EVALUASI KINERJA TEKNIK ADAPTIVE MODULATION AND CODING (AMC) ( ) PADA MOBILE WiMAX MIMO-OFDM Didit Wahyudi 2208 100 675 Dosen Pembimbing : Bpk. Bpk Dr. Dr Ir Ir. Wirawan Wirawan, DEA
Latar Belakang • Akses komunikasi wireless yang cepat, fleksibel dan reliable sangat dibutuhkan untuk mendukung teknologi informasi dan multimedia yang semakin berkembang. berkembang • Salah satu inovasi untuk memenuhi hal tersebut adalah teknologi mobile WIMAX. • Tetapi kondisi kanal pada komunikasi wireless yang selalu berubah berubah-ubah ubah sangat berpengaruh terhadap performansi sistem jika tidak digunakan modulasi dan koding yang tepat, yang paling sesuai dengan kondisi kanal.
Rumusan Masalah • Apakah penerapan teknik Adaptive Modulation and Coding (AMC) pada mobile WIMAX dapat meningkatkan kapasitas kanal dengan cara menekan nilai BER yang terjadi pada data yang dikirimkan sehingga dapat meningkatkan performansi sistem?
Batasan Masalah • P Parameter-parameter sistem i mobile bil WIMAX disesuaikan di ik dengan standar IEEE 802.16e. • Teknik MIMO yang digunakan adalah 2x2 Space-Time Space Time Block Coding (STBC). • Modulasi yang digunakan untuk membangun skema modulasi adaptif adalah modulasi QPSK, 16-QAM, dan 64-QAM. • Kanal yang digunakan dalam simulasi adalah kanal fading yang terdistribusi Reyleigh. Reyleigh • Pengkodean kanal yang dipakai dalam simulasi adalah pengkodean konvolusi. • Pengamatan dilakukan terhadap nilai BER yang terjadi pada setiap nilai SNR yang terjadi di kanal.
Tujuan • Mengkaji sistem mobile WIMAX yang mengakomodasi standar IEEE 802.16e dengan menggabungkan skema modulasi adaptif sebagai upaya peningkatan performansi sistem, yaitu menekan nilai BER yang terjadi pada semua kondisi kanal.
WiMAX • W Worldwide ld id IInteroperability t bilit ffor Mi Microwave A Access • Standart Broadband Wireless Access dengan kemampuan menyediakan layanan data berkecepatan tinggi. • Komersialiasi dari standar IEEE 802.16 • Tekonologi WiMax merupakan pengembangan dari teknologi WiFi yang didisain untuk kondisi non-LOS non LOS ( non non-Line Line Of Sight ).
Perkembangan WiMAX
MIMO • Pada kondisi normal, keberadaan lintasan jamak pada komunikasi wireless bersifat merugikan sebab dapat menimbulkan fading. • Sistem MIMO mampu p memanfaatkan keberadaan lintasan jamak ini untuk menciptakan sejumlah kanal ekivalen yang seolah-olah terpisah satu sama lain. • Aplikasi MIMO dapat diarahkan untuk mencapai dua tujuan yang berbeda yang diwujudkan dalam dua teknik: – Multipleks spasial (SM) : mencapai kapasitas kanal yang besar – Pengkodean ruang-waktu (STC) : mendapatkan kualitas sinyal setinggi mungkin ki d dengan memanfaatkan f tk teknik t k ik diversity di it pada d pemancar d dan penerima
