TUGAS AKHIR - RE 1599
KINERJA ADAPTIVE CODED MODULATION PADA SISTEM OFDM MENGGUNAKAN HYBRID SELECTION/EQUAL GAIN COMBINING DIVERSITY DI BAWAH PENGARUH REDAMAN HUJAN TROPIS Achmad Charis Fahrudin NRP 2204 100 191 Dosen Pembimbing Prof.Ir. Gamantyo H., M.Eng.Ph.D.
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009
KINERJA ADAPTIVE CODED MODULATION PADA SISTEM OFDM MENGGUNAKAN HYBRID SELECTION/EQUAL GAIN COMBINING DIVERSITY DI BAWAH PENGARUH REDAMAN HUJAN TROPIS
TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperolah Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Menyetujui Dosen Pembimbing,
Prof. Ir. Gamantyo Hendrantoro, M.Eng. Ph.D. NIP. 132 048 147
SURABAYA AGUSTUS, 2009
ii
ABSTRAK Permasalahan utama yang dihadapi daerah tropis adalah fading akibat redaman hujan. Fading menurunkan unjuk kerja sistem komunikasi gelombang radio pada frekuensi diatas 10 GHz. Indonesia merupakan Negara tropis yang memiliki curah hujan sangat tinggi. Penelitian ini memanfaatkan OFDM untuk mengurangi pengaruh redaman hujan terhadap sistem komunikasi gelombang millimeter dengan metode penggabungan antara modulasi adaptif, pengkodean rangkap adaptif dan teknik diversity, Hybrid Selection Equal Gain Combining (HS/EGC). Pemodelan sistem transmisi adaptif dilakukan pada komunikasi multilink yang memiliki variasi sudut 450, 900, dan 1350 terhadap Link Timur (00) sebagai sumbu acuan. Panjang lintasan bervariasi dari 1-4 km untuk pengamatan BER maksimal 10-6 dan 10-11. Berdasarkan hasil analisa yang telah dilakukan menunjukkan bahwa nilai link availability sistem adaptive coded modulation(ACM) untuk link 1 km telah mencapai 99,99% pada pengamatan BER 10-6 dan 10-11. Dan pada sistem ACM yang dikombinasikan dengan teknik HS/EGC diversity telah mencapai jarak 2 km. Kata Kunci: hybrid selection/equal gain combining diversity, link availability, gain diversity.
iii
ABSTRACT Main problems faced by tropical regions is fading due to rain attenuation. Fading down the performance of communication systems radio waves at a frequency above 10 GHz. Indonesia is a tropical country that has very high rainfall. This study utilizes OFDM to reduce the influence of rain attenuation of millimeter wave communication system with the method of adaptive modulation that using a cluster code and adaptive diversity called by Equal Gain Hybrid Selection combining (HS / EGC). Adaptive transmission system modeling is done on a multilink communication have variations 45o, 90o, and 135o to the East Link (0o) as the reference axis. The length of the track varies from 1-4 km to the observed maximum BER 10-6 and 10-11. Based on the results of the analysis has been done shows that the value of a link adaptive system availability coded Modulation (ACM) for 1 km link has reached 99.99% in the observation BER 106 and 10-11. And full system, ACM with the HS/EGC diversity, have reached the distance of 2 km. Keyword: hybrid selection/equal gain combining diversity, link availability, gain diversity.
iv
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul: KINERJA ADAPTIVE CODED MODULATION PADA SISTEM OFDM MENGGUNAKAN HYBRID SELECTION/EQUAL GAIN COMBINING DIVERSITY DI BAWAH PENGARUH REDAMAN HUJAN TROPIS Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan pendidikan di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Melalui Tugas Akhir ini diharapkan mampu memberikan masukan atau sebagai saran dalam penelitian selanjutnya. Ucapan terimakasih saya haturkan kepada bapak Suwadi dan bapak Gamantyo atas segala bentuk bimbingan, arahan, dan masukan dalam penyusunan laporan Tugas akhir ini. Penulis sadar bahwa didalam laporan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan yang perlu disempurnakan. Kritik dan saran konstruktif dari semua pihak sangat berguna untuk pengembangan penelitian lebih lanjut. Sebagai penutup, penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Surabaya, Agustus 2009
Penulis
v
DAFTAR ISI hal i JUDUL................................................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN.................................................................. iii ABSTRAK............................................................................................. v KATA PENGANTAR........................................................................... DAFTAR ISI......................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR............................................................................. xi DAFTAR TABEL................................................................................. xii BAB I
PENDAHULUAN................................................................. 1.1 Latar Belakang................................................................ 1.2 Permasalahan.................................................................. 1.3 Batasan Masalah............................................................. 1.4 Tujuan............................................................................. 1.5 Metodologi..................................................................... 1.6 Sistematika Penulisan..................................................... 1.7 Relevansi.........................................................................
