Widya Teknika Vol.19 No. 1 Maret 2011 ISSN 1411 – 0660 : 34 - 39
PERENCANAAN ANALISIS UNJUK KERJA WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS (WCDMA)PADA KANAL MULTIPATH FADING Dedi Usman Effendy 1) Abstrak Dalam komunikasi nirkabel, multipath fading adalah fenomena yang terjadi karena pergerakan user dan berakibat pada performa system. Karenanya, kemampuan sebuah teknologi dalam menghadapi efek fading menjadi parameter kehandalan dalam mendukung pergerakan (mobilitas) user. Salah satu cara untuk mengetahui performansi WCDMA yaitu dengan melakukan analisis terhadap beberapa parameter performansi WCDMA yang meliputi signal to noise ratio (SNR), energy bit to noise ratio (Eb/No), bit error rate (BER), delay end-to-end serta throughput pada jaringan WCDMA tersebut. Flat fading yang terjadi pada kanal multipath fading akan berpengaruh pada performansi WCDMA, yaitu pada rugi-rugi propagasi (path loss). Nilai path loss juga dipengaruhi oleh jarak pancar antara transmitter (Node B) dan receiver (User Equipment) dan akan mempengaruhi daya terima sinyal pada receiver. Untuk kondisi transmitter dan receiver pada WCDMA yang berada di daerah urban (terrain type A), dengan frekuensi kerja downlink sebesar 2,14 GHz, bandwidth sebesar 5 MHz, bit rate user sebesar 384 kbps, dan jarak antara transmitter dan receiver divariasikan mulai dari 500 m – 4000 m pada kondisi Line of Sight (LOS) dan Non Line of Sight (NLOS) Kata kunci : Energi matahari, kolektor, heat storage PENDAHULUAN Latar Belakang Perkembangan teknologi telekomunikasi yang sangat pesat dewasa ini berjalan seiring dengan kebutuhan masyarakat untuk berkomunikasi serta melakukan pertukaran data dengan cepat, mudah dan mobile. Perkembangan penggunaan layanan telekomunikasi ini kemudian berdampak pada bandwidth yang telah disediakan menjadi semakin tidak mencukupi. Masalah lain yang juga muncul yaitu permintaan layanan data dengan kecepatan data lebih tinggi, serta masalah efisiensi spektrum ferkuensi. Hal inilah yang akhirnya menjadi latar belakang perkembangan teknologi akses jamak (multiple access). Untuk mengatasi masalah ini, maka diterapkan teknologi TDMA (Time division multiple Access), FDMA (Frequency Division Multiple Access) dan CDMA (Code Division Multiple Access). Seiring dengan perkembangan teknologi telekomunikasi hingga memasuki generasi ketiga, maka kemudian lahirlah teknologi Wideband CDMA (WCDMA). WCDMA merupakan teknologi telekomunikasi seluler generasi ketiga (3G) sebagai pengembangan dari teknologi GSM/GPRS/EDGE yang berfungsi sebagai air interface untuk system UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). WCDMA merupakan teknologi akses jamak dengan menggunakan teknik akses Direct Sequence Spread Spectrum(DSSS) yang dapat menyediakan fasilitas pengaksesan pelanggan ke jaringan PSTN (Public Switched Telephone Network) dan dapat mengirimkan layanan data, suara dan multimedia. System ini memiliki standar bandwidth sebesar 5 MHz, yang juga dapat ditingkatkan sampai dengan 10 MHz hingga 15 MHz. Karena penggunaan bandwidth yang sangat lebar tersebut serta penggunaan teknik direct sequence spread spectrum sebagai teknik aksesnya, maka teknologi ini dinamakan Wideband CDMA. 34
Jika dibandingkan dengan teknologi Narrowband CDMA (NCDMA), atau yang lebih dikenal dengan CDMA, WCDMA memiliki beberapa keunggulan, antara lain yaitu memiliki kapasitas lebih tinggi, coverage area yang lebih luas, serta kecepatan data yang tinggi sampai 144 kbps untuk mobilitas tinggi, 384 kbps untuk mobilitas rendah dan 2 Mbps pada keadaan statis (diam). Pada komunikasi radio, sinyal yang dipancarkan dipengaruhi oleh bermacam - macam bentuk hamburan (scatter) sinyal dan fenomena lintasan jamak (multipath) yang dapat menyebabkan terjadinya fading. Fading adalah fenomena fluktuasi daya sinyal terima akibat adanya proses propagasi (pantulan) dari gelombang radio. Multipath fading adalah suatu bentuk gangguan atau interferensi sinyal RF yang timbul ketika sinyal memiliki lebih dari satu jalur dari transmitter ke receiver. Sebagian dari sinyal langsung ke tujuan sedangkan bagian lain terlebih dahulu memantul ke penghalang, sehingga sinyal yang diterima di penerima adalah jumlah superposisi dari keseluruhan sinyal LOS (Line of Sight) dan hasil pantulan. Multipath fading mengakibatkan perbedaan waktu (delay) yang menyebabkan timbulnya intersymbol interference. Jika delay cukup besar, maka dapat menyebabkan kesalahan pada paket. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada skripsi ini adalah - Bagaimana menganalisis unjuk kerja WCDMA pada kanal multipath fading. - Bagaimana pengaruh multipath fading terhadap performansi WCDMA Batasan Masalah 1. Hanya membahas performansi WCDMA pada sisi penerima (User Equipment). 2. Perhitungan dilakukan pada sisi downlink.
