2 Perhitungan Bit Error Rate (BER) Bit Error Rate (BER) merupakan salah satu tolak ukur untuk menentukan baik tidaknya suatu sistem pemancar dan penerima. Nilai BER dapat dihitung dari persamaan berikut : BER =
Jumlah data yang salah . Jumlah data yang dikirimkan
BER nilainya tergantung pada tingkat noise yang diterima Eb/N0, dimana Eb merupakan energi per bit dan N0 merupakan noise power density. Eb =
spow (W.T/bit), dimana spow merupakan sinyal power per symbol br
dan br merupakan bit rate. N0 =
npow (W/Hz), dimana npow merupakan noise power per symbol dan sr
sr merupakan symbol rate. 4.2.2.1 Modulasi secara QPSK Gambar 4.2 menunjukkan bahwa Rayleigh berpengaruh terhadap sinyal informasi lebih buruk dibandingkan ketika sinyal informasi tersebut dipengaruhi oleh AWGN. Sebagai contoh terlihat untuk mencapai BER tertentu Eb/N0 pada sinyal yang dipengaruhi AWGN lebih kecil daripada dipengaruhi Rayleigh fading, sehingga dapat lebih menghemat daya.
15
Gambar 4.2 Pebandingan nilai BER terhadap adanya Rayleigh Fading atau AWGN pada modulasi QPSK Gambar 4.3 dibawah ini dapat dilihat bahwa pada sistem OFDM jika hanya dipengaruhi oleh AWGN nilai BER terhadap perubahan Eb/N0 hampir sama jika menggunakan sistem single carrier.
Gambar 4.3 Pebandingan nilai BER pada OFDM dan Single Carrier dengan modulasi QPSK hanya Dipengaruhi oleh AWGN
Gambar 4.4 Pebandingan nilai BER pada OFDM dan Single Carrier dengan modulasi QPSK Dipengaruhi oleh Rayleigh Fading 16
Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa pada sistem OFDM jika dipengaruhi juga oleh Rayleigh fading nilai BER pada Eb/N0 tertentu jauh lebih baik dengan menggunakan sistem OFDM daripada single carrier. 4.2.2.2 Modulasi secara 16-QAM Pebandingan nilai BER terhadap adanya rayleigh fading atau tidak
Gambar 4.5 Pebandingan nilai BER terhadap adanya Rayleigh Fading atau AWGN pada modulasi 16-QAM Gambar 4.5 menunjukkan bahwa pada kanal yang dipengaruhi oleh AWGN, untuk memperoleh nilai BER yang lebih baik membutuhkan Eb/No yang lebih kecil dibandingkan kanal yang dipengaruhi oleh Rayleigh fading. Gambar 4.6 berikut dapat dilihat bahwa nilai BER terhadap perubahan Eb/N0 pada sistem OFDM jika hanya dipengaruhi oleh AWGN dibandingkan dengan menggunakan sistem single carrier adalah sama.
Gambar 4.6 Perbandingan nilai BER pada OFDM dan Single Carrier dengan modulasi 16-QAM tidak dipengaruhi Rayleigh Fading 17
Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa nilai BER terhadap perubahan Eb/N0 pada sistem OFDM yang dipengaruhi juga oleh Rayleigh Fading jauh lebih baik jika dibandingkan dengan menggunakan sistem single carrier.
Gambar 4.7 Pebandingan nilai BER pada OFDM dan Single Carrier dengan modulasi 16-QAM dipengaruhi Rayleigh Fading 4.2.2.3 Perbandingan Grafik BER Modulasi secara QPSK dan 16-QAM Gambar 4.8 menunjukkan bahwa dengan tingkat Eb/N0 yang sama diperoleh bahwa modulasi secara QPSK pada OFDM menghasilkan tingkat BER lebih baik jika dibandingkan secara 16-QAM, dikarenakan pada kanal yang dipengaruhi Rayleigh fading akan mempengaruhi phasa dan amplitudo dari sinyal informasi, sehingga pada modulasi QPSK sinyal informasi yang dilewatkan hanya akan berpengaruh pada phasa saja tidak dengan amplitudonya, sedangkan pada modulasi 16-QAM akan mempengaruhi besar phasa maupun besar amplitudonya.
