PERBANDINGAN KINERJA ANTARA OFDM DAN OFCDM PADA TEKNOLOGI WiMAX Dian Ratih Utami, Ali Hanafiah Rambe, ST., MT. Konsentrasi Teknik Telekomunikasi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA email :
[email protected],
[email protected]
Abstrak Sistem Orthogonal Frequency And Code Division Multiplexing (OFCDM) menjadi sebuah evolusi teknologi baru yang dapat menjadi solusi layanan multimedia yang digunakan untuk transmisi downlink pada 4G. Tetapi sistem Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) sudah dahulu digunakan untuk sistem pengiriman data. Pada makalah ini dilakukan simulasi untuk mengetahui pengaruh kinerja antara sistem OFDM dan OFCDM dengan spreading factor 8 dan 16 pada teknologi WiMAX yang dipengaruhi kanal Stanford University Interim (SUI). Dari simulasi yang dilakukan diperoleh besarnya BER untuk sinyal OFDM yang dipengaruhi kanal SUI 1 pada Eb/N0 1 dB sampai 20 dB adalah 0.27960 sampai 0.27186 dan besarnya BER untuk sinyal OFCDM SF 8 yang dipengaruhi kanal SUI 1 pada Eb/N0 1 dB sampai 20 dB adalah 0.27482 sampai 0.27026, serta besarnya BER untuk sinyal OFCDM SF 16 yang dipengaruhi kanal SUI pada Eb/N0 1 dB sampai 20 dB adalah 0.26896 sampai 0.27042. Untuk Eb/N0 1 dB sampai 20 dB besarnya SNR adalah 8,67528 sampai 27,67528. Untuk bit rate 1 Mbps sampai 15 Mbps, besarnya BER adalah 0.27236 sampai 0.27032 untuk OFDM WiMAX, untuk kinerja OFCDM WiMAX dengan SF 8 besarnya BER adalah 0.27023 sampai 0.27013 serta untuk OFCDM WiMAX dengan SF 16 besarnya BER adalah 0.27014 sampai 0.27020.
Kata Kunci : WiMAX, OFDM, OFCDM, Spreading 2D, Channel SUI 1. Pendahuluan Worldwide Interoperability for Microwave Access atau WiMAX adalah salah satu standar pada Broadband Wireless Access (BWA) yang diperkenalkan oleh Institute Of Electrical and Electronic Engineering (IEEE). OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing) adalah teknik simulasi multicarrier yang banyak diterapkan pada sistem komunikasi berkecepatan tinggi seperti DSL (Digital Subscriber Line), WLAN (802.11 a/g/n), digital video broadcasting[1]. OFCDM (Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing) merupakan wireless access yang diusulkan oleh NTT-DoCoMo untuk diterapkan pada sistem komunikasi 4G[2].
3. Model Sistem OFDM dan OFCDM Pada WiMAX Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) adalah metode modulasi multicarrier dengan ide awal untuk mengatasi efek dari multipath fading dalam lingkungan wireless. Kelebihan dari sistem OFCDM adalah kemampuan sistem ini mengakomodasi berbagai macam rate transmisi baik tinggi maupun rendah. Blok subcarrier yang berbeda dialokasikan pada user yang berbeda pula. Sinyal-sinyal dikatakan saling tegak lurus (orthogonal) jika sinyal yang satu dengan yang lainnya saling berdiri sendiri (mutually independent) [2]. Penggambarannya ditunjukkan seperti Gambar 1.
2. Teori WiMAX Teknologi WiMAX adalah teknologi terbaru broadband wireless access yang dapat meningkatkan portabilitas dari para pemakai jasa internet, sesuai dengan standar 802.16 dimana jangkauan dari WiMAX adalah ± 50 km dengan transfer data sebesar 75 Mbps diatas pita kanal 20 MHz[3]. Gambar 1 Fungsi Gelombang Orthogonal -17-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 1 NO. 1/Januari 2013
Pada skripsi ini analisa kinerja sistem OFCDM dimodelkan seperti yang terlihat pada Gambar 2 untuk model sistem OFDM dan Gambar 3 untuk model sistem OFCDM.
3.4. Penyisipan Guard Interval Pentransmisian guard interval diikuti dengan simbol OFDM. Guard interval terdiri dari penggandaan pada akhir simbol OFDM, hal ini bertujuan agar receiver nantinya dapat mengintegrasi masing-masing multipath melalui angka integer dari siklus sinusoid ketika proses demodulasi OFDM dengan FFT. 3.5. Spreader 2D untuk OFCDM Sistem OFDM tersebut dapat mengirimkan hingga 16 simbol data kedalam empat subcarriers untuk mewakili sebuah simbol OFDM. Spreading 2D dalam sebuah data yang menggunkan spreading factor dari N=NT X NF = 4 X 2, dimana N adalah jumlah spreading facor. Pada pemodelan ini, ukuran spreading factor (SF) yang digunakan adalah 8 dan 16[4].