PERENCANAAN......MULTIPATH FADING (DEDI USMAN E.)
3. 4. 5.
Teknik modulasi yang digunakan untuk downlink adalah modulasi QPSK. Mode yang digunakan adalah frequency division duplex (FDD). Standar acuan WCDMA ini mengacu pada rekomendasi ETSI yang memiliki kecepatan transfer data sebesar 144 kbps untuk mobilitas tinggi, 384 kbps untuk mobilitas rendah dan 2 Mbps pada keadaan statis (diam)
2.2 merupakan diagram alir perhitungan parameter multipath fading. Mulai
Analisis pengaruh multipath fading terhadap delay spread
Tujuan Skripsi ini bertujuan untuk mengkaji pengaruh multipath fading terhadap performansi WCDMA yang meliputi pathloss, signal to noise ratio (SNR), energy bit to noise ratio (Eb/No), bit error rate (BER), delay end-to-end serta throughput. METODOLOGI Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) WCDMA merupakan teknologi telekomunikasi seluler generasi ketiga (3G) sebagai pengembangan dari teknologi GSM/GPRS/EDGE yang berfungsi sebagai air interface untuk sistem UMTS (Universal Mobile Telecommunication system). WCDMA termasuk dalam teknologi akses jamak (multiple access) yang menggunakan teknik akses Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang dapat menyediakan fasilitas pengaksesan pelanggan ke jaringan PSTN (Public Switched Telephone Network) dan dapat mengirimkan layanan suara, data dan multimedia. Sistem ini memiliki standar bandwidth sebesar 5 MHz, yang juga dapat ditingkatkan sampai dengan 10 MHz hingga 20 MHz, serta memiliki kecepatan data yang tinggi sampai 144 kbps untuk mobilitas tinggi, 384 kbps untuk mobilitas rendah dan 2 Mbps pada keadaan statis (diam). Karena penggunaan bandwidth yang sangat lebar tersebut serta penggunaan teknik direct sequence spread spectrum sebagai teknik aksesnya, maka teknologi ini dinamakan Wideband CDMA. Pemodelan Sistem Wireless Channel (kanal AWGN dan Kanal Multipath Fading)
Spreading
Desperading
Modulator
Demodulator
Sinyal Informasi
Sinyal Informasi
Gambar 2.1 Permodelan Sistem Parameter Multipath Fading Parameter multipath fading merupakan parameter yang diamati berdasarkan pengaruh yang ditimbulkan oleh multipath fading terhadap sinyal yang diterima. Gambar
Analisis pengaruh delay spread terhadap flat fading
Analisis pengaruh delay spread terhadap frequency selective fading
Selesai
Gambar 2.2 Diagram Alir Perhitungan Parameter Multipath Fading ANALISIS UNJUK KERJA SISTEM Umum Analisis dilakukan dengan cara menghitung nilai parameter performansi pada kondisi Line of Sight (LOS) dan Non Line of Sight (NLOS) dengan jarak antara Node B dan UE yang berubah-ubah. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh jarak dan keadaan lingkungan terhadap sinyal yang diterima oleh receiver (UE). Analisis pengaruh multipath fading terhadap delay spread Tabel 3.1.Multipath Power Delay Profile Power, Power Time,k P (k) Path (µs) (dB) 1 0 0 1 2 4 -5 0,.316 3 10 -10 0,1 4 12 -15 0,03 5 15 -17 0,02 Analisis pengaruh delay spread terhadap kanal multipath fading Sinyal yang mengalami efek multipath fading, yang disebabkan oleh propagasi pantulan dan hamburan pada kanal radio, akan mengalami delay spread pada sinyal yang diterima. Delay spread multipath akan mengakibatkan dua jenis fading pada kanal multipath fading, yaitu flat fading dan frequency selective fading, yang sangat dipengaruhi oleh bandwidthsinyal (Bs), bandwidth koheren (Bc), RMS delay spread ( ) dan periode simbol (Ts).
