TUGAS AKHIR
ANALISIS BER OFDM DENGAN MENGGUNAKAN LOW-DENSITY PARITY-CHECK (LDPC) PADA SISTEM DVB-T (DIGITAL VIDEO BROADCASTING TERRESTRIAL)
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi
Oleh NILAWATI SISKA 080402017
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS BER OFDM DENGAN MENGGUNAKAN LOW-DENSITY PARITY-CHECK (LDPC) PADA SISTEM DVB-T (DIGITAL VIDEO BROADCASTING TERRESTRIAL) Oleh: NILAWATI SISKA 080402017
Disetujui oleh: Pembimbing,
NAEMAH MUBARAKAH, S.T, M.T NIP : 19790506 200501 2004
Diketahui oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si NIP : 19540531 198601 1002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Sistem siaran digital telah dikembangkan di banyak negara maju dengan bermacam standar tersendiri. Salah satu standar yang cukup populer di Eropa dan negara-negara lain adalah standar DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) yang menggunakan teknik modulasi OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing) yaitu mode 2K dan 8K. OFDM merupakan sebuah solusi yang menjanjikan untuk transmisi dengan data rate tinggi pada frequency selective fading channels. Pada Tugas Akhir ini akan dianalisis kinerja OFDM pada sistem DVB-T dengan tipe modulasi QPSK. Sinyal OFDM terdiri dari sejumlah subcarrier yang dimodulasi sehingga menghasilkan perbandingan peak-to-average to power ratio (PAPR) yang cukup besar. Nilai PAPR yang besar akan mengakibatkan sebaran spektrum yang signifikan yaitu intersymbol interference. Untuk mengurangi PAPR tersebut, pada sistem ini dilakukan clipping noise dan untuk meningkatkan kinerjanya digunakan Low-Density-Parity-Check (LDPC). Simulasi dilakukan dengan menggunakan bahasa pemrograman Matlab R2010a. Dari hasil simulasi, pada mode 2K dengan CR (Clipping Ratio) 16 dB dan Eb/N0 50 dB didapat nilai BER 0.0013969259 tanpa menggunakan LDPC dan 0.0001968384 dengan menggunakan LDPC. Artinya ada penurunan BER sebesar 0.001200875. Pada mode 8K dengan CR 16 dB dan Eb/N0 50 dB didapat nilai BER 0.0012959159 tanpa menggunakan LDPC dan 0.0001867354 dengan menggunakan LDPC. Artinya ada penurunan BER sebesar 0.0011091805. Dari hasil simulasi kedua mode carrier tersebut diperoleh nilai kinerja BER OFDM DVB-T mode 8K lebih baik dibandingkan mode 2K.
i Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur hanya bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro pada Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas Akhir yang berjudul: “Analisis Kinerja BER OFDM dengan Menggunakan Low-Density Parity-Check (LDPC) pada Sistem DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial)” ini, berisi analisis kinerja OFDM pada DVB-T yang dipengaruhi Clipping Noise dan gangguan berupa AWGN. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu Ayahanda Masril Musita dan Ibunda Itrawati serta abang-abang penulis (bang Indra Masta, bang Andrian Masta, bang Dedfriady Masta, bang Mulyadi Masta dan bang Hariadi Masta) dan kakak-kakak penulis (kak Sefni Masrianti, kak Suwelni, kak Titin, kak Diana, dan kak Hamda) yang selalu bersama penulis dalam menjalani lika-liku kehidupan. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Naemah Mubarakah, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis, atas segala kesabaran, dukungan dan motivasi beliau kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT, selaku dosen Wali penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.
