i
DISCRETE FOURIER TRANSFORM-SPREAD ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING PADA JARINGAN GENERASI KEEMPAT (4G)
Oleh: SINCERA SONIA CONCHITA NIM : 612005039
Skripsi Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh Ijazah Sarjana Teknik
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA
ii
iii
INTISARI
Saat ini jaringan telekomunikasi paling maju adalah Jaringan 4G dimana radio akses menggunakan OFDM untuk proses downlink dan DFTS-OFDM untuk proses uplink. DFTS-OFDM memanfaatkan modulasi single carrier dan penghitungan sinyal dalam ranah frekuensi. Keunggulan dari DFTS-OFDM adalah rendahnya nilai PAPR. PAPR adalah perbandingan antara daya puncak sinyal dengan daya rata-ratanya. Pada DFTS-OFDM terdapat 2 metode pemetaan, yaitu IFDMA dan LFDMA. Nilai PAPR pada metode IFDMA lebih kecil bila dibandingkan dengan nilai PAPR pada metode LFDMA. Sehingga metode IFDMA lebih bias dipakai dalam DFTS-OFDM sebagai sistem yang digunakan pada proses uplink pada Jaringan Generasi Keempat.
iv
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah memberikan bimbingan, bantuan dan dukungan untuk penulisan tugas akhir ini, yaitu : 1. Bunda Maria dan Tuhan Yesus Kristus yang memberikanku hidup, menerangi jalanku serta membantu penulis agar terus berusaha menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Liem Tiong Ien dan Tan Kim Bie, kakek dan nenek tercinta yang selalu mendukung penulis dengan menyayangi dan memanjakan penulis serta selalu menjaga penulis dari surga sana. 3. Florentia Pramushinta Dewi, mamah tercinta yang selalu dengan sabar mendampingi dan mendukung penulis setiap waktu serta Fransisco Serrano Jevon Philaret, adik tersayang penulis yang nakal namun selalu mendukung dan menyemangati kapanpun penulis terpuruk. 4. Marcellus Andri Dwi Prasetyo, ST, tempat penulis memberikan separuh hatinya yang selalu memberi dukungan dan motivasi. 5. Sherlock “Locky” Holmes, sahabat, saudara serta peliharaan yang selalu bisa membuat penulis tertawa dan terhibur disaat paling sedih pun. 6. Bapak Budihardja M,M,Eng dan Bapak Dalu Setiaji, M T selaku pembimbing yang dengan sabar membimbing, memberi saran, masukan serta koreksi yang berharga dalam penulisan tugas akhir ini. 7. Bapak Handoko, M.Eng selaku Dekan Fakultas Teknik Elektro dan Komputer UKSW atas segala bantuan dan pengertiannya.
v
8. Bapak Andreas Ardian Febrianto, ST., MT. atas segala bantuan, masukan serta saran yang berguna bagi penulis. 9. Seluruh tenaga pengajar Fakultas Elektro dan Komputer UKSW atas segala ilmu yang diperoleh penulis selama mengenyam pendidikan di FTJE-UKSW. 10. Christine Estya Kusuma Sari, ST. sahabat yang selalu menyemangati penulis dengan segenap jiwa raga serta menyediakan segala keperluan penulis saat di Salatiga. 11. Kristin, Tian, Ira dan seluruh penghuni kos Dipo 42 tercinta atas dukungan dalam doa serta penerimaan yang baik kepada penulis selama di Salatiga. 12. Sinchi, Pilove, Cheesy, Choco, Andro, Meda, Cherry, Pedro, Boldy, Vio, dan seluruh hamster penulis baik masih hidup maupun sudah pergi ke Hamster Heaven, yang selalu menemani dan memberi kebahagiaan bagi penulis. 13. Seluruh mahasiswa angkatan 2005 yang merupakan teman seperjuangan penulis dalam proses menyelesaikan tugas akhir ini. 14. Miss Yeti dan Miss Ida yang bukan hanya sebagai guru bahasa inggris namun juga sebagai pendengar yang setia di saat penulis stress serta pemberi saran terbaik yang pernah penulis dengar. 15. Para kru dan pemain film “3 idiots” yang menjadi inspirasi dan penyemangat bagi penulis dalam proses pengerjaan tugas akhir ini. 16. Semua pihak yang telah membantu baik secara materiil maupun moriil sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini jauh dari kata semurna namun penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Salatiga, September 2012