MIMO
Jika sinyal y yang y g dikirimkan antena p pemancar adalah x1,, x2,, x3,…..,xn, maka sinyal yang diterima oleh antena sisi penerima adalah: r1 = h11x1 + h12x2 + ….+ + h1NxN r2 = h21x1 + h22x2 + ….+ h2NxN ….. rN = hN1x1 + hN2x2 + ….+ hNNxN
MIMO • Secara umum dapat digabungkan ke dalam suatu K persamaan, yaitu: r ( t ) = ∑ hlk ( t ) xk ( t ) l k =1
• Menghasilkan model sinyal sederhana sistem MIMO: r (t ) = H (t ) x(t ) • Untuk semua sinyal, digunakan notasi matriks: x (t ) =
⎛ x1 (t ) ⎞ ⎜ x (t ) ⎟ ⎜ 2 ⎟, r (t ) ⎜ M(t ) ⎟ ⎝ xL ⎠
⎛ r1 ( t ) ⎞ ⎜ r (t ) ⎟ = ⎜ 2 ⎟, H (t ) ⎜ M( t ) ⎟ ⎝ rL ⎠
⎛ h11 ( t ) ⎜ h (t ) = ⎜ 21 ⎜ M ⎝ h L1 ( t )
⎞ ⎟ (t ) ⎟ ⎟ (t ) ⎠
h12 ( t )
L
h1 K ( t )
h 22 ( t )
L
h2K
O h L 2 (t ) L
M
M
h LK
• Cara mendapatkan kembali sinyal yang dikirim: H − 1 (t ) r ( t ) = H − 1 (t ) H ( t ) x (t ) = x (t )
Space Time Block Coding (STBC)
OFDM • Prinsip dasar OFDM O (Orthogonal (O Frequency Division Multiplexing) adalah transmisi data secara paralel dimana setiap saluran menggunakan subcarrier yang saling orthogonal satu sama lain. • Teknologi Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) merupakan teknik yang sangat efisien untuk mengatasi efek propagasi NLOS. NLOS • Penerapan OFDM akan membuat simbol yang terkirim tahan terhadap delay spread, karena durasi simbol jauh lebih besar dibandingkan dengan delay spread-nya.
OFDM
Penambahan Cyclic Prefix • Berfungsi untuk meminimalkan atau bahkan menghilangkan efek delay spread yang dapat p mengakibatkan g ISI.
Adaptif Modulation and Coding (AMC) • Teknik AMC menggunakan skema modulasi dan coding yang berubah-ubah sesuai dengan kondisi kanal (SNR) • Bila kondisi kanal membaik, maka skema modulasi orde besar bisa digunakan untuk memperbesar kapasitas kanal. Namun bila terjadi fading, WiMAX akan beradaptasi be adap as de dengan ga ca cara a mengubah e guba sskema e a modulasi odu as yang levelnya lebih rendah sehingga kontinuasi link komunikasi dan performansi sistem tetap terjaga.
Adaptif Modulation and Coding (AMC) Pada lapisan fisik WiMAX, WiMAX dikenal 4 tipe modulasi, modulasi yaitu: ¾ BPSK S : pa paling g robust obust te terhadap adap kondisi o d s kanal, a a , se sehingga gga sesuai untuk pinggiran sel. ¾ QPSK : cukup robust dengan kemampuan membawa laju data dua kali lebih banyak dibanding BPSK. ¾ 16 QAM : efisiensi spektrum cukup tinggi dengan tingkat robustness yang lebih bagus dari 64 QAM QAM. ¾ 64 QAM : paling efisien penggunaan spektrumnya tetapi g robust,, sehingga gg hanya y sesuai untuk radius yyang g kurang dekat dengan BTS.