ii Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Ir. Rahmat Fauzi, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU. 4. Seluruh Staf Pengajar dan seluruh Karyawan di Departemen Teknik Elektro, yang telah banyak memberi inspirasi dan masukan bagi penulis untuk lebih baik dalam bersikap. 5. Sahabat-sahabat terbaik di Elektro : Dina, Dian, Eka, Syukur, Rumi, Habibi, Wenly, Parlin, Uki, Iqbal, Dedi, Rama, Ebo, Razi, Aji, Rizal, Cucut, Ihsan, Pindo, Ari, Mukhlis, Rasyid dan Seluruh rekan-rekan 2008 yang telah banyak mendukung dan selalu dapat menjadi teman-teman terbaik bagi penulis. 6. Senior – Seniorku di Elektro: Bang Fajar, Kak Selvi, Kak Ina, Bang Toni, Kak Arynda dll Serta Junior-juniorku di Elektro: Teguh, Budi, Dwi, Nisa, Yuli dll yang telah banyak memberi semangat kepada penulis. 7. Teman-teman terbaikku : Ade, Meliza, Tere dan Spesial untuk Saudaraku Era (Ramadanis) yang telah memberi semangat dan motivasi kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 8. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Medan,
Juni 2012
Penulis
iii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK........................................................................................................... i KATA PENGANTAR ........................................................................................ii DAFTAR ISI ..................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR .......................................................................................viii DAFTAR TABEL .............................................................................................. x DAFTAR SINGKATAN ................................................................................... xi DAFTAR ISTILAH ........................................................................................ xiii
BAB I
PENDAHULUAN ............................................................................. 1 1.1
Latar Belakang Masalah............................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ...................................................................... 2 1.3
Tujuan Penulisan Tugas Akhir ................................................... 3
1.4 Manfaat Penulisan Tugas Akhir ................................................. 3 1.5 Batasan Masalah ........................................................................ 3 1.6 Metodologi Penulisan ................................................................ 3 1.7 Sistematika Penulisan ................................................................ 4
BAB II
KONSEP DASAR...............................................................................6 2.1
Orthogonal Frequency Division MultiplexinG (OFDM)..............6 2.1.1 Konsep Orthogonalitas ................................................... 8 2.1.2 Komponen Sistem OFDM...............................................10 2.1.2.1 Transmitter OFDM...........................................10 2.1.2.2 Channel............................................................11
iv Universitas Sumatera Utara
2.1.2.3 Receiver OFDM...............................................12 2.1.3 Modulasi/Demodulasi QPSK..........................................13 2.1.3.1
Modulator QPSK ........................................... 14
2.1.3.2
Demodulator QPSK ....................................... 16
2.1.4 Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) dan Fast Fourier Transform (FFT)............................................................ 16 2.1.5 Guard Interval.............................................................. 17 2.2 Low-Densiti-Parity-Check (LDPC) ............................................... 18 2.2.1 Kode Cek Paritas .......................................................... 20 2.3
Teknologi Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T) .... 21 2.3.1 Mode Carrier ............................................................... 22 2.3.2 Standar DVB-T ............................................................ 22
2.4
BAB III
Clipping Noise ......................................................................... 23
PEMODELAN KINERJA OFDM PADA SISTEM DVB-T DENGAN MENGGUNAKAN CLIPPING NOISE DAN LDPC...25 3.1. Umum...................................................................................... 25 3.2
Struktur Simulasi ..................................................................... 26
3.3
Parameter Input Simulasi......................................................... 27
3.4
Proses Simulasi ........................................................................ 28 3.4.1 Transmitter OFDM ...................................................... 28 3.4.1.1 Pembangkitan Data Masukan/Bit Informasi ... 28 3.4.1.2 Proses Pembagian bit dalam blok untuk Pengkodean................................................... 30 3.4.1.3
Proses Pembangkitan matrixH ........................ 30 v Universitas Sumatera Utara
3.4.1.4
Proses Sparse Matriks .................................... 32
3.4.1.5
Encoding LDPC Codes................................... 33
