BAB IV HASIL DAN ANALISIS

BAB IV HASIL DAN ANALISIS

4.1 Pendahuluan Pada bab ini akan diuraikan hasil simulasi pengaruh K - factor pada kondisi kanal yang terpengaruh Delay spread maupun kondisi kanal yang dipengaruhi oleh frekuensi Doppler. Kinerja dari keseluruhan system yang digunakan dilihat berdasarkan jumlah bit error rate (BER) pada beberapa SNR yang digunakan. Semakin kecil nilai BER maka kinerja system semakin baik. Untuk mempermudah penulisan makan secara garis besar hasil simulasi akan dibagi menjadi dua bagian besar yaitu pengaruh K factor pada kondisi kanal yang dipengaruhi Delay Spread dan pengaruh K factor pada kondisi kanal yang dipengaruhi oleh frekuensi Doppler.

4.2 Pengaruh K-factor pada Kondisi Kanal yang Dipengaruhi Time Delay Spread Hasil simulasi pengaruh K factor ( perbedaan sudut elevasi pengirim dan penerima) dengan berbagai perbedaan bitrate [0.5 1 2 4] Mbps sinyal yang dikirim ditunjukkan oleh Gambar 4.1 – Gambar 4.9 . Hasil simulasi menunjukkan kinerja BER pada masing- masing K factor dengan perbedaan variasi bitrate pada frekuensi Doppler 50 Hz. Kita akan melihat pengaruh K factor pada kondisi kanal yang dipengaruhi time delay spread dimana Coherence bandwidth sangat berpengaruh pada kondisi kanal seperti ini.

50

4.2.1 K factor = 1.4 ( Sudut elevasi 100 )

Gambar 4.1 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 1.4 dengan bitrate yang berbeda

Tabel 4.1 Perbandingan kinerja BER pada K factor 1.4 dengan bitrate yang berbeda

Bitrate (Mbps )

BER pada SNR 20 dB

0. 5

0.0108

1

0.0217

2

0.0383

4

0.0768

Terlihat sangat jauh perbedaan BER saat system bekerja pada bitrate 0.5 Mbps dan bitrate 4 Mbps. Pada bitrate 0.5 Mbps terjadi 108 bit error ketika dilakukan pengiriman bit sebanyak 10000 bit. Sedangkan untuk bitrate 4 Mbps terjadi 768 error dengan pengiriman bit yang sama. 51

4.2.2 K factor 2.0 (Sudut Elevasi 200 )

Gambar 4.2 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 2.0 dengan bitrate yang berbeda.

Tabel 4.2 Perbandingan kinerja BER pada K factor 2.0 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps )

BER pada SNR 20 dB

0. 5

0.0065

1

0.0132

2

0.0264

4

0.0531

Pada K factor 2.0 (sudut elevasi 200 ) terlihat tidak ada perubahan yang cukup segnifikan mengubah BER walaupun memang terjadi perbaikan BER pada masing- masing bitrate. Namun rentang BER antara bitrate 0.5 Mbps dengan 4 Mbps terlihat sangat jauh dibandingkan dengan sebelumnya.

52




BER pada SNR 20 dB

0. 5

0.0048

1

0.0096

2

0.0199

4

0.0399

Pada K factor 2.3 (sudut elevasi 300 ) memperlihatkan performa yang semakin baik. Pada bitrate 0.5 Mbps terjadi perbaikan 17 bit dibandingkan dengan K factor 2.0 (sudut elevasi 200) dan 60 bit jika dibandingkan dengan K factor 1.4 (sudut elevasi 100). 53




BER pada SNR 20 dB

0. 5

0.0025

1

0.0057

2

0.0119

4

0.0247

Pada K factor 2.7 ( sudut elevasi 400) juga memperlihatkan performa yang semakin baik. Pada bitrate 0.5 Mbps terlihat perbaikan bit sebanyak 23 bit dibandingkan dengan bitrate pada K factor 2.3. Terlihat juga bahwa ketika bitrate semakin besar maka bit error rate (BER) juga semakin meningkat. 54


Gambar 4.5 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 4.6 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.5 Perbandingan kinerja BER pada K factor 4.6 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps) BER pada SNR 10 dB BER pada SNR 15 dB 0.5

0.0046

0.0004

1

0.0066

0.0012

2

0.0089

0.0026

4

0.0181

0.0057

Pada K factor 4.6 (sudut elevasi 500) perbaikan kinerja system sangat berubah drastis. Terlihat dari grafik untuk keadaan SNR 15 dB pada bitrate 0.5 Mbps hanya terdapat 4 bit error ketika kita mengirim bit sebanyak 10000 bit. Kondisi ini sangat jauh berbeda jika dibandingkan dengan bitrate pada K factor sebelumnya (sudut elevasi kurang dari 500). 55



