BAB IV DATA DAN ANALISA HASIL SIMULASI
4.1 Hasil Simulasi Sistem Alamouti dengan Asumsi Pengenalan Kanal Sempurna Hasil simulasi dari sistem Alamouti dengan proses menurut bagan 3.2 pada salah satu perioda bit (T=1s) ditunjukkan pada gambar 4.1:
Gambar 4. 1 Kinerja simulasi Alamouti dengan pengenalan kanal sempurna (jumlah bit = 100000 bit, T = 1s)
Hasil yang ditunjukkan sebentuk dengan grafik yang disimulasikan Alamouti seperti tertera pada makalah[1]. Perbedaan yang terjadi disebabkan
xl
karena adanya beberapa perbedaan parameter yang digunakan, antara lain jumlah bit, ada tidaknya modulasi, nilai frekuensi doppler yang dipakai, dan kecepatan transfer data. Kurva BER yang didapat menunjukkan bahwa BER akan menurun dengan kenaikan Eb/N0.
Gambar 4. 2 Kinerja simulasi Alamouti pengenalan kanal sempurna dalam berbagai perioda bit
Berikutnya disimulasikan grafik kurva BER sistem Alamouti dengan asumsi pengenalan kanal sempurna dalam berbagai perioda bit (T) untuk menganalisa lebih jauh mengenai sistem Alamouti dengan asumsi pengenalan
xli
kanal sempurna. Dari gambar kinerja 4.2, dapat ditarik kesimpulan umum bahwa sistem Alamouti dengan pengenalan kanal sempurna bekerja lebih baik seiring dengan bertambahnya kecepatan transfer data / mengecilnya perioda bit (T). Pada T = 1s, kinerja dari sistem Alamouti pengenalan kanal sempurna lebih baik daripada sistem tanpa Alamouti yang konvensional (menggunakan satu antena pengirim dan satu antena penerima). Berarti, sejak kecepatan transfer data 1 bps, sistem Alamouti dengan asumsi pengenalan kanal sempurna telah handal untuk transmisi data mengungguli sistem transmisi konvensional satu antena. Untuk T bernilai 2*10-6s (kecepatan transfer data 500 kbps) ke bawah, kinerja sistem memberikan BER = 0 di selang Eb/N0 bernilai 0 hingga 25 dB untuk pengiriman data sebanyak 10000 bit. Terjadi anomali di perioda bit 10-5s, di mana kurva BER sistem Alamouti memburuk (nilai BER meningkat) sebelum kembali membaik seiring penurunan perioda. Regresi linier dilakukan pada setiap kurva BER yang didapat dari simulasi sebagai pemodelan relasi antara parameter independen Eb/N0 terhadap parameter dependen BER yang diestimasi karena adanya faktor ketidakpastian yang dimilikinya.
4.2 Hasil Simulasi Sistem Alamouti dengan Teknik Tanpa Estimasi Kanal Kinerja teknik estimasi kanal yang dihasilkan proses simulasi berdasarkan bagan 3.3 ditunjukkan sebagai gambar 4.3:
xlii
Gambar 4. 3 Kinerja simulasi Alamouti dengan teknik tanpa estimasi kanal (jumlah bit = 10000 bit, T = 10-5s)
Bentuk kurva BER yang menyatakan kinerja yang teknik tanpa estimasi kanal yang diberikan gambar 4.3 menyerupai grafik yang diajukan Alamouti dalam makalah teknik tanpa estimasi kanal[2], di mana kurva akan menurun seiring dengan kenaikan pada Eb/N0. Perbedaan ketepatan bentuk grafik disebabkan kajian teknik estimasi kanal dilakukan pada tingkat baseband, perbedaan nilai frekuensi doppler, dan perbedaan perioda bit yang digunakan dalam simulasi. Jumlah bit yang digunakan dalam simulasi juga turut menentukan. Nilai BER yang didapat juga memberikan nilai yang semakin rendah untuk Eb/N0 yang semakin tinggi.