3.4.1.6 Serial to Parallel............................................ 34 3.4.1.7 Modulasi (mapping) ....................................... 35 3.4.1.8 Proses IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) ..................................................... 35 3.4.1.9 Guard Interval Insertion ................................ 36 3.4.1.10 Clipping Noise ............................................... 37 3.4.2 Kanal Addition White Gaussian Noise (AWGN) ........... 38 3.4.3 Receiver ...................................................................... 39 3.4.3.1 Pengeluaran Guard Interval ........................... 40 3.4.3.2 FFT (Fast Fourier Transform) ....................... 40 3.4.3.3 Parallel to Serial Converter ........................... 40 3.4.3.4 Demodulasi .................................................... 41 3.4.3.5 Proses Decoding LDPC.................................. 42 3.5 Perhitungan BER (Bit Error Rate) ............................................ 42
BAB IV
SIMULASI DAN ANALISIS KINERJA OFDM DENGAN MENGGUNAKAN CLIPPING NOISE DAN LDPC PADA SISTEM DVB-T............................................................................. 44 4.1 Umum ..................................................................................... 44 4.2
Kinerja Sistem OFDM DVB-T terhadap pengaruh clipping Noise Pada Mode 2K .............................................................. 44
vi Universitas Sumatera Utara
4.3
Kinerja Sistem OFDM DVB-T terhadap Pengaruh Clipping Noise dengan Menggunakan LDPC (Low-Density-Parity-Check) Pada Mode 2K .......................................................................... 47
4.4
Kinerja Sistem OFDM DVB-T terhadap Pengaruh Clipping Noise Pada Mode 8K ................................................................ 48
4.5
Kinerja Sistem OFDM DVB-T terhadap Pengaruh Clipping Noise dengan Menggunakan LDPC (Low-Density-Parity-Check) Pada Mode 8K .......................................................................... 50
BAB V
PENUTUP ..................................................................................... 53 5.1
Kesimpulan.............................................................................. 53
5.2
Saran........................................................................................ 53
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 54 LAMPIRAN
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Perbandingan Penggunaan Frekuensi Modulasi................................ 7
Gambar 2.2
Blok Diagram Transmitterm OFDM ............................................. 10
Gambar 2.3
Noise Thermal ............................................................................... 11
Gambar 2.4
Blok Diagram Receiver OFDM ...................................................... 13
Gambar 2.5
Blok Diagram Modulator QPSK ................................................... .14
Gambar 2.6
Sinyal Keluaran Modulator QPSK .............................................. ...15
Gambar 2.7
Diagram Blok Demodulator QPSK ................................................ 16
Gambar 2.8
Penyisipan Guard .......................................................................... 18
Gambar 2.9
Tanner Graph dan Marked Path .................................................... 19
Gambar 3.1
Model Sistem OFDM DVB-T terhadap pengaruh Clipping Noise . 25
Gambar 3.2
Model Sistem OFDM DVB-T LDPC terhadap pengaruh Clipping Noise ............................................................................................. 26
Gambar 3.3
Struktur Simulasi .......................................................................... 27
Gambar 3.4
Sinyal Informasi............................................................................ 29
Gambar 3.5
Proses pembagian bit dalam blok untuk pengkodean ...................... 30
Gambar 3.6
Output matrik H ............................................................................ 31
Gambar 3.7
Hubungan Check node dan variable node pada sparse matrik ........ 32
Gambar 3.8
Proses Serial to Parallel................................................................ 34
Gambar 3.9
Konstelasi Sinyal QPSK ............................................................... 35
Gambar 3.10
Bentuk sinyal kirim dengan diberi cyclic prefix ........................... 36
Gambar 3.11
Sinyal OFDM sebelum terkena Clipping Noise ........................... 37
Gambar 3.12 Sinyal OFDM dengan CR=2 dB .................................................... 38 Gambar 3.13 Bentuk Umum Model Kanal ...........................................................38
viii Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.14 Blok Stasiun Penerima OFDM ....................................................... 39 Gambar 3.15 Bentuk sinyal yang diterima tanpa cyclic prefix............................. 40 Gambar 3.16 Proses Parallel to Serial ................................................................ 41 Gambar 4.1
Grafik Hubungan BER terhadap Eb/NO pada OFDM DVB-T yang menggunakan clipping Noise Pada Mode 2K ........................ 46
Gambar 4.2