Penulis
vi
DAFTAR ISI halaman HALAMAN JUDUL ………………………………………………………………………..... i LEMBAR PENGESAHAN ………………………………………………………….….…… ii INTISARI ………………………………………………………………………………....… iii KATA PENGANTAR …………………………………………………………………......... iv DAFTAR ISI …………………………………………………………………………….…... vi DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………………...….... ix DAFTAR TABEL ………………………………………………………………………....... xi DAFTAR SIMBOL ……………………………………………………………………….... xii DAFTAR SINGKATAN ……………………………………………………………….….. xiii
BAB I : PENDAHULUAN 1.1
Tujuan ……………………………………………………………………....... 1
1.2
Latar Belakang Masalah …………………………………………………....... 1
1.3
Sistematika Penulisan ……………………………………………………....... 4
BAB II : DASAR TEORI 2.1 Perkembangan Telekomunikasi …………………………………….……....... 8 2.1.1 Proses uplink pada Jaringan 3G ………………………….……......….... 9 2.1.2 Jaringan Long Term Evolution (LTE) ……………………................… 13 2.1.2.1 LTE sebagai Kandidat Jaringan 4G …………….…..........… 13 2.1.2.2 Proses uplink pada Jaringan LTE ………………....…..….... 16 2.1.3 Proses uplink pada Jaringan 4G ……………………………..….…...... 16
vii
2.2. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ………..........…..... 17 2.2.1 Prinsip Dasar OFDM …………………………………........………...... 17 2.2.2 Sistematika OFDM …………………………………………...........….. 20 2.2.2.1 Demodulasi OFDM …………………………………….....… 20 2.2.2.2 Implementasi OFDM menggunakan IFFT/FFT …………...... 21 2.2.2.3 Penyisipan Cyclic Prefix ……………………………….......... 22 2.2.3 OFDM untuk downlink pada Jaringan 4G ……………………….....… 24 2.3 Peak to Average Power Ratio (PAPR) ………………………………........... 28 2.3.1 Definisi PAPR ……………………………………………………........ 28 2.3.2 PAPR pada OFDM ………………………………………………......... 29
BAB III : DISCRETE FOURIER TRANSFORM SPREAD-OFDM 3.1 Prinsip Dasar DFTS-OFDM ……………………………………………....... 30 3.2 Analisis Matematis ………………………………………………………...... 33 3.3 Penerima DFTS-OFDM …………………………………………………...... 34 3.4 Jenis Pemetaan DFTS-OFDM ………………………………………...….… 37 3.5 DFTS-OFDM untuk uplink pada Jaringan 4G ………………………...….... 39 3.6 Desain Simulasi ……………………………………….………………....…. 43
BAB IV : PAPR PADA DFTS-OFDM 4.1 PAPR pada DFTS-OFDM ………………………………………………...... 51 4.2 Analisis Matematis PAPR pada DFTS-OFDM …………………………...... 58 4.3 Desain Simulasi …………………………………………………………...... 62
viii
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ………………………….……….....................……………...... 66 5.2 Saran ………………………………………………………………………...66
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………….………….....67 LAMPIRAN ………………………………………………………….…………................... 68
ix
DAFTAR GAMBAR halaman
Gambar 2.1 Blok diagram OFDM …………………………………………………......…… 18 Gambar 2.2 Modulasi OFDM ……………………………………………………….…..….. 18 Gambar 2.3 Demodulasi OFDM ………………………………………………….…..…….. 21 Gambar 2.4 Modulasi OFDM dengan proses IFFT ………………………………...………. 22 Gambar 2.5 Perkiraan penerimaan sinyal ………………………………………...………… 23 Gambar 2.6 Penyisipan Cyclic Prefix ………………………………………….....………… 24 Gambar 2.7 Downlink Resource Grid …………………………………………...………….. 26 Gambar 2.8 Struktur Frame Tipe 1 ………………………………………………...……….. 27 Gambar 2.9 Struktur Frame Tipe 2 …………………………………………..……….…….. 28 Gambar 3.1 Blok Diagram DFTS-OFDM .............................................................................. 32 Gambar 3.2 (a) Spektrum dasar DFTS-OFDM ....................................................................... 33 Gambar 3.2 (b) Spektrum multi-carrier DFTS-OFDM .......................................................... 33 Gambar 3.3 Penerima DFTS-OFDM ...................................................................................... 35 Gambar 3.4 Persamaan Ranah Frekuensi ............................................................................... 35 Gambar 3.5 Penyisipan Cyclic Prefix ..................................................................................... 