xliii
Gambar 4. 4 Kinerja simulasi Alamouti dengan teknik tanpa estimasi kanal dalam berbagai perioda bit
Untuk mengetahui relasi kinerja antara sistem Alamouti teknik tanpa estimasi kanal dengan perioda bit, disimulasikan sistem Alamouti dengan teknik tanpa estimasi kanal dalam berbagai perioda. Meninjau grafik kinerja teknik tanpa estimasi kanal pada gambar 4.4, pada perioda sekitar 10-3s dapat diketahui bahwa sistem Alamouti dengan teknik ini mulai menunjukkan kinerja yang lebih baik daripada flat fading dan memberikan kurva BER yang menurun seiring peningkatan Eb/N0. Sebelum perioda 10-3s dicapai, sistem Alamouti dengan teknik xliv
tanpa estimasi kanal belum bekerja secara efektif karena memberikan nilai BER yang kurang menurun untuk Eb/N0 yang lebih besar. Akibatnya, kurva BER yang didapat cenderung berbentuk lurus. Untuk T yang semakin mengecil, teknik tanpa estimasi kanal akan menunjukkan perilaku yang serupa seperti sistem Alamouti dengan asumsi pengenalan kanal sempurna, yakni kinerja membaik dengan BER semakin mengecil untuk setiap Eb/N0. Terdapat anomali serupa dengan proses Alamouti dengan pengenalan kanal sempurna yang terjadi pada perioda bit 10-5s, di mana kinerja sistem Alamouti dengan teknik estimasi kanal akan sedikit memburuk. Penurunan kinerja dapat dilihat dengan jelas dengan perbandinga garis regresi yang terbentuk pada grafik. Seiring peningkatan pada perioda bit, kurva BER kinerja sistem akan kembali menunjukkan kinerja yang membaik dengan nilai BER yang mengecil. Pada hasil simulasi 4.2, nilai BER = 0 di selang Eb/N0 0 hingga 25 dB yang dicobakan, untuk pengiriman sebanyak 10000 bit, mulai terlihat pada T di bawah 10-6s. Dapat diambil kesimpulan, kinerja yang lebih baik dari flat fading mulai terjadi pada kecepatan transfer data
1 bps atau 10 3
sama dengan 1 kbps.
4.3 Hasil Simulasi Sistem Alamouti dengan Teknik Estimasi Kanal LMS Kinerja yang didapat dari hasil simulasi berdasarkan metode LMS (bagan 3.4) pada salah satu perioda terlihat pada gambar 4.5:
xlv
Gambar 4. 5 Kinerja simulasi Alamouti dengan teknik estimasi kanal LMS (jumlah bit = 10000 bit, T = 1.875*10-7s)
Untuk T tertentu (1.875*10-7s) seperti yang terlihat pada gambar 4.5, grafik yang ditunjukkan oleh teknik LMS memberikan hasil BER yang lebih baik daripada kurva BER tanpa diversitas (SISO) BPSK flat fading. Adanya grafik LMS terbentuk menunjukkan bahwa simulasi berjalan sesuai tujuan menghasilkan penunjuk tingkat kinerja berupa kurva BER. Berlaku juga sifat seperti estimasi kanal dengan pengenalan kanal sempurna dan teknik tanpa estimasi kanal, di mana untuk Eb/N0 yang membesar, maka nilai BER yang didapatkan akan mengecil.
xlvi
Gambar 4. 6 Kinerja simulasi Alamouti dengan teknik estimasi kanal LMS dalam berbagai perioda bit
Kemudian kinerja teknik LMS dianalisa lebih mendalam, dengan dilakukan simulasi sistem Alamouti dengan teknik LMS dalam berbagai T yang menghasilkan grafik gambar 4.6. Dengan meninjau grafik kinerja, dapat diketahui bahwa sistem Alamouti yang menggunakan teknik estimasi kanal LMS bekerja efektif (kurva BER kinerja mulai memberikan tanda – tanda nilai BER yang mengecil seiring peningkatan nilai Eb/N0) untuk perioda bit 3*10-7s, walau dengan
xlvii
kinerja yang belum memuaskan (kurva BER masih cenderung berbentuk garis lurus). Kinerja teknik LMS akan menjadi lebih baik daripada kinerja sistem tanpa diversitas (SISO) BPSK flat fading mulai perioda sekitar 1.875*10-7s (berdasarkan gambar 4.5), di mana grafik juga sudah cenderung berbentuk menurun seiring kenaikan Eb/N0. Sebelum mencapai perioda tersebut, untuk T bernilai lebih besar dari 1.875*10-7s, grafik kurva BER yang dihasilkan dari simulasi cenderung berbentuk garis lurus. Dapat diambil kesimpulan pula dari gambar 4.6, bahwa seiring dengan bertambahnya data rate, kinerja sistem Alamouti akan terus membaik hingga menghasilkan BER bernilai nol di setiap Eb/N0 diuji untuk T lebih kecil dari 1.5*10-7s. Berarti teknik estimasi kanal LMS akan menghasilkan kinerja yang lebih baik daripada flat fading untuk kecepatan transfer bit
1 1.875 * 10
7
bps Y 5.3 Mbps. Adapun simulasi dilakukan dengan
menggunakan 10000 bit data dan 1000 bit pilot.