Adaptif Modulation and Coding (AMC)
Adaptif Modulation and Coding (AMC) • Secara skematik, tipe modulasi dapat dipetakan ke dalam radius sel sebagaimana gambar berikut:
Adaptif Modulation and Coding (AMC)
Blok Diagram Sistem
Parameter Sistem PARAMETER Bandwidth FFT size Jumlah subcarrier data Jumlah subcarrier pilot Jumlah subcarrier null Faktor sampling Subcarrier spacing Useful symbol time Rasio guard interval Guard interval OFDM symbol time Jenis modulasi digital Channel coding
SIMBOL BW NFFT Nused
N ∆f ts G TG Ts
KETERANGAN 5 MHz 512 360 60 92 144/125 10,94 KHz 91,41 μs 1/8 11,42 , μ μs 102,9 μs QPSK, 16-QAM, 64-QAM FEC (Foward Error Correction)
Bagian Transmitter
Teknik MIMO
Pemodelan Kanal • Kanal transmisi realistis – AWGN - divariasikan dengan SNR – Rayleigh Fading – divariasikan dengan kecepatan
• Representasi p kanal MIMO
Perencanaan Teknik AMC BURST PROFILE
MODULASI
RS code
CC coderate
Overall coderate
0
BPSK
(12,12,0)
1/2
1/2
1
QPSK
(32,24,4)
2/3
1/2
2
QPSK
(40 36 2) (40,36,2)
5/6
3/4
3
16-QAM
(64,48,4)
2/3
1/2
4
16-QAM 16 QAM
(80 72 4) (80,72,4)
5/6
3/4
5
64-QAM
(108,96,6)
3/4
2/3
6
64-QAM
((120,108,6) , , )
5/6
3/4
Bagian Receiver
Pengaruh Eb/No Eb ) + 10 log( S SNR = + 10 log l (k * coderate d l ( n sampling ) N0
Eb/No = 10 dB
Eb/No = 20 dB
Pengaruh Kecepatan ⎛v⎞ Fdoppler = ⎜ ⎟ * cos ϕ ⎝λ⎠
v = 0 m/s
v = 10 m/s
Pengaruh Coding (QPSK)
Pengaruh Coding (16 (16-QAM) QAM)
Pengaruh Coding (64 (64-QAM) QAM)
AMC vs Single Modulation
Kesimpulan •
•
•
•
Teknik T k ik Adaptive Ad ti M Modulation d l ti and dC Coding di (AMC) d dapatt meningkatkan i k tk performansi sistem mobile WiMAX pada kondisi kanal yang buruk maupun kanal yang baik dengan cara memilih tipe modulasi dan coding yang sesuai dengan kondisi kanal sehingga didapatkan performansi nilai BER yang terbaik. Tipe p modulasi dengan g orde rendah sangat g baik digunakan g untuk kondisi kanal yang buruk karena sangat tahan terhadap noise dan efek multipath fading, contohnya QPSK. Tipe modulasi dengan orde tinggi sangat baik digunakan untuk kondisi kanal bagus karena memiliki transfer rate yang tinggi, contohnya 64QAM. Penggunaan Error Control Coding (ECC) juga berfungsi untuk menekan nilai BER sehingga memperbaiki performansi kerja sistem pada semua kondisi kanal. Semakin besar perbandingan nilai coderate coding yang digunakan, digunakan maka kemampuan untuk menekan nilai BER yang terjadi akan semakin baik.
Saran • Permodelan kanal wireless yang digunakan bisa diganti dengan kanal wireless yang lebih sesuai dengan kanal wireless yang sebenarnya, seperti model kanal street canyon, COST 231, welfish-ikegama, dll.
Daftar Pustaka [1]
Zerrouki, Hadj dan Feham, Mohamed, “High Throughput of WiMAX MIMOOFDM Including Adaptive Modulation and Coding”, International Journal of Computer Science and Information Security. Tlemchen, Algeria:2010.
[2]
Glisic, Savo G, “Advanced Wireless Networks 4G Technologies”, John Wiley & Sons Ltd, Chichester:2006. Kwang-Cheng, Chen dan De Marca, J. Roberto B. “Mobile WiMAX”, John Wiley & Sons Ltd. Chichester:2008. K¨uhn, Volker, “Wireless Communications over MIMO Channels, Applications to CDMA and Multiple Antenna Sistems”, John Wiley & Sons Ltd. Chichester:2006. Prasad, Ramjee. “OFDM For Wireless Communications Sistems”, Artech House, Inc. London:2004. Suryana, Joko, “Advanced Technique: Modulasi Adaptif Pada WiMAX”, STEI ITB:2006. IEEE Standar for Local and Metropolitan Area Network. Part 16: Air Interface For Fixed Broadband Wireless Access System. 802.16-e
[3] [4]
[5] [6] [7]
Terima Kasih