35
WIDYA TEKNIKA VOL. 19 No 1 MARET 2011 : 34 - 39
Perhitungan Parameter Performansi WCDMA Untuk mempermudah proses analisis dan perhitungan, maka digunakan beberapa data sekunder seperti ditunjukkan dalam Tabel 4.3 mengenai parameter perhitungan link budget untuk WCDMA. Perhitungan Rugi – Rugi Propagasi (Path Loss) Dengan cara perhitungan yang sama untuk jarak UE dan BS antara 1 km – 4 km, maka akan diperoleh nilai path loss dan daya terima pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.4. Tabel 3.4.Perhitungan path loss dan daya terima pada kondisi LOS dan NLOS Line of Sight Non Line of Sight (LOS) (NLOS) Free Jarak Daya Path Daya Space (m) Terima Loss Terima Loss (Pr) (dB) (dBm) (dB) (dBm) 500 93,041 -48,041 124,378 -79,378 1000 99,062 -54,063 137,855 -92,855 1500 102,584 -57,584 145,738 -100,738 2000 105,082 -60,082 151,332 -106,332 2500 107,020 -62,020 155,670 -110,670 3000 108,604 -63,604 159,215 -114,215 3500 109,943 -64,943 162,213 -117,213 4000 111,103 -66,103 164,809 -119,809 Sumber : Hasil perhitungan Hubungan antara rugi-rugi redaman terhadap perubahan jarak ditunjukkan pada grafik 3.1.
Grafik 3.2.Hub. Daya Terima Terhadap Jarak Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR) Dengan cara perhitungan yang sama untuk jarak UE dan BS antara 1 km – 4 km, maka akan diperoleh nilai SNR pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.5. Tabel 3.5.Perhitungan SNR LOS dan NLOS Non Line of Sight Line of Sight (LOS) (NLOS) Free Daya Path Daya Jarak Space Terima Loss Terima (m) Loss (Pr) (dB) (dBm) (dB) (dBm) 500 93,041 -48,041 124,378 -79,378 1000 99,062 -54,063 137,855 -92,855 1500 102,584 -57,584 145,738 -100,738 2000 105,082 -60,082 151,332 -106,332 2500 107,020 -62,020 155,670 -110,670 3000 108,604 -63,604 159,215 -114,215 3500 109,943 -64,943 162,213 -117,213 4000 111,103 -66,103 164,809 -119,809 Hubungan antara SNR terhadap perubahan jarak ditunjukkan pada grafik 3.3.
Grafik 3.1.Hubungan Rugi-Rugi Redaman Thp Jarak Hubungan antara daya terima perubahan jarak ditunjukkanpada grafik 3.2.
terhadap Grafik 3.3 Hubungan SNR Terhadap Jarak Perhitungan Energy bit to Noise Ratio (Eb/No) Dengan cara perhitungan yang sama untuk jarak UE dan BS antara 1 km – 4 km, maka akan diperoleh nilai Eb/No pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.6.
36
PERENCANAAN......MULTIPATH FADING (DEDI USMAN E.)
Tabel 3.9. Nilai Delay Tabel 3.6.Perhitungan Eb/No LOS dan NLOS Non Line of Line of Sight (LOS) Sight (NLOS) Jarak SNR Eb/No SNR Eb/No (m) (dB) (dB) (dB) (dB) 500 80,796 69,649 49,459 38,313 1000 74,776 63,629 35,983 24,836 1500 71,254 60,107 28,099 16,953 2000 68,755 57,609 22,505 11,359 2500 66,817 55,670 18,167 7,020 3000 65,233 54,087 14,622 3,475 3500 63,894 52,748 4000 62,734 51,588 Hubungan antara Eb/No terhadap jarak ditunjukkan pada grafik 3.4.