4.4 Hasil Simulasi Sistem Alamouti dengan Teknik Estimasi Kanal TDNN Simulasi untuk teknik TDNN yang dilakukan sesuai proses bagan 3.6 menghasilkan grafik pada gambar 4.7:
xlviii
Gambar 4. 7 Kinerja simulasi Alamouti dengan teknik estimasi kanal TDNN (jumlah bit = 10000 bit, T = 2.203*1e-7s)
Seperti halnya LMS, simulasi berjalan sesuai tujuan dan menghasilkan grafik teknik TDNN seperti gambar 4.7. Grafik yang didapatkan sudah menunjukkan perilaku kinerja membaik (nilai BER menurun) seiring kenaikan nilai Eb/N0.
xlix
Gambar 4. 8 Kinerja simulasi Alamouti dengan teknik estimasi kanal TDNN dalam berbagai perioda bit
Pada gambar 4.8, teknik TDNN disimulasikan dalam berbagai nilai perioda bit untuk dianalisa lebih lanjut. Teknik TDNN mulai efektif bekerja untuk T di bawah 4*10-7s. Teknik TDNN akan memberikan hasil yang membaik seiring dengan penurunan nilai perioda bit dan mendapatkan nilai BER = 0 di setiap selang BER yang dicobakan pada T sekitar 2*10-7s untuk simulasi 10000 bit dengan menggunakan 1000 bit pilot. Terlihat pula pada T bernilai 2.203*10-7s (gambar 4.7), teknik TDNN memberikan nilai BER yang lebih kecil daripada nilai BER untuk sistem tanpa diversitas (SISO) modulasi BPSK flat fading. Seperti setiap teknik yang dibahas sebelumnya, semakin kecil nilai T (perioda bit) yang l
digunakan, maka semakin kecil nilai BER yang dihasilkan untuk setiap Eb/N0 yang dihasilkan. Akibatnya, semakin andal pula teknik tersebut untuk diiemplementasikan. Kecepatan transfer data yang dapat dipakai untuk menghasilkan transmisi yang handal adalah sekitar
1 2.203 10
7
bps Y 4.6 Mbps.
4.5 Hasil Simulasi Gabungan Sistem Alamouti dengan Pengenalan Kanal Sempurna dan Teknik Tanpa Estimasi Kanal
Gambar 4. 9 Kinerja simulasi Alamouti dengan gabungan asumsi pengenalan kanal sempurna dan teknik tanpa estimasi kanal pada T = 5*10-6s
Pada bagian ini, sistem Alamouti yang dilakukan dalam sinyal pita dasar / baseband tanpa oversampling dibandingkan kinerjanya. Hasil simulasi kedua li
estimasi kanal pada perioda 5*10-6s terlihat pada gambar 4.9. Dari grafik hasil simulasi, dapat dideduksi bahwa Alamouti dengan asumsi pengenalan kanal sempurna berkinerja lebih baik daripada teknik tanpa estimasi kanal. Pada T = 5*10-6s, kurva BER teknik tanpa estimasi kanal berada di bawah kurva BER sistem dengan asumsi pengenalan kanal sempurna, dengan keduanya telah berkinerja lebih baik daripada kurva BER sistem tanpa diversitas (SISO) BPSK flat fading. Dalam hal pencapaian nilai BER = 0 untuk setiap Eb/N0 yang disimulasikan, sistem dengan asumsi pengenalan kanal sempurna (2*10-6s) juga unggul lebih cepat dibandingkan dengan teknik tanpa estimasi kanal (10-6s). Tetapi, asumsi pengenalan kanal sempurna sebenarnya tidak mungkin dapat diimplementasikan ke dalam sistem sesungguhnya / real, karena sifat dari kanal multipath fading yang sulit diketahui secara menyeluruh sebelum transmisi dilakukan. Di samping itu, kedua bentuk grafik yang serupa juga menunjukkan secara kasar perbedaan sekitar 3dB pada Eb/N0 untuk BER yang sama, seperti tertulis dan tergambar pada makalah teknik tanpa estimasi kanal[2]. Simulasi dilakukan dengan menggunakan pengiriman sebanyak 10000 bit.
lii
4.6 Hasil Simulasi Gabungan Sistem Alamouti dengan Teknik Estimasi Kanal LMS dan Teknik Estimasi Kanal TDNN
Gambar 4. 10 Kinerja simulasi Alamouti dengan teknik estimasi kanal LMS dan teknik estimasi kanal TDNN pada T = 2.225*10-7s
Pada bagian ini, sistem Alamouti yang dilakukan dalam sinyal pita dasar / baseband dengan oversampling dibandingkan kinerjanya. Dari gambar 4.7, disimulasikan kedua teknik LMS dan TDNN ditinjau dari T yang sama, yaitu 2.225*10-7s. Terlihat jelas pada grafik kinerja bahwa teknik TDNN mengungguli LMS dalam bentuk grafik yang sangat serupa, walaupun kurva BER kedua teknik masih cenderung berbentuk garis lurus karena sistem Alamouti kedua teknik belum bekerja secara benar – benar efektif. Dapat diambil kesimpulan bahwa
liii
teknik TDNN berkinerja lebih baik daripada LMS dalam sistem Alamouti. Apabila menilik bagian 4.3 dan 4.4, dapat diketahui pula bahwa untuk pencapaian BER = 0 di setiap selang Eb/N0, TDNN (2*10-7s) lebih cepat daripada LMS (1.5*10-7s). Tetapi, teknik TDNN memiliki trade-off kompleksitas bila dibandingkan dengan LMS, terlihat dari struktur TDNN yang memiliki lebih banyak lapisan dan weight.
liv