Tabel 4.6 Perbandingan kinerja BER pada K factor 6.4 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps) BER pada SNR 10 dB BER pada SNR 15 dB 0.5

0.0029

0.0001

1

0.0037

0.0002

2

0.0050

0.0006

4

0.0097

0.0013

Pada K factor 6.4 (sudut elevasi 600) untuk bitrate yang sama yaitu pada bitrate 0.5 Mbps SNR 10 dB memperlihatkan performa yang hampir sama dengan kondisi pada K factor 2.7 (sudut elevasi 400) pada SNR 20 dB yaitu memiliki BER= 0.0025 = 25 x 10-4. Terjadi gain SNR sebesar 10 dB. 56


Gambar 4.7 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 9.2 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.7 Perbandingan kinerja BER pada K factor 9.2 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps )

BER pada SNR 10 dB

0. 5

0.0016

1

0.0022

2

0.0027

4

0.0050

Jika pada K factor 6.4 (sudut elevasi 600) untuk bitrate 0.5 Mbps grafik simulasi menunjukkan kinerja system dengan BER= 29 x 10-4 pada SNR 10 dB maka pada K factor 9.2 (sudut elevasi 700) menunjukkan performa yang hampir sama yaitu menunjukkan kinerja system dengan BER = 27 x 10-4 pada SNR 10 dB untuk bitrate 2 Mbps. 57




BER pada SNR 10 dB

0. 5

0.0012

1

0.0015

2

0.0016

4

0.0031

Pada K factor 12.2 (sudut elevasi 800) menunjukkan perilaku yang sama dengan kondisi pada K factor 9.2 (sudut elevasi 900) yaitu pada SNR 10 dB, 58

kinerja system untuk bitrate 2 Mbps pada K factor 12.2 dan bitrate 0.5 Mbps pada K factor 9.2 menunjukkan BER = 16 x 10-4.




BER pada SNR 10 dB

0. 5

0.0009

1

0.0009

2

0.0009

4

0.0018

59

Pada K factor 16.8 ( sudut elevasi 900) menunjukkan performa system yang paling baik diantara semua. Juga pada kondisi bitrate dari 0.5 Mbps – 2 Mbps menunjukkan kinerja system sama yaitu BER= 9 x 10-4 dan pada bitrate 4 Mbps kinerja system mengalami penurunan sebesar dua kali bit error dari keadaan pada bitrate 0.5 Mbps – 2 Mbps. Dari keseluruhan system terlihat bahwa berubahnya K factor akan mempengaruhi kinerja system. Semakin besar bertambahnya K factor juga akan mempengaruhi semakin besar perbaikan pada system. Namun yang menarik dilihat adalah pengaruh K factor ini pada kondisi dimana kondisi kanal dipengaruhi oleh multipath time delay spread. Pada kondisi ini kita akan melihat pengaruh K factor pada kondisi kanal yang mengalami flat fading maupun frekuensi selective fading. Pada simulasi ini akan dilihat pengaruh multipath delay karena berubahnya laju bit atau bitrate sinyal yang dikirim.

Gambar 4.10 Fading skala kecil berdasarkan Multipath Time Delay Spread Kanal multipath dapat diturunkan dari power delay profile yang merupakan daya relatif antara sinyal yang diterima pada waktu tunda tertentu (delay) bila dibandingkan dengan daya referensi. Power delay profile didapatkan dengan mengambil nilai rata-rata suatu daya sesaat pada suatu area lokal untuk menunjukkan nilai rata-rata power delay profile skala kecil. 60

Untuk membandingkan kanal multipath yang berbeda-beda dan mendesain suatu sistem wireless maka dibutuhkan parameter utama pembentuknya yaitu mean excess delay, rms delay spread dan excess delay spread (X dB). Parameter diatas dapat diturunkan dari suatu power delay profile. Suatu kanal pita lebar pada umumnya ditentukan oleh mean excess delay( τ ) dan rms delay spread(σt). Mean excess delay didefenisikan sebagai :

∑a τ τ= ∑a

2 k k

k

∑ P(τ )τ = ∑ P(τ ) k

k

k

2 k

(4.1)

k

k

k

Rms delay spread didefenisikan sebagai : σt = τ 2 − ( τ ) 2

(4.2)

dimana :