Jarak (m) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Line of Sight (LOS) Probabilitas Eb/No bit error (dB) (Pbe) 69,649 1,463 x 10-30 63,629 2,313 x 10-29 60,107 7,970 x 10-28 57,609 9,815 x 10-27 55,67 6,904 x 10-26 54,087 3,388 x 10-25 52,748 1,289 x 10-24 51,588 4,187 x 10-24
0,36
Dekapsulasi (tdec)
0,212
Transmisi (tt)
0,087
Propagasi (tp)
0,016
Antrian (tp)
1,289
Tabel 3.10. Perhitungan throughput LOS Line of Sight (LOS) t1 (s)
tout (s)
Α
P
(Mbps)
500
2,322 10 4
1,0005
4309,27
5,992 10 27
21,128
1000
2,342 10 4
1,0005
4272,99
9,474 10 26
20,947 20,814
2,357 10
4
1,0005
4245,82
3,265 10
24
2000
2,368 10
4
1,0005
4226,11
4,020 10
23
20,717
2500
2,377 10 4
1,0005
4210,12
2,828 10 22
20,639
4197,77
1,388 10
21
20,578
5,279 10
21
20,518
1,715 10
20
20,467
3500
Non Line of Sight (NLOS) Probabilitas Eb/No bit error (dB) (Pbe) 38,313 2,627 x 10-18 24,836 2,059 x 10-12 16,953 6,057 x 10-9 11,359 1,796 x 10-6 7,02 1,554 x 10-4 3,475 6,406 x 10-3 -
Enkapsulasi (tenc)
Jarak (m)
3000
Perhitungan Bit Error Rate (BER) Dengan cara perhitungan yang sama untuk jarak UE dan Node B antara 1 km – 4 km, maka akan diperoleh nilai Pbe pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.7. Tabel 3.7. Perhitungan Probabilitas bit error (Pbe) kondisi LOS dan NLOS
Nilai (ms)
Perhitungan Throughput Dengan cara perhitungan yang sama untuk jarak UE dan BS antara 1 km – 4 km, maka akan diperoleh nilai throughput pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.11.
1500
Grafik 3.4. Hubungan Eb/No Terhadap jarak
Delay
4000
2,384 10
4
2,391 10
4
2,397 10
4
1,0005 1,0005 1,0005
4185,49 4175,02
Tabel 3.11. Perhitungan throughput i NLOS Jarak (m) 500
Line of Sight (LOS) t1 (s)
tout (s)
2,478 10
4
1,0005
α 4035,77
bps)
P 14
16,516
8,434 10
9
15,723
2,481 10
5
15,086
1,076 10
2,603 10
4
1,0005
3843,83
1500
2,715 10
4
1,0005
3686,34
2000
2,829 10 4
1,0005
3537,90
0,0074
14,478
2500
3,096 10
4
1,0006
3233,07
0,6365
13,229
3,269 10
4
1,0006
3062,12
26,239
12,529
1000
3000 3500
-
-
-
-
-
4000
-
-
-
-
-
Hubungan antara throughput terhadap jarak untuk kondisi LOS dan NLOS ditunjukkan pada grafik 3.5.
Perhitungan Delay end-to-end Besarnya delay end-to-end dihitung dengan menggunakan persamaan (2-49). tend to end = tenc + tt + tp + tw + tdec
37
WIDYA TEKNIKA VOL. 19 No 1 MARET 2011 : 34 - 39 2000 2500 3000 3500 4000
57,609 55,670 54,087 52,748 51,588
11,359 7,020 3,475 -
d. Bit Error Rate (BER) Tabel 3.15. Nilai Pbe pada Kondisi LOS dan NLOS Probabilitas bit error,Pbe
Jarak (m)
Grafik 3.5. Hubungan Throughput thd Jarak HASIL ANALISIS Nilai-nilai dari parameter performansi WCDMA yang dipengaruhi oleh efek multipath fading antara lain sebagai berikut : a. Daya Terima (Pr) Tabel 3.12. Nilai Daya Terima Sinyal pada Kondisi LOS dan NLOS Jarak (m) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
b.
Signal to Noise Ratio (SNR) Tabel 3.13. Nilai SNR pada LOS dan NLOS Jarak (m) 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
c.
SNR (dB) Line of Non Line of Sight Sight (NLOS) (LOS) 80,796 49,459 74,776 35,983 71,254 28,099 68,755 22,505 66,817 18,167 65,233 14,622 63,894 62,734 -
Energy bit to Noise Ratio (Eb/No) Tabel 3.14. Nilai Eb/No pada LOS dan NLOS Jarak (m) 500 1000 1500
38
Daya Terima (dBm) Non Line of Line of Sight Sight (LOS) (NLOS) -48,041 -79,378 -54,063 -92,855 -57,584 -100,738 -60,082 -106,332 -62,020 -110,670 -63,604 -114,215 -64,943 -117,213 -66,103 -119,809
Eb/No (dB) Line of Non Line of Sight Sight (NLOS) (LOS) 69,649 38,313 63,629 24,836 60,107 16,953
e.