Gambar 4.8 Pebandingan nilai BER pada OFDM jika dimodulasi secara QPSK atau secara 16-QAM dipengaruhi oleh Rayleigh Fading
18
4.2.2.4 Pebandingan nilai BER terhadap perubahan jumlah paralel data (jumlah carrier)
Gambar 4.9 Pebandingan nilai BER terhadap perubahan jumlah jumlah carrier Gambar 4.9 menunjukkan bahwa dengan semakin banyaknya jumlah carrier yang akan ditransmisikan maka nilai BER akan lebih baik. Karena dengan semakin banyak jumlah carrier maka bandwidth sinyal subcarrier akan lebih kecil sehingga akan memperkecil peluang sinyal mengalami selektif fading. Dimana jika Bandwidth sinyal subcarrier << Bandwidth koheren maka tidak mengalami frekuensi selektif fading. 4.2.2.5 Pebandingan nilai BER terhadap perubahan nilai simbol rate (Sr)
Gambar 4.10 Pebandingan nilai BER terhadap perubahan nilai simbol rate (Sr) Gambar 4.10 menunjukkan bahwa dengan semakin besarnya nilai simbol rate yang digunakan, maka nilai BER yang dihasilkan pada Eb/N0 tertentu akan lebih baik. Pada QPSK dalam 1 simbol dikirimkan sebanyak 2 bit dan pada 16-QAM 19
sebanyak 4 bit. Apabila simbol rate makin besar panjang bit yang dikirimkan akan semakin panjang sehingga akan memperkecil bit error. 4.2.2.6 Pebandingan nilai BER terhadap perubahan panjang guard interval (Gilen) Sinyal yang ditangkap oleh penerima tersusun dari sinyal langsung dari pemancar dan berbagai sinyal hasil pantulan dan difraksi. Sinyal terpantul muncul pada waktu yang berbeda dibanding sinyal dari lintasan langsung (LOS). Perbedaan waktu ini menyebabkan fase sinyal-sinyal tersebut berbeda pula. Sedemikian hingga energi sinyal tersebut juga berbeda dibanding dengan sinyal dari LOS. Pada tugas akhir ini disimulasikan terjadinya three path Rayleigh Fading, dapat dilihat dari gambar 4.11 berikut : 2 TX
RX
1 3
Gambar 4.11 Transmisi Sinyal pada 3-path Rayleigh Fading Dimana sinyal yang datang pada jalur 1 merupakan sinyal langsung, dan sinyal pada jalur 2 dan 3 merupakan sinyal dari hasil pantulan (tidak langsung). Pada simulasi ini diatur parameter sebagai berikut : dlvl(1) = 0 dB; tingkat peredaman pada jalur 1 dlvl(2) = 5 dB; tingkat peredaman pada jalur 2 dlvl(3) =10 dB; tingkat peredaman pada jalur 3 th(1) = 00 ;
phase peredeman pada jalur 1
th(2) = 300 ;
phase peredeman pada jalur 2
th(3) = 600 ;
phase peredeman pada jalur 3
itau(1) = 0 ;
waktu delay pada jalur 1
itau(2) = 500 ;
waktu delay pada jalur 2
itau(3) = 1000 ; waktu delay pada jalur 3
20
Simbol N-1
Sinyal Langsung Sinyal yang mengalami Delay 1 Sinyal yang mengalami Delay 2 Sinyal yang diterima
Simbol N
Simbol N-1 Simbol N-1 Simbol N-1
Simbol N+1
Simbol N Simbol N
Simbol N+1 Simbol N+1 Simbol N+1
Simbol N
terkontaminasi oleh delay sinyal
terkontaminasi oleh delay sinyal
Gambar 4.12 Efek tanpa guard interval Sinyal Langsung
Simbol N-1
Sinyal yang mengalami Delay 1 Sinyal yang mengalami Delay 2 Sinyal yang diterima
Guard
