TUGAS AKHIR ANALISIS KINERJA SISTEM OFDM PADA JARINGAN HFC DENGAN MENGGUNAKAN SPESIFIKASI DOCSIS

TUGAS AKHIR

ANALISIS KINERJA SISTEM OFDM PADA JARINGAN HFC DENGAN MENGGUNAKAN SPESIFIKASI DOCSIS

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh : SAMUEL FIRMANTUA PANGGABEAN 030402083

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

ANALISIS KINERJA SISTEM OFDM PADA JARINGAN HFC DENGAN MENGGUNAKAN SPESIFIKASI DOCSIS

Diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara

Oleh : SAMUEL FIRMANTUA PANGGABEAN NIM : 030402083

Disetujui Oleh : Pembimbing

( Ir. Arman Sani, MT) NIP : 131945349

Diketahui Oleh : Pelaksana harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

( Prof. Dr. Usman S. Baafai ) NIP : 194610221973021001

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

ABSTRAK

Perkembangan aplikasi layanan interaktif melalui jaringan Hybrid Fiber Coax (HFC) seperti telephony, akses internet, dan layanan data kecepatan tinggi lainnya sudah tentu memerlukan transmisi dua arah. Lebar pita antara 5-42 MHz dialokasikan untuk sinyal upstream. Masalah terbesar suatu jaringan HFC terletak pada spektrum frekuensi upstream. Pada arah upstream kemungkinan besar akan timbul adanya kandungan noise level tinggi yang disebabkan oleh thermal noise, ingres pita sempit (narrowband ingres), noise impulse (impulse noise) dan microreflections yang menyebabkan adanya multipath pada saluran transmisi coaxial. Desain pemodelan layer fisik arah upstream jaringan HFC pada proses simulasi mengacu kepada

spesifikasi DOCSIS 2.0. Desain tersebut meliputi

pengkodean RS, interleaver, scrambler dan mapping. Kemudian pada model kedua adalah kombinasi antara DOCSIS 2.0 dengan sistem OFDM. Model OFDM terdiri dari blok P/S, cyclic prefix, IFFT dan FFT. Sedangkan pemodelan kanal HFC dibuat dengan pembangkitan noise thermal, noise ingress, noise impuls, noise ingress dan miroreflections. Kinerja OFDM pada jaringan HFC cukup bagus untuk modulasi QPSK dibandingkan DOCSIS, terjadi prossesing gain sebesar 2-3dB. Sedangkan pada modulasi 16QAM kinerja OFDM lebih buruk, tetapi hanya untuk kondisi kanal noise ingress. Throughput OFDM lebih bagus pada modulasi QPSK, sedangkan 16QAM nilai throughput OFDM untuk kanal ekstrem lebih buruk, karena tidak pernah mencapai nilai 100%. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

DAFTAR ISI . ABSTRAK

i

...............................................................................................................

ii

KATA PENGANTAR

iv

.............................................................................................

vi

DAFTAR ISI

viii

...........................................................................................................

ix

DAFTAR

xi

GAMBAR..............................................................................................

1

DAFTAR TABEL

1

...................................................................................................

2

DAFTAR SINGKATAN

2

.........................................................................................

3

DAFTAR ISTILAH

3

................................................................................................

4

BAB I

6

PENDAHULUAN........................................................................................

6 7

1.1 Latar Belakang ...........................................................................................

10 10

1.2 Tujuan dan Manfaat....................................................................................

11 12

1.3 Rumusan Masalah .....................................................................................

13 15

1.4 Batasan Masalah.........................................................................................

15 16

1.5 Metodologi Penelitian..................................................................................

16 17

1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................................

17

BAB II DASAR TEORI.........................................................................................


iv

25

Thermal Noise.....................................................................................

2.4.1. Impulse Noise.................................................................................... 25 2.4.2. Narrowband Ingress Noise................................................................ 26 2.4.3. Microreflections................................................................................ 27 29 BAB III PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI SISTEM 3.1 Pemodelan DOCSIS 2.0 .......................................................................... 29 3.1.1 Blok Bernaulli Data Source............................................................... 30 3.1.2 Blok Reed-Solomon.......................................................................... 30 3.1.3 Blok Interleaver................................................................................. 31 3.1.4 Blok Scrambler.................................................................................. 31 3.1.5 Blok Symbol Mapper......................................................................... 32 3.2 Pemodelan OFDM dalam Standar DOCSIS 2.0......................................... 32 3.2.1. Blok-blok Pemancar OFDM................................................................33 3.2.2. Blok-blok Penerima OFDM............................................................... 35 3.3 Pengaturan Parameter Simulasi................................................................. 36 3.3.1. Diagram Alir Proses Simulasi........................................................... 36 3.3.2. Perancangan Sistem........................................................................... 38 3.3.3. Pemodelan dan pembangkitan noise kanal........................................ 39 46 BAB IV ANALISA KINERJA SISTEM HASIL SIMULASI 4.1 Perbandingan

pengaruh

thermal noise pada jaringan HFC

dengan

standar DOCSIS 2.0 dengan penerapan OFDM.......................................... 46 4.2 Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan noise impuls............ 48 4.3 Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan ingress noise............50 4.4 Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan microreflections...... 53 4.5 Analisa BER pada kanal ekstrem sistem OFDM vs DOCSIS 2.0............... 54 4.6 Analisa throughput sistem OFDM vs DOCSIS 2.0..................................... 56 60 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 60 5.2 Saran ................................................................................................... 61 DAFTAR PUSTAKA................................................................................................62 LAMPIRAN A


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Transimisi OFDM dalam domain frekuensi.......................................