Gambar 2 Model Sistem OFDM
3.6. Pengeluaran Guard Interval Pengeluaran guard interval berguna untuk memisahkan sinyal sebenarnya dengan guard interval yang kemungkinan telah terkena efek intersymbol interference akibat pengaruh multipath[2]. 3.7. Fast Fourier Transform (FFT) Gambar 3 Model Sistem OFCDM Di bawah ini merupakan penjelasan untuk masing-masing blok sistem. 3.1. Serial to parallel Masukan dari Serial to Parallel Converter adalah sederetan bit-bit yang akan ditransmisikan. Pengiriman data dilakukan berupa jalur paralel yakni setiap N simbol, di mana N merupakan jumlah subcarrier.
FFT berfungsi untuk mengubah sinyal domain waktu ke domain frekuensi. Keluaran dari FFT tidak lagi berupa sinyal OFDM, tetapi merupakan sinyal frekuensi subcarrier yang tidak lagi tegak lurus[2]. 3.8. Demodulasi Proses ini dilakukan untuk memetakan kembali simbol ke dalam bit-bit informasi yang dimodulasi di pemancar. 3.9. Parallel to Serial
3.2. Modulasi Setelah data diperoleh dalam bentuk paralel, data tersebut dipetakan (mapped) kedalam teknik modulasi yang digunakan. Pada pemodelan OFDM dan OFCDM ini digunakan teknik modulasi QPSK[2]. 3.3. Inverse Fast fourier Transform (IFFT) Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) digunakan untuk mengubah sinyal kedalam domain waktu sebelum ditransmisikan[2].
-18-
Parallel to serial converter berfungsi untuk mengubah data hasil demodulasi yang masih berupa jalur paralel dalam domain frekuensi menjadi satu jalur seri dalam domain frekuensi. 3.10. Despreader 2D untuk OFCDM Proses despreading 2D dilakukan untuk mendapatkan kembali simbol data dari hasil proses spreading yang dilakukan pada transmitter. Proses despreading ini meliputi domain waktu dan domain frekuensi[4].
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 1 NO. 1/Januari 2013
3.11. Kanal SUI 1 (Stanford University Interim)
MULAI
Organisasi IEEE 802.16 Broadband Wireless Access mengusulkan standar frekuensi pita di bawah 11 GHz yang merupakan model pengembangan kanal Stanford University Interim. Parameter perbaikan mengizinkan model ini sampai di atas pita 3,5 GHz[5].
Inisialisasi Parameter Simulasi
Tampilkan Judul Tabel
4. Perbandingan Kinerja Antara OFDM dan OFCDM Pada Teknologi WiMAX
Pembangkit Data Acak (data_in)
Pada makalah ini akan ditampilkan hasil perbandingan kedua model tersebut yang dilakukan dengan cara simulasi menggunakan R2011b. Adapun parameter yang dibandingkan adalah BER, SNR, dan bit rate.
Konversi Data Serial ke Paralel (paraleldata)
4.1. Parameter Asumsi
Inisialisasi Parameter Perulangan OFDM,OFCDM sf=8 dan OFCDM sf=16,Eb/N0
Pada Tabel 1 ditunjukkan parameter asusmsi dari sistem OFDM dan OFCDM pada teknologi WiMAX. Tabel 1 Parameter Asumsi OFDM dan OFCDM Pada Teknologi WiMAX Bandwidth (MHz) 5 Jumlah Kanal Paralel 512 Ukuran FFT/IFFT 512 Jumlah simbol OFDM / 48 Frame (5ms) Level Modulasi: QPSK 2 Symbol rate 75 Mbps Bit rate per carrier 15 Mbps Ukuran guard interval 64 (1/8) Besar Eb/N0 1 s/d 20 dB Symbol rate 0,5 s/d 7,5 Mbps Bit rate per carrier 1 s/d 15 Mbps
SELESAI
jika s=1:3
B
Eb/N0 =1:20
Proses Modulasi QPSK ∗
Tabel 2 di bawah ini digunakan untuk melakukan simulasi dengan menggunakan kanal SUI 1. Tabel 2 Parameter Asumsi Kanal SUI 1 Parameter Tap 1 Tap 2 Tap 3 Power 0 -15 -20 K-Faktor 4 0 0 Tau 0.0 0.4 0.9 Doppler 0.4 0.3 0.5
1 √2
Jika S=1
Jika S=2
Sistem OFDM
Sistem OFCDM sf=8 Penambahan Spreading 2D *(sr*sf)
Sistem OFCDM sf=16 Penambahan Spreading 2D (sr*sf)
Sinyal hasil modulasi dilakukan IFFT
Sinyal ditambahkan Guard Interval
Transmisi menggunakan Kanal SUI 1
Di bawah ini ditunjukkan flowchart yang digunakan untuk menjelaskan program pada makalah ini.
