Visualisasi dan Analisa Kinerja Kode Konvolusi Pada Sistem MC-CDMA Dengan Modulasi QAM Berbasis Perangkat Lunak Ayu Node Nawwarah1, Yoedy Moegiharto2 Mahasiswa Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Jurusan Teknik Telekomunikasi 2 Dosen Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Surabaya 60111 e-mail :
[email protected] 1
Abstrak Pada proyek akhir ini akan dilakukan di analisa terhadap kinerja kode konvolusi pada sistem Multicarrier CDMA menggunakan teknik modulasi QAM. Multicarrier CDMA merupakan teknik akses jamak dari CDMA yang menggunakan beberapa subcarrier, yaitu replika data dilewatkan melalui N paralel subcarrier dimana data tersebut dimodulasi dengan masing-masing pseudorandom code, data yang akan dikirimkan akan dikodekan dengan enkoder kode konvolusi dengan rate 1/2 dan mengalami proses spreading menggunakan pembangkitan pseudorandom code yaitu Gold Code sesuai dengan jumlah subcarrier, kemudian pada sisi penerima dilakukan proses despreading dan digunakan proses dekoder menggunakan algoritma viterbi. Dengan menggunakan teknik MC-CDMA dan kode konvolusi menghasilkan kinerja CDMA yang lebih baik dibandingkan tanpa menggunakan kode konvolusi dengan melihat nilai BER menurut nilai Eb/No yang di nyatakan dalam dB. Kinerja MC-CDMA dengan konvolusi untuk subcarrier 16 mencapai BER 10-3 dengan nilai Eb/N0 14,5 dB sedangkan tanpa kode konvolusi sampai dengan Eb/No 20 dB belum mencapai BER 10-3. Dan kinerja kode konvolusi pada MC-CDMA menggunakan subcarrier 16 memiliki nilai BER lebih baik 4dB dibanding subcarrier 8. Kata Kunci : MC-CDMA , Gold code, QAM, kode konvolusi, BER.
ini kita menggunakan kode konvolusi 1. Pendahuluan Seiring dengan perkembangan jaman, sebagai encoder pada sisi pemancar dan sistem komunikasi wireless dituntut untuk algoritma viterbi sebagai decoder pada sisi dapat menyediakan layanan data yang penerima sehingga diharapkan dapat berkecepatan tinggi BER yang kecil. Saat ini meningkatkan performansi dan kapasitas dikembangkan sistem CDMA yang pada komunikasi wireless. menggunakan teknologi spread spectrum. Teknologi spread spectrum adalah suatu 2. Teori Penunjang teknik yang memungkinkan penggunaan pita 2.1 CDMA frekuensi yang terbatas oleh banyak user CDMA merupakan metode secara bersama-sama tetapi setiap user multiplexing secara wireless dengan memiliki kode yang berbeda. Kode yang membedakan kode. Semua pengguna digunakan adalah pseudorandom, juga dapat melakukan pengiriman data pada disebut sebagai Pseudo Noise Code waktu yang sama, dan masing-masing (PNcode). Kode tersebut terlihat seperti acak dialokasikan pada frekuensi yang tetapi sebenarnya determenistik dan tersedia untuk transmisi. periodik, sehingga penerima dapat Teknik CDMA pada dasarnya merekonstruksi kode untuk deteksi sinkron berbasis pada teknologi spread karena diketahui baik oleh penerima maupun spektrum. Hal ini didasari kenyataan pemancar. Namun pada sistem CDMA bahwa teknologi spread spektrum masih rentan terhadap Inter-Chipmemungkinkan banyak pengguna untuk Interference (ICI), untuk menutupi berkomunikasi secara bersama-sama kelemahan CDMA muncullah sistem dengan menggunakan satu kanal/saluran Multicarrier CDMA (MC-CDMA). MCyang sama dengan kode yang berbeda. CDMA adalah suatu sistem yang dapat Metode akses seperti ini disebut dengan mengirimkan sinyal info yang direplika Direct Sequence Code Division Multiple melalui sejumlah N subcarrier yang masingAccess (DS-CDMA). masing subcarrier-nya ditandai dengan PNcode yang berbeda. Dalam proyek akhir
Sinyal yang dioutputkan oleh pemancar adalah sebagai berikut:
Sedangkan pada sisi penerima dapat dinyatakan sebagai berikut :