BAB II DASAR TEORI.................................................................. 2.1 LMDS……………………………………………….. 2.1.1 Konsep LMDS………………………………... 2.1.2 Keuntungan Sistem LMDS …………………... 2.1.3 Pengaruh Redaman Hujan pada Sistem LMDS. 2.1.4 Sistem Akses LMDS.......................................... 2.1.5 Pengaruh Redaman Hujan pada Sistem LMDS. 2.2 OFDM.......................................................................... 2.1.1 Konsep OFDM……………...………………... 2.1.2 Transmisi Adaptif pada OFDM..……………... 2.3 Pengkodean Rangkap………………………………… 2.3.1 Kode Konvolusional………………………….. 2.3.2 Kode Reed Solomon.......................................... 2.3.3 Penggabungan Kode.......................................... 2.4 Adaptive Coded Modulation…………………………. 2.5 Synthetic Storm Technique ………………………….. 2.6 Rugi-rugi Transmisi...................................................... 2.6.1 Rugi-rugi Free Space…………………………... 2.6.2 Redaman Hujan ……………………………...... 2.7 Diversity Combining..................................................... 2.7.1 Selection Combining…………………………...
vii
1 1 1 1 2 2 3 4 5 5 5 6 6 7 8 8 8 10 12 12 15 18 19 20 24 24 25 26 26
2.7.2 Equal Gain Combining………………………… 2.7.3 Maximal Ratio Combining…………………….. 2.7.4 Hybrid Diversity Combining…………………... BAB III METODOLOGI.................................................................. 3.1 Model Sistem………………………………………..... 3.2 Konfigurasi Sistem Komunikasi Multilink................... 3.3 Data kecepatan dan arah angin Surabaya...................... 3.4 Pengukuran Data Curah Hujan………………………. 3.5 Pengolahan Data Redaman Hujan……………………. 3.6 Perhitungan SNR clear sky........................................... 3.7 Sistem Pengkodean Rangkap........................................ 3.8 Skenario Adaptive Coded modulation.......................... 3.9 Pemakaian Teknik Diversity HS/EGC.......................... 3.10 Perancangan Program ................................................... 3.9.1 Proses Persiapan data............................................ 3.9.2 Proses Simulasi..................................................... 3.10 Perhitungan Nilai CDF .................................................. 3.10.1 Perhitungan Nilai CDF SNRk…………………... 3.10.2 Perhitungan Nilai CDF SNRk HS/EGC Diversity 3.11 Evaluasi Kinerja Adaptive Coded Modulation............... 3.11.1 Gain diversity.................................................... 3.11.2 Link Availability............................................. 3.11.3 Efisiensi Bandwidth........................................
29 30 32 35 35 37 37 39 41 42 44 46 49 51 51 53 53 53 53 53 53 54 54
BAB IV ANALISA HASIL SIMULASI............................................ 55 4.1 Intensitas hujan di Surabaya……………….................... 55 4.2 Redaman Hujan di Surabaya .............................................56 4.3 Kinerja Sistem Adaptive Coded Modulation.................. 57 57 4.3.1 Kinerja Sistem BER maksimal 10-6……….. 4.3.1.1 Link Availability………………………. 58 4.3.1.2 Efisiensi Bandwidth …………………… 60 62 4.3.2 Kinerja Sistem BER maksimal 10-11……….. 4.3.2.1 Link Availability……………………… 62 64 4.3.2.2 Efisiensi Bandwidth …………………. 4.4 Gain Diversity ………………………………………… 66 68 4.5 Kinerja Sistem ACM Hybrid Diversity……………... 68 4.5.1 Kinerja Sistem BER maksimal 10-6…………… 68 4.5.1.1 Link availability……………………… 69 4.5.1.2 Efisiensi Bandwidth…………………. 4.5.2 Kinerja Sistem ACM dengan Diversity pada
viii
BER maksimal 10-11…………......................... 4.5.2.1 Link Availability……………………... 4.5.2.2 Efisiensi Bandwidth………………….. 4.6 Kinerja OFDM pada Sistem Transmisi ACM dengan HS/EGC......................................................................... 4.7 Sintesis...................................................……………... BAB V PENUTUP.............................................................................. 5.1 Kesimpulan...................................................................... 5.2 Saran................................................................................