-19-
A
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 1 NO. 1/Januari 2013 SUI 1 dengan melihat pengaruh BER terhadap Eb/N0.
A
Tabel 3 Hasil Simulasi Nilai BER Pada Sistem OFDM dan OFCDM Pada Kanal SUI 1 BER Eb/N0 OFCDM SF=8 OFCDM SF=16 OFDM 1 dB 0.27960 0.27482 0.26896 5 dB 0.27109 0.27429 0.27028 10 dB 0.27350 0.27173 0.27174 15 dB 0.27237 0.27091 0.27079 20 dB 0.27186 0.27026 0.27042
Penghapusan Guard Interval
Sinyal hasil dilakukan FFT
/
Jika S=1
Sistem OFDM
1 √2
Tabel 4 Hasil Perhitungan Nilai BER Teori Pada Kanal SUI 1 Eb/N0 BER Teori 1 dB 0.07865 5 dB 0.00078 10 dB 0.00000 15 dB 0.00000 20 dB 0.00000
Jika S=2
Sistem OFCDM sf=8 Pemisahan Spreading 2D
Sistem OFCDM sf=16 Pemisahan Spreading 2D
/(sr*sf)
/(sr*sf)
Dari Tabel 3, dan Tabel 4, maka didapat grafik perbandingan antara Eb/N0 dan BER yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Proses Demodulasi QPSK
Konversi Data Paralel ke Serial (data_out) Proses Perhitungan Nilai SNR dan BER
Tampilkan hasil perhitungan BER dan SNR
Tampilkan Grafik setiap proses blok
Tampilkan Grafik Perbandingan Kinerja Sistem OFDM dan OFCDM
Gambar 5 Grafik Perbandingan BER Teori, BER OFDM dan BER OFCDM dengan sf=8 dan sf=16 WiMAX Terhadap Eb/N0
B Gambar 4 Flowchart simulasi program 4.2. Pengaruh BER Terhadap Eb/N0 Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui kinerja sistem OFDM dan OFCDM pada kanal
-20-
Dari Gambar 5 dapat diambil kesimpulan bahwa sistem OFCDM lebih handal daripada sistem OFDM dalam menghadapi gangguan multipath.
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 1 NO. 1/Januari 2013
4.3. Pengaruh SNR Terhadap Eb/N0 Tabel 5 menunjukkan pengaruh SNR terhadap Eb/N0 pada kinerja sistem OFDM dan OFCDM WiMAX dengan menggunakan kanal SUI 1. Tabel 5 Hasil Simulasi Nilai SNR Terhadap Eb/N0 pada Kinerja Sistem OFDM dan OFCDM WiMAX SNR Eb/N0 SNR Eb/N0 1 dB 8,67528 11 dB 18,67528 2 dB 9,67528 12 dB 19,67528 3 dB 10,67528 13 dB 20,67528 4 dB 11,67528 14 dB 21,67528 5 dB 12,67528 15 dB 22,67528 6 dB 13,67528 16 dB 23,67528 7 dB 14,67528 17 dB 24,67528 8 dB 15,67528 18 dB 25,67528 9 dB 16,67528 19 dB 26,67528 10 dB 17,67528 20 dB 27,67528
Tabel 6 Hasil Simulasi Nilai BER Terhadap bit rate pada Kinerja Sistem OFDM dan OFCDM SF=8 dan SF=16 WiMAX BER bit rate OFCDM OFCDM OFDM SF=8 SF=16 1 Mbps 0.27236 0.27023 0.27014 2 Mbps 0.27095 0.27025 0.27024 3 Mbps 0.27048 0.27014 0.27035 4 Mbps 0.27024 0.27022 0.27032 5 Mbps 0.27018 0.27022 0.27030 6 Mbps 0.27027 0.27014 0.27035 7 Mbps 0.27035 0.27016 0.27028 8 Mbps 0.27056 0.27009 0.27026 9 Mbps 0.27044 0.27011 0.27022 10 Mbps 0.27033 0.27011 0.27021 11 Mbps 0.27024 0.27004 0.27022 12 Mbps 0.27028 0.27018 0.27021 13 Mbps 0.27034 0.27024 0.27021 14 Mbps 0.27020 0.27017 0.27020 15 Mbps 0.27032 0.27013 0.27020 Dari Tabel 6 dapat diamati pengaruh besarnya bit rate yang digunakan terhadap kinerja OFDM. Semakin besar bit rate yang digunakan maka kinerja OFDM (BER) akan semakin kecil.