Gambar 1. Diagram Sistem CDMA 2.2 MC-CDMA MC-CDMA dapat dikategorikan dalam dua skema: yang pertama yaitu deretan data asli diberikan spreading code dan selanjutnya dimodulasi untuk setiap subcarrier yang berbeda yang kedua yaitu deretan data asli dikonversikan dari serial ke paralel kemudian diberikan spreading code, dan selanjutnya dimodulasi untuk setiap subcarrier yang berbeda pada setiap deretan data asli. Skema yang pertama dikenal sebagai MC-CDMA (Multicarrier CDMA) dan skema yang kedua dikenal sebagai MC-DSCDMA (Multicarrier Direct Sequence CDMA). Modifikasi sistem MC-CDMA hasil penelitian Shinusuke Hara dan Ramjee Prasad memastikan agar sistem mampu membuat sinyal terima seolah-olah melewati kanal yang memiliki sifat nonselektif atau flat. Blok diagram pemancar MC-CDMA dapat dilihat dari gambar di bawah ini :
Gambar 2. Pemancar MC-CDMA
Gambar 3. Penerima MC-CDMA Output sinyal yang dihasilkan blok diagram penerima MC-CDMA adalah sebagai berikut:
Dimana : N = jumlah subcarrier c = PNcode yang digunakan oleh masing-masing pengguna k = interval PNcode u = pengguna ke-u d = data input t = interval bit Y(k) = proses FFT A(k) = hasil spreading sign = estimasi bit 2.3 Kode Konvolusi Coding disini digunakan sebagai pengacak informasi sebagai penanggulangan dalam terhadap terjadinya Multipath coding. Jenis coding yang kita gunakan pada proyek akhir ini adalah convolutional coding dimana dalam decoding-nya nanti akan menggunakan viterbi decoding. Di bawah ini terdapat dua komponen dasar konvolusi enkoder (flip-flop terdiri dari shift register dan gerbang EX-OR dan dua modulo adder) didefinisikan,
berikut adalah gambar untuk konvolusi enkoder dengan rate atau R = 1 / 2 , dengan skema konvolusi (n,k,m), tiap k bit data yang masuk pada satu satuan waktu, keluarannya menjadi n bit pada satu satuan waktu dan mempunyai m buah memori. Input: 010111001010001 Gambar 5. Hubungan Input, Output State dan Next State pada Encoder Kode Konvolusi
Gambar 4. Contoh Skema Konvolusi Enkoder Output:
2.4 Algoritma Viterbi Pada penerima, decoder Viterbi dapat (berusaha) mengembalikan sinyal yang salah pada saat transmisi ke sinyal yang benar dengan menyimpan beberapa data sebelumnya, mengkalkulasi ‘jarak konstelasi’ antar data yang berurutan, dan memperkirakan data yang paling mungkin diterima sehingga bit yang salah dapat dideteksi dan diperbaiki. Dengan menggunakan Hamming distance dapat mengakumulasi kesalahan metric pada setiap state. Untuk mendapatkan nilai akumlasi error matrix yang terkecil dari output encoder kode konvolusi diperlukan data tentang state output dari enkoder kode konvolusi tersebut . Gambar 5 akan mengambarkan tentang hubungan state selanjutnya dan output pada encoder kode konvolusi jika diberi input bernilai 1 atau jika input bernilai 0. Pada gambar tersebut jika input bernilai 1 maka akan digambarkan dengan garis lurus dan tebal, jika input bernilai 0 maka digambarkan dengan garis putus-putus.
2.5 Modulasi QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Pada QAM terdapat 4 buah level sinyal dan dua kali efisiensi bandwidth dari BPSK, karena 2 bit ditransmisikan dalam simbol modulasi tunggal. Proses modulasi yang mentransmisikan data dengan kanal Q dan I yang berbentuk dari dua paralel 2 buah BPSK. QAM merupakan M-ary encoding dimana M=4 (Quartenary). Pada QAM, sinyal informasi dibawa dalam bentuk perubahan-perubahan phasa. Dalam setiap periode waktu, phasa dapat berubah sekali. Karena ada kemungkinan phasa, terdapat 2 bit informasi yang terkandung dalam setiap slot waktu, (00, 01, 10 dan 11) yang dinamakan dibit. Setiap dibit membangkitkan satu dari empat kemungkinan phasa.
