IMPLEMENTASI ALGORITMA SINKRONISASI UNTUK SISTEM OFDM PADA DSK TMS320C6713
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh : Nur Ibrahim 13204067
Laporan Tugas Akhir ini telah diterima, diperiksa, dan disahkan sebagai kolokium untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar
SARJANA TEKNIK ELEKTRO pada PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Bandung, Juni 2009 Telah diperiksa, disetujui dan disahkan oleh Dosen Pembimbing
Dr. Effrina Yanti Hamid, ST.MT. NIP 132163651 i
ABSTRAKSI IMPLEMENTASI ALGORITMA SINKRONISASI UNTUK SISTEM OFDM PADA DSK TMS320C6713
Sistem OFDM merupakan sistem yang populer saat ini serta diajukan untuk transmisi Next Generation Network. Beberapa penelitian mengimplementasikan sistem OFDM menggunakan platform pengembangan DSP yaitu DSK TMS320C6713. Salah satu bagian yang krusial agar proses transfer data dapat berjalan dengan baik adalah sinkronisasi. Pada tugas akhir ini akan diimplementasikan algoritma sinkronisasi untuk sistem OFDM pada DSK TMS320C6713. Metoda sinkronisasi yang digunakan adalah dengan menggunakan cyclic prefix dan dengan menggunakan pilot symbol. Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam tugas akhir ini antara lain adalah menyisipkan fungsi sinkronisasi pada coding receiver, mengimplementasikan sistem OFDM pada DSK TMS320C6713, mengevaluasi kompleksitas dari masing-masing algoritma sinkronisasi berdasarkan hasil pengamatan, serta membandingkan performansi masing-masing sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi yang berbeda. Berdasarkan hasil pengamatan dan evaluasi, metoda sinkronisasi dengan menggunakan cyclic prefix memiliki kompleksitas yang lebih rendah dibandingkan dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol. Hal ini dapat dilihat dari memori yang digunakan dan waktu eksekusi proses sinkronisasi yang dibutuhkan dengan menggunakan cyclic prefix lebih sedikit dibandingkan dengan menggunakan pilot symbol. Pada metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix, Semakin panjang ukuran cyclic prefix ,maka waktu untuk eksekusi proses sinkronisasi pun semakin besar. Sedangkan pada metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol, semakin panjang ukuran pilot symbol, maka semakin besar waktu yang dibutuhkan untuk eksekusi proses sinkronisasi. Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol memiliki performansi yang lebih baik dibandingkan dengan sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix.
Kata kunci: sinkronisasi, cyclic prefix, pilot symbol, DSK, OFDM. ii
ABSTRACT SYNCHRONIZATION ALGORITHM IMPLEMENTATION FOR OFDM SYSTEM AT DSK TMS320C6713
Nowadays, OFDM system is one of the popular systems. Several researches use DSP develepoment platform, DSK TMS320C6713, to implementation OFDM system. In order to have data transfer process could work properly, One of crucial problem is synchronization. In this final project, synchronization algorithm for OFDM system will be implemented at DSK TMS320C6713. Synchronization methods that will be used is synchronization method using cyclic prefix and synchronization method using pilot symbol. Several steps that has been done in this final project is inserting synchronization function into coding receiver, implementing OFDM system into DSK TMS320C671, evaluating the complexity of each method, and comparing performance of each OFDM system which use different synchronization method. From observation and evaluation result, synchronization method using cyclic prefix have lower complexity. It can be seen from used memory and time consumed for synchronization process using cyclic prefix that fewer than using pilot symbol. OFDM system with synchronization method using pilot symbol have better performance than OFDM system with synchronization method using cyclic prefix
Keyword: synchronization, cyclic prefix, pilot symbol, DSK, OFDM
iii
KATA PENGANTAR
Assalammu’alaikum Warohmatullahi Wabarakatuh. Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT, karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir yang berjudul ‘Implementasi Algoritma Sinkronisasi Untuk Sistem OFDM Pada DSK TMS320C6713’. Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan pendidikan tingkat sarjana di Program Studi Teknik Elektro, Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung. Pengerjaan tugas akhir ini bertujuan untuk menambah wawasan dan ilmu penulis mengenai metoda sinkronisasi pada sistem OFDM dan penggunaan DSK TMS320C6713 dalam pemrosesan real-time. Dalam mengerjakan tugas akhir ini, penulis mendapatkan bantuan, motivasi dan masukan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Ibu Dr. Effrina Yanti Hamid, ST.MT, selaku pembimbing penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. Terima kasih atas segala ilmu, pengetahuan, dorongan, masukan, dan waktu yang senantiasa Ibu berikan dengan tanpa pamrih sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. 