7

Gambar 2.2. Transimisi OFDM dengan 4 subcarier dalam domain waktu..............

9

Gambar 2.3 Pengaruh guard interval dalam mengatasi ISI.....................................

10

Gambar 2.4 Guard interval dengan cyclic prefix...................................................

11

Gambar 2.5 Infrastruktur Jaringan HFC.................................................................

11

Gambar 2.6 Alokasi spektrum pada Jaringan HFC..................................................

12

Gambar 2.7 Alokasi lebar pita yang tersedia pada jaringan HFC.............................

13

Gambar 2.8 Frame Reed-Solomon..........................................................................

13

Gambar 2.9 Proses encoding Reed Solomon.........................................................

17

Gambar 2.10 Proses decoding Reed Solomon...........................................................

17

Gambar 2.11 Teknik interleaver................................................................................

17

Gambar 2.12. Sumber Ingress noise........................................................................

18

Gambar 2.13. Microreflections dengan single echo.................................................

23

Gambar 3.1. Model sistem arah Upstream DOCSIS 2.0............................................

24

Gambar 3.2. Blok scrambler....................................................................................

24

Gambar 3.3. Model sistem OFDM pada HFC........................................................... 25 Gambar 3.4. Diagram Alir Proses Simulasi.............................................................

27

Gambar 3.5. Pemodelan noise thermal pada HFC...................................................

28

Gambar 3.6. Model Ingress noise.............................................................................

31

Gambar 3.7. Model impuls noise............................................................................

33

Gambar 3.8. Model microreflections......................................................................

34

Gambar 4.1 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM pada kanal AWGN….......

34

Gambar 4.2. Perbandingan kinerja DOCSISvs OFDM pada kanal microreflections

35

Gambar 4.3. Perbandingan kinerja OFDM vs DOCSIS 2.0 pada kondisi kanal

39

ekstrem dengan modulasi QPSK dan 16QAM………...……………... 40 Gambar 4.4. Throughput untuk modulasi QPSK (a) DOCSIS 2.0 (b)OFDM (c)Perbandingan DOCSIS 2.0 dengan OFDM…….............................

41 44 46

Gambar 4.5. Throughput untuk modulasi16QAM (a)DOCSIS 2.0 (b)OFDM (c)Perbandingan DOCSIS 2.0 dengan OFDM......................................


vi

45 47

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Parameter DOCSIS................................................................................ 16 Tabel 2.2. BW kanal dan kecepatan data arah downstream dan upstream...............23 Tabel 2.3. Karakteristik arah upstream.................................................................... 24 Tabel 3.1. Klasifikasi noise impuls........................................................................ 40 Tabel 3.2 Klasifikasi noise ingress......................................................................... 41 Tabel 3.3 Klasifikasi nilai microreflections............................................................ 43


BAB I PENDAHULUAN I. 1. Latar Belakang Perkembangan aplikasi layanan interaktif melalui jaringan Hybrid Fiber Coax (HFC) seperti telephony, akses internet, dan layanan data kecepatan tinggi lainnya sudah tentu memerlukan transmisi dua arah. Lebar pita antara 5-42 MHz dialokasikan untuk sinyal upstream dan lebar pita antara 50-870 MHz dialokasikan untuk sinyal downstream. Masalah terbesar yang sering terjadi pada suatu jaringan HFC terletak pada spektrum frekuensi upstream. Pada arah upstream terdapat kemungkinan besar akan timbul adanya kandungan noise level tinggi yang disebabkan oleh noise ingres pita sempit (narrowband ingres noise), noise impulse (impulse noise) dan microreflections yang menyebabkan adanya fenomena multipath pada saluran transmisi coaxial. Hal-hal seperti inilah yang kadang tidak diperhitungkan dalam perencanaan arsitektur jaringan HFC. Dengan adanya kendala seperti narrowband ingress noise, impuls noise dan microreflections maka

sudah dapat dipastikan data yang diterima oleh

Headend akan mengalami gangguan yang tidak dapat dianggap remeh. Oleh karena itu dibutuhkan suatu cara untuk menangani secepatnya masalah-masalah tersebut. Orthogonal Frekuensi Division Multiplexing (OFDM) merupakan salah satu cara yang dapat digunakan. Dan dengan adanya spesifikasi perencanaan jaringan HFC yang telah tercantum pada Data Over Cable Services Interface Specifications (DOCSIS) yang telah ditetapkan menjadi standar utama industriindustri yang bergerak di bidang komunikasi dua arah melalui jaringan HFC, maka semua parameter baik untuk transmitter maupun receiver harus sesuai dengan standar tersebut.