Gambar 6. Diagram Konstelasi 4 QAM
3. Metodologi Simulasi
pemancar. Setelah didemodulasi sinyal tersebut akan di-despreading dengan kode (Pncode) yang sama atau identik dengan yang digunakan pada sisi pemancar. Setelah itu data akan dilewatkan ke dekoder kode konvolusi untuk mendapatkan kembali data asli. 4. Hasil dan Analisa Hasil simulasi program yang dilihat dari nilai probabilitas kesalahan jumlah bit (BER) sebagai fungsi SNR dengan jumlah bit 10000 untuk perubahan jumlah subcarrier 8 dan 16 dari 1 user menggunakan kanal Rayleigh dan AWGN, menggunakan kode konvolusi rate 1/2 dan tanpa menggunakan kode konvolusi dapat ditunjukkan dengan gambar-gambar berikut: Performansi MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal Rayleigh menggunakan modulasi 4QAM Performansi MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal Rayleigh subcarrier8 subcarrier16 -1
Bit Error Rate
10
-2
10
-3
10
-4
10
2
4
6
8
10 12 Eb/No, dB
14
16
18
20
Gambar 8. Performansi MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal Rayleigh menggunakan modulasi 4QAM
Gambar 7. Flowchart sistem MC-CDMA
Performansi
MC-CDMA tanpa Konvolusi pada Kanal Rayleigh menggunakan modulasi 4QAM Performansi MC-CDMA tanpa Konvolusi pada Kanal Rayleigh subcarrier8 subcarrier16 -1
10
Bit Error Rate
Sinyal input dari user atau pengguna pada sisi pemancar dibangkitkan secara acak, data akan masuk ke dalam enkoder kode konvolusi dengan rate yaitu 1/2, selanjutnya mengalami proses spreading data dengan kode khusus yang disebut Pncode, yang dibangkitkan sejumlah N buah carrier (8 dan 16). Output sinyal ini akan melewati kanal yaitu kanal AWGN dan Rayleigh sehingga data informasi bercampur dengan noise. Sinyal yang diterima pada sisi penerima adalah sinyal informasi yang ditambah dengan noise. Pada sisi penerima, sinyal informasi yang bercampur noise tersebut akan didemodulasi dengan beberapa subcarrier pembawanya yang sama seperti pada
0
-2
10
-3
10
-4
10
0
2
4
6
8
10 12 Eb/No, dB
14
16
18
Gambar 9. Performansi MC-CDMA tanpa Konvolusi pada Kanal Rayleigh menggunakan modulasi 4QAM
20
Performansi
MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal AWGN menggunakan modulasi 4QAM Performansi MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal AWGN subcarrier8 subcarrier16 -1
Bit Error Rate
10
-2
10
-3
10
-4
10
0
2
4
6
8
10 12 Eb/No, dB
14
16
18
20
Gambar 10. Performansi MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal AWGN menggunakan modulasi 4QAM Performansi
MC-CDMA tanpa Konvolusi pada Kanal AWGN menggunakan modulasi 4QAM Performansi MC-CDMA tanpa Konvolusi pada Kanal AWGN subcarrier8 subcarrier16 -1
Bit Error Rate
10
-2
10
-3
10
-4
10
0
2
4
6
8
10 12 Eb/No, dB
14
16
18
20
Gambar 11. Performansi MC-CDMA tanpa Konvolusi pada Kanal AWGN menggunakan modulasi 4QAM Performansi
MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal Rayleigh menggunakan modulasi 4QAM dengan berbagai jumlah user Performansi MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal Rayleigh 2user
Bit Error Rate
10
10
10
10
4user 6user
-1
-2
-3
-4
2
4
6
8
10 12 Eb/No, dB
14
16
18
Gambar 12. Performansi MC-CDMA dengan Konvolusi pada Kanal Rayleigh menggunakan modulasi 4QAM dengan berbagai jumlah user
20
Melalui hasil simulasi dari penggunaan kode kovolusi pada sistem MC-CDMA yang dilewatkan pada kanal Rayleigh dengan bit input sebanyak 10000 bit yaitu pada Gambar 8, terlihat bahwa subcarrier 8 untuk mencapai nilai BER 10-3 di perlukan Eb/No sekitar 18,5 dB sedangkan penggunaan subcarrier 16 ternyata untuk mencapai nilai BER 10-3 di perlukan Eb/No sekitar 14,5 dB. Pada nilai BER 10-3 sesuai standar untuk sistem komunikasi suara, dilihat bahwa subcarrier 16 lebih baik 4 dB dari subcarrier 8. Hasil simulasi dari sistem MC-CDMA yang dilewatkan pada kanal Rayleigh dengan bit input sebanyak 10000 bit tanpa menggunakan kode konvolusi yaitu pada Gambar 9, terlihat bahwa penggunaan subcarrier 8 dan subcarrier 16 dari Eb/No 0 dB sampai dengan 20 dB belum mencapai BER 10-3 . Dari