2. Bapak penulis, Rachmat Harimurti, dan Mama, Eha Julaeha, yang senantiasa memberikan cinta, kasih sayang, motivasi serta doa yang tak pernah putus untuk penulis. Tak lupa untuk adik-adik penulis, Nur Muhammad Karim dan Nur Muhammad Azis. 3. Seluruh staff dosen dan tata usaha Program Studi Teknik Elektro ITB. 4. Sahabat – sahabat penulis, Ferdi, Dwi Pambudi, Amalia, Irsalina, Fina, Dimas dan keluarga, Fitri, Renita, Agung, Fajar, Afif, Vika, Anto, Devi, Devid, Edit, Riri, Puput, Ayu, Dito, Shinta, Anggaditya, Heldi, Ibu-ibu EL’04 lainnya dan segenap keluarga besar Teknik Elektro Angkatan 2004 lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas persahabatan yang indah yang terjalin selama ini. Terima kasih pula atas dukungan dan semangat yang diberikan sehingga penulis dapat mengikuti sidang sebagai persyaratan kelulusan. Mari kita jaga silaturahmi yang indah ini selamanya. Dan tak lupa sahabat penulis lainnya, Rachmani F.A. iv
dan keluarga, Juju Juarsih, Mufraeli, Yahya, Bebeh, Luky, Ajeng, Setyo dan segenap anggota Keluarga Remaja Islam Salman (KARISMA) ITB dan SMAN 3 Bandung Angkatan lulus 2004. 5. Segenap pihak lain yang tidak sempat penulis sebutkan. Penulis menyadari bahwa isi yang terkandung dalam laporan ini masih sangat sederhana dan jauh dari kesempurnaan. Untuk itu kritik dan saran yang bersifat konstruktif sangat penulis harapkan. Semoga laporan ini tidak hanya bermanfaat bagi penulis tapi juga bagi siapa saja yang meluangkan waktu membaca laporan ini. Wassalammu’alaikum Warohmatullahi Wabarokatuh.
Bandung, Juni 2009
Penulis
v
DAFTAR ISI ABSTRAKSI ......................................................................................................... ii ABSTRACT .......................................................................................................... iii KATA PENGANTAR ......................................................................................... iv DAFTAR ISI......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii DAFTAR SINGKATAN .................................................................................... xiii BAB 1 ......................................................................................................................1 PENDAHULUAN ........................................................................................1 1.1
Latar Belakang................................................................................1
1.2
Tujuan .............................................................................................1
1.3
Batasan Masalah .............................................................................2
1.4
Metodologi Penelitian ....................................................................2
1.5
Sistematika Penulisan .....................................................................3
BAB 2 ......................................................................................................................4 DASAR TEORI ...........................................................................................4 2.1
Modulasi Multicarrier ....................................................................4
2.2
Garis Besar Sistem OFDM .............................................................6
2.3
2.2.1
Convolutional Coding dan Viterbi Decoding .....................9
2.2.2
Interleaving dan Deinterleaving .......................................10
2.2.3
Mapping dan Demapping .................................................11
2.2.4
IFFT dan FFT ...................................................................11
2.2.5
Estimasi Kanal ..................................................................16
2.2.6
Cyclic Prefix .....................................................................19
2.2.6
Upsampling dan Pulse Shaping Filter ..............................20
Sinkronisasi ..................................................................................21 2.3.1
Sinkronisasi dengan metode menggunakan cyclic prefix .21
2.3.2
Sinkronisasi dengan metode menggunakan pilot symbol .23 2.3.2.1 Struktur Frame ....................................................23 vi
2.3.2.2 Protokol Transmisi ..............................................24 2.3.2.3 Training Sequence ...............................................25 2.3.2.4 Length Frame ......................................................26 2.3.2.5 Pilot Frame ..........................................................26 BAB 3