Simbol N-1 Simbol N-1 Simbol N-1
Simbol N Guard Guard
Guard
Simbol N Simbol N
Simbol N+1 Guard Guard
Simbol N
terkontaminasi oleh delay sinyal
Simbol N+1 Simbol N+1 Simbol N+1
terkontaminasi oleh delay sinyal
Gambar 4.13 Efek penyisipan guard interval
Gambar 4.14 Pebandingan nilai BER terhadap perubahan panjang guard interval (Gilen) Gambar 4.14 menunjukkan bahwa dengan menyisipkan guard interval pada setiap simbol yang akan ditransmisikan sebesar ¼ dari panjang fft akan menghasilkan tingkat BER yang lebih baik daripada tidak menyisipkan guard interval, karena guard interval tersebut dapat mengurangi Interference Inter Symbol yang diakibatkan oleh pengaruh Rayleigh Fading Channel. Namun bila panjang guard interval yang disisipkan tersebut melebihi kebutuhan seharusnya malah akan memperburuk tingkat BER. Hal tersebut dapat diamati pada gambar berikut :
21
128 T Simbol N-1
Sinyal Langsung
32T Guard
128 T Simbol N-1
Sinyal yang mengalami Delay 1
128 T Simbol N 32T Guard
128 T Simbol N-1
Sinyal yang mengalami Delay 2 Sinyal yang diterima
128 T Simbol N 32T Guard
Simbol N-1
32T Guard
128 T Simbol N+1 32T Guard
128 T Simbol N
32T
128 T Simbol N+1 32T Guard
Simbol N
128 T Simbol N+1 Simbol N+1
Gambar 4.15 Efek penyisipan guard interval sebesar 32 points Pada gambar 4.15 diatas menunjukkan guard interval yang disisipkan sebesar 32 points. Panjang guard interval tersebut sesuai dengan yang dibutuhkan untuk menghindari ISI sehingga tingkat BER yang diterima lebih baik. 128 T Simbol N-1
Sinyal Langsung
Sinyal yang mengalami Delay 1
Sinyal yang mengalami Delay 2 Sinyal yang diterima
128 T Simbol N
128T Guard
128 T Simbol N-1 128 T Simbol N-1
128 T Simbol N
128T Guard 128T Guard
Simbol N-1
128 T Simbol N+1
128T Guard
128 T Simbol N Simbol N
128T Guard
32T
128 T Simbol N+1 128 T Simbol N+1
128T Guard
Simbol N+1
Gambar 4.16 Efek penyisipan guard interval sebesar 128 points Pada gambar 4.16 diatas menunjukkan guard interval yang disisipkan sebesar 128 points. Disana dapat dilihat bahwa masih terdapat sisa guard interval yang tidak perlu digunakan. Hal ini yang menyebabkan dapat mempengaruhi tingkat BER yang diterima lebih buruk daripada menggunakan sebesar 32 points. 4.2.3 Hasil Simulasi Pengiriman Gambar
Gambar 4.17 Data Gambar yang dikirimkan pada simulasi
22
Gambar yang dikirimkan dengan format bmp dengan resolusi 105x102 points dan 8 bit warna. Hasil pengiriman gambar tersebut akan dibandingkan jika menggunakan modulasi QPSK dan 16-QAM baik dengan sistem OFDM maupun dengan sistem single carrier. Berikut perbandingan dari hasil pengiriman gambar pada Eb/N0 sebesar 10 dB jika gangguan yang diberikan hanya berupa AWGN atau mengalami Rayleigh Fading Channel. 4.2.3.1 Hasil Simulasi dengan sistem OFDM AWGN modulasi QPSK
Rayleigh modulasi QPSK
AWGN modulasi 16-QAM
Rayleigh modulasi 16-QAM
Gambar 4.18 Sistem OFDM dengan modulasi secara QPSK dan 16-QAM