37 Gambar 3.6 Perbedaan Localized dan Distributed Mapping ………………........………….. 38 Gambar 3.7 Pemetaan DFTS-OFDM ..................................................................................... 39 Gambar 3.8 Skema Transmisi DFTS-OFDM ………………………………...........……….. 40 Gambar 3.9 Uplink Resource Block ………………………………………...…….………… 41 Gambar 3.10 Blok Diagram SC-FDMA yang Digunakan untuk Simulasi …....….………… 43 Gambar 4.1 PAPR pada OFDM ............................................................................................. 52 Gambar 4.2 Power Amplifier …………………………………………………............……. 52
x
Gambar 4.3 Sinyal Input OFDM ……………………………………..….………………… 53 Gambar 4.4 Proses pengiriman data pada DFTS-OFDM ……………....…..……………… 56 Gambar 4.5 Metode Pemetaan pada Subcarrier ……………………………..…………….. 57 Gambar 4.6a Pengiriman Simbol DFTS-OFDM dalam Ranah Frekuensi ……..….……….. 58 Gambar 4.6b Pengiriman Simbol DFTS-OFDM dalam Ranah Waktu …………..…….…... 58 Gambar 4.7 Blok Diagram Modulator SC-FDMA untuk Simulasi ……………….......…… 62 Gambar 4.8 Grafik perbandingan CCDF dari PAPR untuk IFDMA dan LFDMA menggunakan filter pulse shaping (filter Root raised-cosine) dan tanpa filter pulse shaping (M=256, N=64, QPSK, BW=5MHz) ……………………………..….. 65
xi
DAFTAR TABEL halaman Tabel 2.1 Parameter resource block untuk downlink ……………………………………….. 25 Tabel 3.1 Parameter resource block uplink ………………………………………….....…… 42
xii
DAFTAR SIMBOL
Nama Simbol
Arti Simbol
R
Jumlah bit rate
N
Jumlah subcarrier
x(t)
Sinyal masukan modulasi
m
Simbol OFDM
k
Simbol subcarrier
xk(t)
Nilai k yang termodulasi oleh subcarrier
fk
Frekuensi subcarrier Simbol modulasi
Tu
jumlah integer dari eksponensial kompleks selama interval proses demodulasi terintegrasi
TCP
panjang cyclic prefix Jumlah simbol OFDM pada downlink Jumlah subcarrier pada resource block
W
Filter pada ranah frekuensi
Pmax
Daya maksimal
Pav
Daya rata-rata
r(t)
Sinyal baseband Hasil ranah frekuensi dari proses subcarrier mapping
T
Periode pencuplikan simbol
T
Periode pencuplikan simbol setelah proses subcarrier mapping
xiii
DAFTAR SINGKATAN
Nama Singkatan
Keterangan
3GPP
Third Generation Partnership Project
ACI
Adjacent Channel Interference
ARQ
Automatic Repeat reQuest
BS
Base Station
BSC
Base Station Controller
CDMA
Code Division Multiple Access
CP
Cyclic Prefix
DCH
Dedicated Channel
DFT
Discrete Fourier Transform
DFTS-OFDM
Discrete Fourier Transform Spread-OFDM
DwPTS
Downlink Pilot Timeslot
EDGE
Enhanced Data rates for GSM Evolution
EPC
Evolved Packet Core
E-UTRAN
Evolved-UTRAN
FDD
Frequency Division Duplex
FDMA
Frequency Division Multiple Access
FFT
Fast Fourier Transform
GP
Guard Period
GPRS
General Packet Radio Service
GSM
Global System for Mobile communication
HSDPA
High Speed Downlink Packet Access
xiv
HSUPA
High Speed Uplink Packet Access
IBI
Inter Block Interference
IBO
Input Power Back Off
ICI
Inter Carrier Interference
IDFT
Inverse Discrete Fourier Transform
IFDMA
Interleaved Frequency Division Multiple Access
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
IMT
International Mobile Telecommunication
ISI
Inter-Symbol Interference
LFDMA
Localized Frequency Division Multiple Access
LTE
Long Term Evolution
MA
Multiple Access
MIMO
Multiple Input Multiple Output
NodeB
Logical
node
handling
transmission/reception
multiple cells OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PA
Power Amplifier
PAPR
Peak to Average Power Ratio
PRB
Physical Resource Block
PSK
Phase Shift Keying
PUSCH
Physical Uplink Shared Channel
RB
Resource Block
RMS
Root Mean Square
SC-FDMA
Single Carrier Frequency Division Multiple Access
SNR
Signal to Noise Ratio
in
xv
TCMA
Trellis Coded Multiple Access
TDD
Time Division Duplex
TDMA
Time Division Multiple Access
UE
User Equipment
UMTS
Universal Mobile Telecommunication System
UpPTS
Uplink Pilot Timeslot