...............................................................................................................28
IMPLEMENTASI DSP ..............................................................................28 3.1
Pengenalan DSK TMS320C6713 .................................................28 3.1.1
Arsitektur DSK TMS320C6713 .......................................29
3.1.2
Peta Memori DSK TMS320C6713 ..................................31
3.1.3
Fitur-fitur DSK TMS320C6713 .......................................32 3.1.3.1 Memori Flash ......................................................32 3.1.3.2 SDRAM ...............................................................33 3.1.3.3 AIC23 Stereo Codec ...........................................33 3.1.3.4 Daughter Card Interface.....................................34 3.1.3.5 Complex Programmable Logic Device (CPLD) .34 3.1.3.6 Voltage Power Supply +5 Volt ...........................35 3.1.3.7 LED dan DIP switch ...........................................35
3.2
Code Composer Studio .................................................................35
3.3
Mekanisme Transfer Data ............................................................36
3.4
3.5
3.3.1
DSP Berbasis Sample dan DSP Berbasis Frame .............36
3.3.2
Triple Buffering ................................................................37
3.3.3
Direct Memory Access ......................................................39
Desain Sistem OFDM...................................................................39 3.4.1
Transmitter .......................................................................40
3.4.2
Receiver ............................................................................40
Arsitektur Sistem OFDM pada Layer Pemrosesan Sinyal ...........41 3.5.1
Mapping............................................................................41 3.5.1.1 Constellation Mapper .........................................41 3.5.1.2 Channel Mapper .................................................43
3.5.2 IFFT ...................................................................................43 3.5.3 FFT ....................................................................................45 3.5.4 Demapping ........................................................................46 vii
3.5.4.1 Channel Demapper .............................................46 3.5.4.2 Constellation Demapper .....................................48 3.5.5 Sinkronisasi .......................................................................49 3.5.5.1 Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix................................ 49 3.5.5.2 Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol ............................... 51 BAB 4
...............................................................................................................52
PENGUJIAN DAN EVALUASI ................................................................52 4.1
4.2
Pengujian ......................................................................................52 4.1.1
Pengujian hasil simulasi pengiriman data .......................52
4.1.2
Pengamatan Bentuk Sinyal ...............................................53
Evaluasi Kompleksitas .................................................................54 4.2.1
Evaluasi waktu eksekusi proses sinkronisasi ...................54 4.2.1.1 Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix ................................54 4.2.1.2 Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix ................................64
4.2.2
Evaluasi memori yang digunakan untuk proses sinkronisasi .......................................................................67
4.3
Performansi...................................................................................67 4.3.1
Sistem OFDM dengan BPSK mapper ..............................68
4.3.2
Sistem OFDM dengan QPSK mapper ..............................68
4.3.2
Sistem OFDM dengan QPSK mapper ..............................69
4.3.2
Sistem OFDM dengan QPSK mapper ..............................69
BAB 5 ..................................................................................................................70 KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................70 5.1
Kesimpulan ...................................................................................70
5.2
Saran .............................................................................................71
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................72 LAMPIRAN .........................................................................................................73