τ2

∑a τ = ∑a

2 2 k k

k

2 k

k

∑ P(τ )τ = ∑ P (τ ) k

2

k

k

(4.3)

k

k

Dari model Davis [3] yang digunakan sebagai parameter dalam simulasi diperoleh Rms delay spread (σt)

=

0.21 ns dengan frekuensi korelasi 0.9. maka

Coherence Bandwidth dapat dinyatakan sbb:

Bc ≈

1 1 = = 0.952MHz 50στ 50 × 0.21ns

Coherence bandwidth didefenisikan sebagai karakteristik kanal yang memberikan respon flat pada rentang frekuensi tertentu. Flat memiliki pengertian bahwa kanal akan melewatkan seluruh komponen frekuensi tersebut dengan gain dan fasa yang linier. 61

Pada simulasi yang dilakukan bandwidth sinyal yang dikirim akan merepresentasikan kondisi kanal yang terjadi. Jika Bandwidth sinyal (Bs) lebih kecil dari Coherence Bandwidth (Bc) maka terjadi flat fading dan sebaliknya jika Bs lebih besar dari Bc maka terjadi frequency selective fading. Berikut tabel yang menunjukkan perilaku sinyal pada kondisi kanal sbb: Tabel 4.10 Perilaku kanal dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps) Bandwidth Sinyal Coherence BW

Perilaku Kanal

(MHz)

(MHz)

0.5

0.25

0.952

Flat fading

1

0.5

0.952

Flat fading

2

1

0.952

Frequency Selective fading

4

2

0.952

Frequency Selective fading

Dari keseluruhan hasil simulasi terlihat bahwa semakin meningkat bitrate maka semakin buruk kinerja system. Pada K factor dengan sudut elevasi antara 100 - 400 menunjukkan bahwa ketika bitrate dinaikkan dua kali ( dari 0.5 Mbps menjadi 1 Mbps) maka BER bertambah menjadi dua kali. Jika bitrate dinaikkan menjadi 4 kali (menjadi 2 Mbps) maka BER bertambah empat kali BER semula. Namun ketika bitrate dijadikan delapan kali bitrate semula ( 4 Mbps) maka BER bertambah cukup signifikan dari 8-10 kali BER semula. Ini disebabkan karena sinyal bekerja pada kondisi kanal yang frequency selective fading menyebabkan adanya penyebaran waktu dari symbol-simbol yang dikirim melalui kanal mengakibatkan terjadinya ISI. ISI inilah yang menyebabkan BER setiap grafik meningkat. Namun pada K factor dengan sudut elevasi diatas 400 peningkatan bitrate justru tidak meningkatkan BER secara signifikan (pada bitrate 1, 2 Mbps). Pada kondisi bitrate 4 Mbps barulah terasa peningkatan BER dua kali BER 62

semula. Kondisi ini juga sama seperti pada K factor dengan sudut elevasi dibawah 500 yaitu karena sinyal bekerja pada kanal yang frequency selective fading (2,4 Mbps) dengan perbedaan Bandwidth sinyal dan Coherence Bandwidth yang cukup besar sehingga menyebabkan adanya penyebaran waktu dari symbolsimbol yang dikirimkan. Dengan membandingkan bitrate pada masing-masing K factor. Kita juga dapat melihat overlap kinerja pada masing-masing bitrate pada K factor. Sebagai contoh BER sekitar 25 x 10-3 pada SNR 20 dB dapat kita peroleh pada bitrate 1 Mbps pada K factor 1.4 (sudut elevasi 100) , 2 Mbps pada K factor 2.0 (sudut elevasi 200), 4 Mbps pada K factor 2.7 (sudut elevasi 400). Untuk BER 50 x 10-4 dapat menggunakan bitrate sebesar 1 Mbps untuk SNR 20 dB pada K factor 2.7 (sudut elevasi 400), bitrate 2 Mbps untuk SNR 10 dB pada K factor 6.4 (sudut elevasi 600), bitrate 4 Mbps untuk SNR 10 dB pada K factor 9.2 (sudut elevasi 700). Dengan kinerja yang sama pada K factor 2.7 dapat menggunakan bitrate dua kali lebih besar untuk K factor 6.4 dan empat kali lebih besar untuk K factor 9.2 dengan menurunkan SNR sebesar 10 dB.

4.3 Pengaruh K-factor pada Kondisi Kanal yang Dipengaruhi Doppler Spread

Hasil simulasi menunjukkan kinerja BER pada masing- masing K factor dengan perbedaan variasi frekuensi Doppler . Kita akan melihat pengaruh K factor pada kondisi kanal yang dipengaruhi Doppler spread dimana Coherence time (Tc) sangat berpengaruh pada kondisi kanal seperti ini.

