Universitas Mercubuana
BAB III PERANCANGAN SISTEM DAN SIMULASI
Pada Tugas Akhir ini akan dianalisis sistem Direct Sequence CDMA dengan menggunakan kode penebar yang berbeda-beda dengan simulasi menggunakan program Matlab. Oleh karena itu, pada bab ini akan dijelaskan mengenai pemodelan dan perancangan sistem, serta parameter simulasi yang digunakan. Secara umum, diagram blok model sistem komunikasi DS-CDMA yang akan disimulasikan ditunjukkan pada gambar di bawah ini :
n(t)
User-1 User-2
Pengirim kanal Kode Penebar
User-3
User-n
Gambar 3.1 Model simulasi secara umum Diagram blok diatas pada prinsipnya terdiri dari 3 bagian utama, yaitu : 1. Pengirim 2. Penerima 3. Kanal 4. Kode Penebar
3.1
Bagian Pengirim Bagian pengirim terdiri dari generator data, modulator BPSK dan spreader. Model pengirim DS-CDMA dapat dilihat pada gambar 3.2.
17
Universitas Mercubuana
18
Gambar 3.2 Model Pengirim DS-CDMA
3.1.1 Generator Data Pada simulasi ini, pembangkitan data yang akan dikirim dilakukan secara acak berdistribusi normal dengan menggunakan fungsi randint pada matlab dimana akan menghasilkan nilai bit 1 dan bit 0 yang memiliki pola acak dengan peluang kemunculan antara bit 0 dan bit 1 sama.
3.1.2 Modulator BPSK Modulator digunakan untuk membangkitkan sinyal base band. Membentuk data-data biner menjadi simbol-simbol data biner sesuai dengan konstelasi simbol. Memetakan bit 0 menjadi -1 dan bit 1 menjadi 1.
3.1.3 Spreader Proses yang terjadi pada blok spreader adalah penebaran spektrum sinyal termodulasi BPSK dengan kode penebar. Pada proses ini sinyal informasi di spread dengan menggunakan kode penebar yang berbeda untuk tiap-tiap user. Kode yang digunakan adalah Walsh-Hadamard code, Kasami code, dan Gold code.
3.2
Bagian Penerima Bagian penerima terdiri dari despreader, modulator BPSK, correlator dan keputusan. Model penerima DS-CDMA dapat dilihat pada gambar 3.3.
Universitas Mercubuana
19
Gambar 3.3 Model Penerima DS-CDMA
3.2.1 Despreader Sebelum masuk ke correlator sinyal yang diterima dikalikan dengan replika kode penebarnya masing-masing, dimana kode ini adalah kode yang sama dengan kode yang digunakan pada proses spreading. Proses perkalian ini disesuaikan dengan delay waktu pengiriman masingmasing user atau sinkronisasi dianggap sempurna.
3.2.2 Correlator Setelah proses di atas selesai kemudian pada correlator terjadi proses integrasi dengan interval sepanjang N. Pada matlab menggunakan fungsi intdump untuk menghitung nilai intergral deretan bit dengan interval tertentu. Bit data yang keluar dari korelator memiliki jumlah bit yang sama dengan bit data yang dikirimkan sebelum mengalami proses spreading.
3.2.3 Demodulator BPSK Output dari correlator masih berupa bilangan real karena merupakan hasil intergral, untuk mendapatkan deretan bit bipolar NRZ maka bilangan real hasil output korelator perlu dikonversikan menjadi bit 1 atau -1. Proses ini dilakukan dengan memberi nilai threshold untuk mengambil keputusan apakah output correlator akan bernilai 1 atau -1. Pada simulasi ini threshold yang digunakan adalah nol atau biasa dikenal dengan hard decision. Dimana nilainya bernilai 1 jika inputnya positif dan bernilai -1 untuk nilai input bernilai lainnya. Kemudian setelah itu sinyal dikembalikam lagi menjadi bit data 0 dan 1, sama seperti data yang dikirim.
20
Universitas Mercubuana
3.2.4 Perhitungan BER BER dihitung dengan membandingkan antara urutan bit pada pengirim dengan urutan bit yang dideteksi pada sisi penerima, kemudian jumlah bit yang salah dibagi dengan jumlah bit yang dibangkitkan. Pada Simulasi ini dibangkitkan tiga dan tujuh user sehingga besarnya BER yang diperoleh adalah rata-rata BER dari ketiga dan ketujuh user tersebut. Untuk mendapatkan hasil yang mendekati kebenaran dilakukan beberapa kali iterasi sehingga diperoleh harga rata-rata kesalahan yang lebih akurat.
3.3
Kanal Kanal yang disimulasikan adalah kanal Rayleigh Fading dicampur AWGN. AWGN ditambahkan dikarenakan noise ini merupakan noise yang pasti terjadi dalam jaringan wireless manapun. Sehingga dapat dikatakan, data yang dikirim dilewatkan pada kanal Rayleigh Fading yang terdistribusi AWGN. Untuk memodelkan kanal AWGN, pada simulasi ini digunakan fungsi awgn pada Matlab. Fungsi pembangkitan noise pada Matlab
sudah
bisa
di bangkitkan
melalui
fungsi:
Outawgn
=
awgn(output1,SNR, 'measured'). Dengan fungsi tersebut kita bisa memberikan level noise AWGN kepada sinyal transmit. Variabel SNR adalah nilai SNR yang akan kita masukkan. Kata ‘measured’ menunjukkan fungsi tersebut mengukur daya output1 terlebih dahulu kemudian menambahkan level noise sehingga diperoleh perbandingan level daya sinyal terhadap noise sesuai dengan nilai SNR yang kita masukan.