Gambar 6 Grafik Perbandingan SNR Terhadap Eb/N0 Dari Gambar 6 ditunjukkan perbandingan SNR terhadap Eb/N0.
grafik
4.4. Pengaruh BER Terhadap Bit Rate Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh BER terhadap bit rate pada kinerja sistem OFDM dan OFCDM Teknologi WiMAX menggunakan kanal SUI 1. Tabel 6 menunjukkan hasil simulasi pengaruh BER terhadap bit rate.
-21-
Gambar 7 Grafik Perbandingan BER Terhadap bit rate Pada Sistem OFDM dan OFCDM SF=8 dan SF=16 WiMAX Dari Gambar 7 ditunjukkan semakin besar bit rate yang digunakan, BER yang dihasilkan akan semakin kecil.
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 1 NO. 1/Januari 2013
5. Kesimpulan Dari hasil simulasi yang dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan, diantaranya adalah: 1. Besar nilai BER OFCDM terhadap Eb /N0 lebih baik dibandingkan dengan nilai BER OFDM terhadap Eb/N0, 2. Untuk bit rate 1 Mbps sampai 20 Mbps, besarnya SNR adalah 8,67528 sampai 27,67528. 3. Nilai SNR ini menunjukkan kualitas yang baik karena 7 dB s/d 10 dB digolongkan cukup baik terhadap perubahan kondisi jaringan dan 20 dB s/d 28 dB hingga 29 dB ke atas digolongkan bagus dan bagus sekali atau koneksi dikatakan stabil. 4. Untuk bit rate 1 Mbps sampai 15 Mbps, besarnya BER adalah 0.27236 sampai 0.27032 untuk OFDM WiMAX, untuk kinerja OFCDM WiMAX dengan SF=8 besarnya BER adalah 0.27023 sampai 0.27013 serta untuk OFCDM WiMAX dengan SF=16 besarnya BER adalah 0.27014 sampai 0.27020. 5. Untuk ukuran VSF = 8 memberikan BER 0.27482 sampai 0.27026 dan ukuran VSF = 16 memberikan BER 0.26896 sampai 0.27042.
[2]. Adriani, Diana. 2009. Pemodelan dan Simulasi Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing (OFCDM) pada Sistem Komunikasi Wireless. Medan: Tugas Akhir Departemen Teknik ElektroUniversitas Sumatera Utara. [3]. Golshan, Reza. Fujitsu Microelectronics America, Inc.Fixed and Mobile WiMAX Overview. 2006 [4]. Y. Zhou, Tung-Sang, J. Wang, K. Higuchi dan M. Sawahashi. 2008. Jurnal IEEE. OFCDM : A Promising Broadband Wireless Access Technique. 12 : 38–49. [5]. Shahajahan, Mohammad and A. Q. M. Abdulla Hes-Shafi.Sep.2009. Analysis of Propagation Models for WiMAX at 3.5 GHz. Sweden:Thesis, Blekinge Institute of Technology.
6. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada yang teristimewa, yaitu Ayahanda Ratijo, SPd. dan Ibunda Hj. Rosdiana Hsb serta abang Andika Ratih Utama Putra dan adik-adik penulis Trya Indah Anggreini dan Meidina Putri Nugraha dan Abi Munawir Arifin Tanjung yang merupakan motivasi terbesar bagi penulis, Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST., MT. selaku dosen pembimbing, juga Bapak Ir. M. Zulfin, MT. Rahmad Fauzi, ST., MT. dan Ibu Naemah Mubarakah, ST., MT. selaku dosen penguji penulis yang sudah membantu penulis dalam menyelesaikan makalah ini, serta teman-teman penulis yang sudah memberikan dukungan selama pembuatan makalah ini.
7. Daftar Pustaka [1]. Johan. 2008. Perbandingan bit rate antara OFDM-TDMA dengan OFDMA pada Teknologi WiMAX. Medan : Tugas Akhir, Departmen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara.
-22-
copyright @ DTE FT USU