Line of Sight (LOS)
Non Line of Sight (NLOS)
500
1,463 10 30
2,627 10 18
1000
2,313 10 29
2,059 10 12
1500
7,970 10
28
6,057 10 9
2000
9,815 10 27
1,796 10 6
2500
6,904 10 26
1,554 10 4
3000
3,388 10 25
6,406 10 3
3500
1,289 10 24
-
4000
24
-
4,187 10
Delay end-to-end Tabel 3.16. Nilai Delay Nilai (ms)
Delay Enkapsulasi (tenc) Dekapsulasi (tdec) Transmisi (tt) Propagasi (tp) Antrian (tp)
0,36 0,212 0,087 0,016 1,289 1,964
End-to-end
f.
Throughput Tabel 3.17. Nilai Throughput LOS dan NLOS Jarak (m)
Probabilitas bit error,Pbe Line of Sight Non Line of Sight (NLOS) (LOS)
500
1,463 10 30
2,627 10 18
1000
2,313 10 29
2,059 10 12
1500
7,970 10 28
6,057 10 9
2000
9,815 10 27
1,796 10 6
2500
6,904 10
26
1,554 10 4
3000
3,388 10 25
6,406 10 3
3500
1,289 10 24
-
4000
24
-
4,187 10
KESIMPULAN a. Nilai Eb/No pada kondisi LOS dengan jarak 500 m antara transmitter dan receiver yaitu sebesar 69,649 dB dan kondisi NLOS sebesar 38,313 dB. Sedangkan pada jarak 3000 m nilai Eb/No pada kondisi LOS sebesar 54,087 dB dan pada kondisi NLOS sebesar 3,475 dB.
PERENCANAAN......MULTIPATH FADING (DEDI USMAN E.)
b.
c.
d.
BER (Pbe) pada kondisi LOS dengan jarak 500 m antara transmitter dan receiver yaitu sebesar 1,463 x 10-30 dan kondisi NLOS sebesar 2,627 x 10-18. Sedangkan pada jarak 3000 m nilai Pbe pada kondisi LOS sebesar 3,388 x 10-35 dan pada kondisi NLOS sebesar 6,406 x 10-3. Nilai untuk waktu tunda (delay) yaitu delay enkapsulasi sebesar 0,36 ms, delay dekapsulasi sebesar 0,212 ms, delay transmisi sebesar 0,087 ms, delay propagasi 0,016 ms, dan delay antrian sebesar 1,289 ms. Sehingga diperoleh delay end-to-end sebesar 1,964 ms. Throughput pada kondisi LOS dengan jarak 500 m antara transmitter dan receiver yaitu sebesar 21,128 Mbps dan kondisi NLOS sebesar 16,516 Mbps. Sedangkan pada jarak 3000 m nilai throughput pada kondisi LOS sebesar 20,578 Mbps dan pada kondisi NLOS sebesar 12,529 Mbps.
Saran 1. Menambah jalur pantulan (path) sinyal agar pengaruh multipath fading dapat semakin terlihat. 2. Mengubah tipe daerah layanan, kecepatan pergerakan user dan tinggi antenna pemancar atau penerima agar dapat terlihat pengaruh faktor lingkungan terhadap performansi sinyal terima pada WCDMA. DAFTAR PUSTAKA 1. Chen, Kwang Cheng., Macra, J Roberto B. de. 2007. “Mobile WiMAX”. London : John Wiley & Sons 2. Forouzan, Behrouz. 2000. “Data Communication and Networking”. United States: McGraw-Hill 3. Devi, Gammalia Permata. 2008. ”Sistem Monitoring Tempat Parkir Dengan Menggunakan Webcam”. Skripsi tidak dipublikasikan. Malang : Universitas Brawijaya 4. Dyah, Arlina. 2008. “Pengaruh Multipath Fading Terhadap Wi-Max Dengan Teknik OFDM “. Skripsi tidak dipublikasikan. Malang : Universitas Brawijaya 5. Ekowati, Linda. 2008. “ Penerapan HSDPA Pada Jaringan WCDMA”. Skripsi tidak dipublikasikan. Malang : Universitas Brawijaya 6. Stallings, William. 2007. ”Komunikasi dan Jaringan Nirkabel Edisi Kedua”. Jakarta : Erlangga
39