70 70 71 72 73 75 75 75
DAFTAR PUSTAKA............................................................................... 76 LAMPIRAN A....................................................................................... 79 LAMPIRAN B....................................................................................... 93 LAMPIRAN C....................................................................................... 99 LAMPIRAN D....................................................................................... 109 RIWAYAT PENULIS..............................................................................125
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem LMDS .............................................................. Gambar 2.2 Prinsip Kerja OFDM.................................................... Gambar 2.3 Diagram Blok Pemancar OFDM.................................. Gambar 2.4 Skema Adaptif pada OFDM ....................................... Gambar 2.5 Enkkoder Kode Konvolusional.................................... Gambar 2.6 Diagram State .............................................................. Gambar 2.7 Diagram Trellis............................................................ Gambar 2.8 Skema Penggabungan Kode......................................... Gambar 2.9 Link Orientasi Barat – Timur (E-W)............................ Gambar 2.10 Arah Kecepatan Angin ................................................ Gambar 2.11 Konfigurasi Multilink ................................................ Gambar 2.12 Selection Combining Diversity.................................... Gambar 2.13 Equal Gain Combining ............................................... Gambar 2.14 Maximal Ratio Combining .......................................... Gambar 2.15 Skema HS/EGC........... ............................................... Gambar 3.1 Model Sistem Transmisi Adaptif ................................ Gambar 3.2 Konfigurasi Sistem Komunikasi Multilink.................. Gambar 3.3 Sistem Pengukuran Curah Hujan ................................ Gambar 3.4 Data Curah Hujan (mm/h) menggunakan Software ASDO ......................................................................... Gambar 3.5 Grafik Hasil Pengukuran Curah Hujan (mm/h).......... Gambar 3.6 Blok Diagram Pengkodean pada DVB-T.................... Gambar 3.7 Skema HS/EGC.......................... ................................ Gambar 3.8 Equal Gain Combining............... ................................ Gambar 3.9 Diagram Alir Perancangan Program............................ Gambar 4.1 Kurva CCDF Curah Hujan di Surabaya....................... Gambar 4.2 Proses Hujan Dua Link................................................ Gambar 4.3 Kurva Redaman Hujan Multilink 13 Pebruari 2008.... Gambar 4.4 Link Availability Link Timur Lintasan 1 km............... Gambar 4.5 Proses Transmisi Adaptif dan Non Adaptif................. Gambar 4.6 Kinerja Teknik-Teknik Combining Diversity..............
xi
6 9 10 11 13 14 14 19 22 22 23 22 29 30 33 36 37 39 40 41 44 50 50 52 55 56 57 58 62 66
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Data Kecepatan Arah Angin Bulan Februari 2008 ....... 38 Tabel 3.2 Parameter Sistem LMDS Jarak 1 km............................. 43 Tabel 4.1 Nilai Link Availability Sistem ACM pada Link Timur untuk BER 10-6 ................................................. 59 Tabel 4.2 Perbandingan Nilai Efisiensi Bandwidth pada BER Maksimum 10-6 ............................................................ 61 Tabel 4.3 Nilai Link Availability Sistem ACM pada Link Timur untuk BER 10-11 ................................................ 63 Tabel 4.4 Perbandingan Nilai Efisiensi Bandwidth pada BER Maksimum 10-11 ............................................................ 65 Tabel 4.5 Gain Diversity................................................................ 67 Tabel 4.6 Link Availability Sistem dengan Diversity pada BER Maksimal 10-6 ............................................................. 68 Tabel 4.7 Efisiensi Bandwidth Sistem dengan Diversity pada BER Maksimal 10-6 ..................................................... 70 Tabel 4.8 Link Availability Sistem dengan Diversity pada BER Maksimal 10-11 ............................................................ 71 Tabel 4.9 Efisiensi Bandwidth Sistem dengan Diversity pada BER Maksimal 10-11 ..................................................... . 72
xii