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Carrier dibagi menjadi beberapa subcarrier
``
Gambar 2.2
Spektrum Frekuensi OFDM
5
Gambar 2.3
Perbandingan antara SCM, MCM dan OFDM [1]
5
Gambar 2.4
Sistem OFDM berbasis Discrete Fourier Transform
6
Gambar 2.5
Teknik modulasi OFDM dapat dilakukan dengan IDFT di
8
transmitter
Gambar 2.6
4
Teknik demodulasi OFDM dapat dilakukan dengan DFT di receiver
9
Gambar 2.7
Convolution coding [2]
9
Gambar 2.8
Interleaving [2]
11
Gambar 2.9
Karakteristik twiddle factor
12
Gambar 2.10
FFT Decimation-in-time 8-point
16
Gambar 2.11
Model Sistem dengan sinyal-sinyal
16
Gambar 2.12
Tiga diagram penempatan pilot yang berbeda [3]
18
Gambar 2.13
Struktur cyclic prefix
19
Gambar 2.14
Korelasi antara deretan M sampel terakhir dengan cyclic prefix [3]
21
Gambar 2.15
Aliran data pada sistem OFDM
21
Gambar 2.16
Timing synchronization
22
Gambar 2.17
Frame OFDM
23
Gambar 2.18
Permulaan transmisi OFDM [5]
24
Gambar 2.19
Protokol transmisi [5]
25
Gambar 2.20
Struktur dari training sequence [5]
25
Gambar 3.1
Komponen dasar Sistem DSP
28
Gambar 3.2
Diagram blok DSK TMS320C6713 [3]
30
Gambar 3.3
Bentuk fisik DSK TMS320C6713 [3]
31
Gambar 3.4
Peta memori DSK TMS320C6713 [3]
32
Gambar 3.5
Interface codec pada DSK TMS320C6713
33
Gambar 3.6
Pemrosesan DSP berbasis sampel
37
Gambar 3.7
Pemrosesan DSP berbasis frame
37
ix
Gambar 3.8
Struktur Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan
39
cyclic prefix
Gambar 3.9
Struktur Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol
39
Gambar 3.10
Konstelasi QPSK Mapper
42
Gambar 3.11
Proses QPSK Mapper
42
Gambar 3.12
Proses Channel Mapper
44
Gambar 3.13
Proses IFFT
45
Gambar 3.14
Proses FFT
46
Gambar 3.15
Proses Channel Demapper
47
Gambar 3.16
Proses QPSK Demapper
48
Gambar 3.17
Diagram alir receiver pada mode start-up
49
Gambar 3.18
Pendeteksian energi di receiver
49
Gambar 3.19
Sebuah frame OFDM diletakkan di tengah-tengah buffer DSP [5]
50
Gambar 3.20
Metoda sinkronisasi ini menggunakan korelasi antara training sequence dengan sinyal output dari filter
51
Gambar 3.21
Contoh Hasil Korelasi
51
Gambar 4.1
Tampilan CCS untuk data yang dikirim
52
Gambar 4.2
Tampilan CCS untuk data yang diterima 53
53
Gambar 4.3
Tampilan CCS untuk data yang dikirim dan diterima
53
Gambar 4.4
Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 64
54
Gambar 4.5
Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada OFDM 64
55
Gambar 4.6
Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 128
56
Gambar 4.7
Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada OFDM 128
56
Gambar 4.8
Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 256
58
Gambar 4.9
Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada OFDM 256
58
Gambar 4.10
Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 512
60
Gambar 4.11
Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada
60
OFDM 512
x
Gambar 4.12
Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM 1024
Gambar 4.13
Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada
63
OFDM 1024
63
Gambar 4.14
Hubungan antara pilot symbol dengan clock pada OFDM 512
64
Gambar 4.15
Hubungan antara pilot symbol dengan waktu eksekusi pada
65
OFDM 512
Gambar 4.16
Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan BPSK
68
mapper
Gambar 4.17
Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan QPSK
68
mapper
Gambar 4.18
Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan 8-QAM
69
mapper
Gambar 4.19
Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan 16-QAM
69
mapper
xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1
Bit-reverse untuk FFT 8-point
15
Tabel 3.1
Mekanisme Triple Buffering
38
Tabel 4.1
Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 64
54
Tabel 4.2
Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 128
55
Tabel 4.3
Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 256
57
Tabel 4.4
Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 512
59
Tabel 4.5
Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 1024
61
Tabel 4.6
Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM 512
64
xii
DAFTAR SINGKATAN CCS
Code Composer Studio
CP
Cyclic Prefix
DFT
Discrete Fourier Transform
DSK
DSP Starter Kit
DSP
Digital Signal Processor
EDMA
Enhanced Direct Memory Access
FFT
Fast Fourier Transform
ICI
Intercarrier Interference
IDFT
Inverse Discrete Fourier Transform
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
ISI
Intersymbol Interference
ISR
Interrupt Service Routine
JTAG
Joint Test Action Group
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PC
Personal Computer
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
USB
Universal Serial Bus
xiii