Gambar 8 dan 9 tersebut dapat diketahui penggunaan kode konvolusi pada sistem ini mampu memperbaiki kinerja MC-CDMA. Hasil simulasi dari penggunaan kode kovolusi pada sistem MC-CDMA yang dilewatkan pada kanal AWGN dengan bit input sebanyak 10000 bit yaitu pada Gambar 10, terlihat bahwa subcarrier 8 untuk mencapai nilai BER 10-3 di perlukan Eb/No sekitar 7,5 dB sedangkan penggunaan subcarrier 16 ternyata untuk mencapai nilai BER 10-3 di perlukan Eb/No sekitar 4,1 dB. Pada nilai BER 10-3 sesuai standar untuk sistem komunikasi suara, dilihat bahwa subcarrier 16 lebih baik 3,4 dB dari subcarrier 8. Hasil simulasi dari sistem MC-CDMA yang dilewatkan pada kanal AWGN dengan bit input sebanyak 10000 bit tanpa menggunakan kode konvolusi yaitu pada Gambar 11. Terlihat bahwa subcarrier 8 dari Eb/No 0 dB sampai dengan 20 dB belum mencapai BER 10-3 sedangkan penggunaan subcarrier 16 ternyata untuk mencapai nilai BER 10-3 diperlukan Eb/No sekitar 16 dB. Dari keseluruhan hasil simulasi tersebut diketahui bahwa semakin bertambahnya jumlah subcarrier maka kinerja sistem MCCDMA akan bertambah baik. Melalui hasil simulasi dari Gambar 12 yaitu performansi banyaknya user yang digunakan pada sistem MC-CDMA menggunakan kode konvolusi pada kanal Rayleigh dan subcarrier 16,
terlihat bahwa untuk pengguna 6 user dari Eb/No 0 dB sampai dengan 20 dB belum 6. Daftar Pustaka mencapai BER 10-3 , untuk pengguna 4 user [1] R. Prasad and S.Hara, “Overvierw of untuk mencapai nilai BER 10-3 di perlukan Multicarrier CDMA”, IEEE Eb/No sekitar 20 dB sedangkan untuk Communications Magazine, December pengguna 2 user untuk mencapai nilai BER 1997. 10-3 di perlukan Eb/No sekitar 17 dB. Dari [2] Eunhee Kim, “Performance of hasil simulasi tersebut dapat diketahui Multicarrier DS CDMA Systems”, Final bahwa semakin banyaknya jumlah pengguna Report, December 6, 2002. maka kinerja MC-CDMA akan semakin [3] A. C. McCormick and E. A. Al-Susa, menurun. “Multicarrier CDMA for Future Generation Mobile Communication”, Electrinics & Communication 5. Kesimpulan Engineering Journal, April 2002. Berdasarkan pada hasil simulasi dan [4] Meel, J., ir., “Spread spectrum”, IWT analisa yang telah dibahas sebelumnya maka HOBU Fonds, De Nayer Instituut, dapat diketahui kinerja kode konvolusi pada October 1999. sistem MC-CDMA dapat disimpulkan [5] G Leija Hernandez, M Badaoul, Y A beberapa pernyataan diantaranya adalah : Iturri-Hinojosa, “Performance Analysis 1. Penggunaan kode konvolusi pada of Convolutional Coding in CDMA simulasi dapat memperbaiki kinerja Communication Systems”, Journal of sistem MC-CDMA. Untuk subcarrier Vectorial Relativity, 2009. 16 kinerjanya mencapai BER 10-3 [6] Fleming Chip, “A Tutorial on dengan nilai Eb/No 14,5 dB sedangkan Convolutional Coding with Viterbi tanpa kode konvolusi sampai dengan Decoding”, 2006. Eb/No 20 dB belum mencapai BER 10-3. [7] Yang Lie-Liang and Lajos Hanzo, 2. Pada sistem MC-CDMA semakin “Software-Defined-Radio-Assisted banyak jumlah subcarrier yang Adaptive Broadband Frequency digunakan maka akan menyebabkan Hopping Multicarrier DS-CDMA”, nilai SNR (dB) yang dibutuhkan University of Southampton, IEEE semakin kecil untuk mencapai BER Communications Magazine, March 2002 yang diinginkan.Untuk subcarrier 16 kinerjanya mencapai BER 10-3 dengan nilai Eb/No 14,5 dB sedangkan subcarrier 8 kinerjanya mencapai BER 10-3 dengan nilai Eb/No 18,5 dB. 3. Semakin banyaknya jumlah pengguna maka kinerja MC-CDMA akan semakin menurun. Terlihat bahwa untuk pengguna 6 user dari Eb/No 0 dB sampai dengan 20 dB belum mencapai BER 10-3, untuk pengguna 4 user untuk mencapai nilai BER 10-3 di perlukan Eb/No sekitar 20 dB sedangkan untuk pengguna 2 user untuk mencapai nilai BER 10-3 di perlukan Eb/No sekitar 17 dB. 4. Subcarrier 16 lebih baik 4 dB dari subcarrier 8 untuk bit 10000 pada simulasi menggunakan kode konvolusi pada kanal Rayleigh. 5. Subcarrier 16 lebih baik 3,4 dB dari subcarrier 8 untuk bit 10000 pada simulasi menggunakan kode konvolusi pada kanal AWGN.