23
Tabel 4.2 Hasil Perhitungan BER pengiriman gambar dengan sistem OFDM Modulasi
Pengaruh kanal
BER
QPSK
AWGN
3,1246.10-6
QPSK
Rayleigh
2,8121.10-5
16-QAM
AWGN
2,2000.10-3
16-QAM
Rayleigh
1,1360.10-1
4.2.3.2 Hasil Simulasi dengan sistem Konvensional (Single Carrier) AWGN modulasi QPSK
Rayleigh modulasi QPSK
AWGN modulasi 16-QAM
Rayleigh modulasi 16-QAM
Gambar 4.19 Sistem Single Carrier dengan modulasi secara QPSK dan 16-QAM
24
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan BER pengiriman gambar dengan sistem single carrier Modulasi
Pengaruh kanal
BER
QPSK
AWGN
6,2492.10-6
QPSK
Rayleigh
1,0930.10-1
16-QAM
AWGN
5,2000.10-3
16-QAM
Rayleigh
2,3690.10-1
Dari gambar 4.19 dan tabel 4.3 diatas dapat dilihat bahwa dengan sistem Single Carrier dengan modulasi secara QPSK jika gangguan hanya berupa
AWGN diperoleh kualitas gambar yang diterima hampir sama dengan jika menggunakan
sistem
OFDM
(dari
hasil simulasi
diperoleh
nilai
BER = 6,2492.10-6). Sedangkan jika channel mengalami Rayleigh fading dengan modulasi secara QPSK diperoleh kualitas gambar yang diterima lebih buruk daripada menggunakan sistem OFDM (dari hasil simulasi diperoleh nilai BER = 1,0930.10-1). Pada sistem Single Carrier dengan modulasi secara 16-QAM jika gangguan hanya berupa AWGN diperoleh kualitas gambar yang hampir sama dengan menggunakan sistem OFDM (dari hasil simulasi diperoleh nilai BER=5,2000.10-3). Sedangkan jika channel mengalami Rayleigh fading dengan modulasi secara QPSK diperoleh kualitas gambar yang diterima lebih buruk daripada menggunakan sistem OFDM (dari hasil simulasi diperoleh nilai BER = 2,3690.10-1).
25
BAB V KESIMPULAN Dari hasil simulasi tersebut diatas dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Bit Error Rate (BER) nilainya tergantung pada tingkat noise yang diterima (Eb/N0). Nilai BER dapat ditingkatkan dengan menambah jumlah carrier, simbol rate dan menyisipkan guard interval. 2. Tingkat Bit Error Rate terhadap pengaruh Rayleigh Fading Channel pada sistem OFDM lebih baik jika dibandingkan pada sistem single carrier. Dari hasil simulasi dengan modulasi secara QPSK pada sistem OFDM diperoleh BER sebesar 2,8121.10-5 dan BER sebesar 1,0930.10-1 untuk sistem single carrier. Jika dengan modulasi secara 16-QAM pada sistem OFDM diperoleh 2,2000.10-3 dan BER sebesar 1,1360.10-1 untuk sistem single carrier. 3. Pada multipath fading diperlukan penyisipan guard interval untuk mengurangi terjadinya Inter Symbol Interference (ISI) sehingga tingkat Bit Error Rate (BER) yang dihasilkan menjadi lebih baik. Panjang guard interval yang disisipkan tergantung dari delay.
26
DAFTAR PUSTAKA
1. Harada, H., Prasad, R., Simulation and Software Radio for Mobile Communication, Artech House, 2002. 2. Jozep Edyanto (Penterjemah). 2002. MATLAB. Yogyakarta: Andi. 3. Hazy, L, Introduction to OFDM, 1997. (www.sce.carleton.ca/~hazyl/Publications/Meng.htm.)
27