63

Gambar 4.11 Grafik kinerja BER terhadap frekuensi Doppler dengan Variasi K factor pada Rb=1 Mbps

Gambar 4.12 Grafik kinerja BER terhadap frekuensi Doppler dengan Variasi K factor pada Rb= 2 Mbps 64

Gambar 4.13 Grafik kinerja BER terhadap frekuensi Doppler dengan Variasi K factor pada Rb= 4 Mbps

Doppler spread dan coherence time merupakan parameter yang menjelaskan informasi tentang keadaan kanal yang berubah terhadap waktu baik yang disebabkan oleh pergerakan penerima maupun pergerakan benda-benda pada kanal tersebut. Doppler spread, BD, merupakan pengukuran pelebaran spektral frekuensi yang disebabkan oleh sifat kanal yang berubah terhadap waktu. Doppler spread juga didefenisikan sebagai rentang frekuensi dimana spektrum Doppler yang diterima tidak nol. Ketika suatu sinyal dikirimkan dengan frekuensi carrier, fc, maka sinyal akan memiliki komponen pada rentang fc-fd dan fc+fd, dimana fd adalah pergeseran Doppler (Doppler Shift) . Nilai dari fd tergantung dari kecepatan dari penerima dan sudut θ antara arah pergerakan penerima dan arah gelombang yang akan diterima. Jika bandwidth sinyal baseband jauh lebih besar dibandingkan BD, maka efek dari pergeseran Doppler dapat diabaikan. 65

Coherence time, Tc, merupakan representasi waktu dari pergeseran Doppler dan digunakan untuk menjelaskan karakteristik kanal yang berubah pada domain waktu. Coherence time dan Doppler spread memiliki nilai yang saling berkebalikan satu sama lain. TC ≈

1 fm

(4.4)

Jika coherence time didefinisikan sebagai waktu dimana fungsi korelasi waktu diatas 50%, maka dapat diambil pendekatan nilai coherence time sebagai berikut :

TC ≈

9

(4.5)

16π f m

Dari keseluruhan system terlihat bahwa berubahnya K factor akan mempengaruhi kinerja system. Semakin besar bertambahnya K factor juga akan mempengaruhi semakin besar perbaikan pada system. Namun yang menarik dilihat adalah pengaruh K factor ini pada kondisi dimana kondisi kanal dipengaruhi oleh Doppler spread. Diilustrasikan oleh gambar berikut ini.

Gambar 4.14 Fading skala kecil berdasarkan Doppler Spread Pada

simulasi

yang

dilakukan

variasi

frekuensi

Doppler

akan

merepresentasikan kondisi kanal yang terjadi. Jika perioda symbol lebih kecil dari coherence time maka kondisi kanal mengalami slow fading dan sebaliknya jika 66

peroda symbol lebih besar dari coherence time maka kondisi kanal mengalami fast fading. Berikut tabel yang menunjukkan perilaku sinyal pada kondisi kanal sbb: Tabel 4.11 Perilaku kanal dengan frekuensi Doppler yang berbeda Frekuensi Doppler

TC ≈

9 16π f m

(ms)

Perioda Symbol Perilaku Kanal Ts (µs)

Maksimum (Hz) 60

7.05

2

Slow fading

100

4.23

2

Slow fading

120

3.525

2

Slow fading

150

2.82

2

Slow fading

190

2.226

2

Slow fading

215

1.967

2

Slow fading

225

1.88

2

Slow fading

Dengan kata lain untuk symbol rate yang tinggi seperti pada system transmisi OFDM hampir terpenuhi setiap saat kondisi slow fading. Pada Gambar 4.11 terlihat bahwa pengaruh frekuensi Doppler sangat terasa terutama pada nilai SNR 15 dB. Pada nilai SNR ini, naiknya nilai frekuensi Doppler mengakibatkan kinerja BER semakin buruk. Hal ini wajar terjadi karena frekuensi Doppler sebanding dengan pergerakan pengirim atau penerima dalam mengirimkan ataupun menerima data. Semakin besar laju pergerakan ini mengakibatkan spread antara frekuensi carrier yang dikirimkan dengan frekuensi yang diterima semakin besar sehingga mengakibatkan adanya fluktuasi phasa sinyal yang memicu terjadinya error. Namun semakin bertambahnya K factor (sudut elevasi semakin besar) sangat berpengaruh pada perbaikan kinerja system dengan semakin menurunnya nilai BER.

67

BAB IV HASIL DAN ANALISIS

Recommend Documents