Grafik Hubungan BER terhadap Eb/NO pada OFDM DVB-T yang dipengaruhi clipping Noise dengan menggunakan LDPC Pada Mode 2K .............................................................................. 48
Gambar 4.3
Grafik Hubungan BER terhadap Eb/NO pada OFDM DVB-T yang menggunakan clipping Noise Pada Mode 8K ........................ 50
Gambar 4.4
Grafik Hubungan BER terhadap Eb/NO pada OFDM DVB-T yang dipengaruhi clipping Noise dengan menggunakan LDPC Pada Mode 8K .............................................................................. 52
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Keluaran Modulator QPSK ............................................................. 14
Tabel 3.1
Nilai numerik parameter OFDM untuk mode 8K dan 2K ................. 27
Tabel 4.1
Parameter
Input
Simulasi.....................................................................42 Tabel 4.2
Kinerja OFDM DVB-T yang dipengaruhi Clipping Ratio Pada Mode 2K........................................................................................................45
Tabel 4.3
BER Teori OFDM DVB-T...................................................................45
Tabel 4.4
Kinerja OFDM DVB-T 2K yang dipengaruhi Clipping Ratio dengan menggunakan LDPC............................................................................47
Tabel 4.5
Kinerja OFDM DVB-T yang dipengaruhi Clipping Ratio Pada Mode 8K........................................................................................................49
Tabel 4.6
BER Teori OFDM DVB-T..................................................................49
Tabel 4.4
Kinerja OFDM DVB-T 2K yang dipengaruhi Clipping Ratio dengan menggunakan LDPC............................................................................51
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
AWGN
: Additive White Gaussian Noise
BER
: Bit Error Ratio
BPSK
: Binary Phase Shift Keying
CDMA
: Code Division Multiple Access
CR
: Clipping Ratio
DAC
: Digital to Analog Converter
DFT
: Discrete Fourier Transform
DIF
: Decimation in Frequency
DIT
: Decimation in Time
ETS
: European Telecommunication Standard
FFT
: Fast Fourier Transform
I
: In-phase
IDFT
: Inverse Discrete Fourier Transform
IFFT
: Invers Fast Fourier Transform
ISI
: Intersymbol Interference
LPF
: Low Pass Filter
LDPC
: Low-Density-Parity-Check
MPEG
: Moving Picture Experts Group
OFDM
: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Q
: Quadrature
QAM
: Quadrature Amplitude Modulation
QPSK
: Quadrature Phase Shift Keying
xi Universitas Sumatera Utara
RF
: Radio Frequency
SNR
: Signal to Noise Ratio
UHF
: Ultra High Frequency
VHF
: Very High Frequency
xii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISTILAH
AWGN (Additive White Gaussian Noise) Noise yang memiliki fungsi kepadatan probabilitas menyerupai Distribusi Gaussian. Bandwidth Kapasitas transmisi dari sambungan elektronik seperti jaringan komunikasi, bus komputer dan komputer channel. BER (Bit Error Ratio) Jumlah angka kesalahan dari suatu transmisi data antar dua sistem komputer dalam sebuah jaringan. Bit Satuan terkecil dari data yang nilainya merupakan bilangan biner. Bit Rate Banyaknya bit yang dikirim melalui suatu media dalam satuan waktu. Clipping noise Distorsi nonlinier yang disebabkan power amplifier pada sisi transmitter. Clipping dikarakteristikan oleh clipping ratio (CR) yang didefinisikan sebagai rasio antara clipping threshold dengan level RMS dari sinyal OFDM. Delay Waktu tunda yang disebabkan oleh proses transmisi dari satu titik ke titik lain yang menjadi tujuannya.
xiii Universitas Sumatera Utara
Interferensi Kondisi dimana dua gelombang atau lebih berjalan melalui bagian yang sama dari suatu ruangan pada waktu yang bersamaan, hal ini mengakibatkan terjadinya superposisi dari gelombang-gelombang tersebut sehingga menghasilkan pola intensitas baru. Interleaving Cara menyusun data tanpa berdekatan untuk meningkatkan kinerja Kode LDPC kode blok linier yang diperoleh dari sparse bipartite graph (Tanner Graph). Graph terdiri dari n message atau bit nodes dan r check nodes Modulasi Teknik yang dipakai untuk memasukan informasi dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus. Multimedia Istilah bagi transmisi data dan manipulasi semua bentuk informasi, baik berbentuk kata-kata, gambar, video, musik, angka, atau tulisan tangan. Bagi komputer, bentuk informasi tersebut, semuanya diolah dari data digital (yang terdiri dari nol dan satu). Multipath Fenomena dimana sinyal dari pengirim (transmitter) tiba di penerima (receiver) melalui dua atau lebih lintasan yang berbeda. Point-to-multipoint Sitem transmisi dari satu transmitter ke banyak receiver
xiv Universitas Sumatera Utara
Propagasi Proses perambatan gelombang radio di udara, berawal saat sinyal radio dipancarkan di titik pengirim dan berakhir saat sinyal radio tersebut ditangkap di titik penerima. Transceiver Singkatan dari transmitter dan receiver. Wireless Teknologi komunikasi data dengan koneksi yang tidak menggunakan kabel untuk menghubungkan antar suatu perangkat dengan perangkat lainnya.
xv Universitas Sumatera Utara