3.4
Kode Penebar Proses yang terjadi disini adalah proses perkalian antara sinyal data dengan sinyal kode. Setiap satu bit data Tb akan ditebar sepanjang bit kode Tc. Jadi jika ada 200000 data dan kita memakai panjang kode 64, maka 1 bit data akan digandakan menjadi 64 chip, sehingga total ada 12800000 chip. Pada simulasi ini digunakan panjang kode 16 dan 64 untuk masing-masing kode.
21
Universitas Mercubuana
3.4.1 Walsh-Hadamard Code Walsh-Hadamard
Code
dibangkitkan
oleh
operasi
martiks
Hadamard. Unit dasar matriks dari pembangkit Walsh-Hadamard Code adalah :
⎡1 H2 = ⎢ ⎣1
1⎤ − 1⎥⎦
Kode ini saling orthogonal untuk setiap baris dari matriks Hadamard. Setiap user menggunakan satu set kode dari satu baris matriks Hadamard. Untuk membangkitan matriks Hadamard sudah tersedia di Matlab, sehingga kita tinggal memanggil dengan perintah hadamard(N) dengan N adalah panjang kode yang kita inginkan dan N=2n, dimana n=1, 2,3,….. Pada simulasi ini digunakan panjang kode Walsh 16 dan 64 sehingga dibangkitkan matriks Hadamard H4 dan, H6.
3.4.2 Gold Code Gold Code dibangkitkan dari kombinasi pasangan-pasangan spesifik
m-sequence.
Pada
matlab
terlebih
dahulu
dibangkitkan
m-sequence pertama dengan preferred pairs yang spesifik kemudian dibangkitkan juga m-sequence yang kedua yang memiliki preferred pairs yang berbeda dari m-sequence pertama. Kemudian kedua m-sequence mengalami operasi penjumlahan dengan modulo-2 sehingga didapatkan keluaran berupa Gold Sequence sepanjang K = (2m-1)+2 (termasuk 2
m-sequence yang digunakan) dimana m merupakan jumlah shift register yang digunakan. Proses penyebaran Gold Code dilakukan dengan menggunakan m-files dr matlab.
3.4.3 Kasami Code Sama seperti Gold code, Kasami Code juga dibangkitkan dari deretan m-sequence. Pada matlab proses penyebaran Kasami Code terlebih dahulu diawali dengan memanggil m-files dari matlab yaitu proses dari
m-sequence setelah itu dilakukan proses penyebaran kode Kasami dengan memanggil m-files dari m-sequence tersebut sehingga akan menghasilkan
2m/2 Kasami sequence dimana m merupakan jumlah shift register yang digunakan.
22
Universitas Mercubuana
3.5
Parameter Simulasi Sistem DS-CDMA Data-data untuk menganalisa kinerja sistem DS-CDMA pada Tugas Akhir ini dihasilkan dengan menjalankan program simulasi Matlab versi 7.6 (R2008a). Program simulasi dibuat dalam bentuk file.m. Data masukan adalah bit-bit random dimana ukurannya adalah 200000. Modulasi yang digunakan adalah BPSK. Frekuensi yang digunakan adalah 900 MHz. Kecepatan bergerak (v) 0 Km/jam dan 100 Km/jam dengan kecepatan cahaya (c) 3.108 m/dt, maka frekuensi doppler maksimum (fd) adalah
f d max =
f d (0)
v. fc cos θ c
0.10 3 900 .10 6 = 3600 8 ≈ 0 Hz 3.10
f d (100 )
100 .10 3 900 .10 6 = 3600 8 ≈ 84 Hz 3.10
Kinerja sistem yang dianalisa adalah besarnya Bit Error Rate (BER) dibandingkan dengan SNR. Secara keseluruhan parameter yang dipergunakan pada program simulasi Tugas Akhir ini adalah Tabel 3.1 Parameter simulasi sistem
Parameter
Spesifikasi
Jumlah bit
200000 bit
Jumlah user
3 dan 7
Jenis kode penebar
Walsh-Hadamard Code, Kasami Code, Gold Code
Spreading Factor
16, 64
Modulasi
BPSK
Kanal
Rayleigh Fading
Kecepatan user
0, 100 km/jam
SNR
-15 – 25 dB
Target BER
10-5
23
Universitas Mercubuana
Dalam Tugas Akhir ini, ilusrasi berikut merupakan alur kerja simulasi. mulai
selesai
Hitung BER
Parameter simulasi: • Jumlah user • Spreading Factor • Kode Penebar • Kecepatan user • SNR
Bit terima
BPSK demapper Generator data biner correlator
BPSK mapper Gold
Walsh
Kasami
despreading
spreading Kanal Rayleigh Fading
Gambar 3.4 Diagram Alir Simulasi