I. 2. Tujuan dan Manfaat Tujuan penulisan dari Tugas Akhir ini adalah :


Memahami teorema sistem DOCSIS dan sistem OFDM yang akan diberikan pada jaringan HFC dengan mengikuti standar DOCSIS dan mengetahui nilai QoS dengan melihat BER dan throughput pada saluran transmisi HFC. Manfaat dari Tugas akhir ini adalah pembuktian dan menganalisa penambahan sistem OFDM dalam peningkatan performasi jaringan HFC, pada arah upstream jaringan HFC.

I. 3. Rumusan Masalah Kualitas sinyal dari layanan interaktif arah upsteam dengan bandwidth terbatas pada distribusi coax jaringan HFC pasti akan mengalami gangguan yang disebabkan karena adanya noise (khususnya pada frekuensi di bawah 15 MHz) dan juga karakteristik kabel coax yang mengakibatkan pantulan dan redaman yang tidak sama untuk semua range frekuensi yang akan menyebabkan fenomena multipath. Untuk mengefisiensikan bandwidth yang tersedia dan tetap menjaga kualitas sinyal, maka diperlukan suatu teknik modulasi yang optimal, yang bersifat robust dan mempunyai efisiensi transmisi yang tinggi. Di dalam tugas akhir ini akan dicoba penggunaan teknik modulasi Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

untuk mendapatkan hasil yang optimal serta

menganalisa performansinya pada jaringan HFC dengan melihat nilai BER dan throughput.

I. 4. Batasan Masalah Adapun beberapa batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah : 1. Jaringan yang dianalisa adalah jaringan distribusi coax pada hubungan antara Fiber Node dengan rumah-rumah pelanggan pada jaringan Hybrid Fiber Coax. 2. Sistem dianalisa pada kanal dengan hanya memunculkan Thermal noise, narrowband ingress noise, impulse noise dan microreflections. 3. Modulasi menggunakan skema QPSK dan 16QAM. 4. Hanya menganalisa arah upstream. 5. Menggunakan standar DOCSIS 2.0. dan hanya sampai level sinyal Baseband. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

6. Menggunakan skema FDMA/TDMA pada DOCSIS 2.0. dengan single user. 7. Parameter penilaian adalah bit error rate (BER) terhadap SNR dan throuhput. 8. Kemungkinan menggunakan asumsi-asumsi yang diperlukan dalam analisis perhitungan dan simulasi.

I. 5. Metodologi Penelitian Urutan langkah dalam pengerjaan Tugas Akhir ini adalah: 1. Studi Literatur. Studi literatur ini menyangkut hal-hal yang berhubungan dengan pokok pembahasan sebagai referensi baik dari buku-buku, internet dan dan Tugas Akhir Mahasiswa STTTelkom yang berhubungan dengan Tugas Akhir ini. 2. Analisa dan Simulasi. Simulasi Jaringan HFC menggunakan Mathlab 6.5 dengan adanya thermal noise, ingress noise, impuls noise dan microreflections. Menguji dengan menganalisa perbandingan sebelum dan sesudah penambahan sistem OFDM dengan teori-teori yang sudah ada.

I. 6. Sistimatika Penulisan Secara keseluruhan penulisan tugas akhir ini terdiri dari 5 ( Lima ) bab yang menguraikan permasalahan secara berurutan. Secara garis besar, penulisan masing-masing bab adalah sebagai berikut : BAB I

: PENDAHULUAN Dalam bab ini akan membahas mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, maksud dan tujuan serta sistematika penulisan.

BAB II

: DASAR TEORI Berisikan tentang penjelasan teori-teori secara singkat dan konsep dasar tentang teknik Orthogonal Frekuensi Division Multiplexing (OFDM). Standar yang dipakai dalam jaringan HFC, yaitu standar DOCSIS 2.0 dan


konsep singkat tentang jaringan Hybrid Fiber Coax dan jenis-jenis noise yang mungkin timbul. BAB III

: PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI. Dalam bab ini akan membahas tentang desain layer fisik transmisi upstream, serta perancangan simulasi jaringan HFC dengan stuktur-struktur penyusunnya yang meliputi transmitter dan receiver dari masing-masing blok. Perancangan model kanal yang dapat mempengaruhi data yang akan di terima pada Headend dengan mengacu pada spesifikasi DOCSIS 2.0 dan desain sistem OFDM dalam jaringan HFC.

BAB IV

: ANALISA KINERJA SISTEM HASIL SIMULASI Dalam bab ini akan membahas mengenai analisa terhadap data yang diperoleh dari hasil simulasi. Kinerja yang ditampilkan dapat dilihat dari parameter Bit Error Rate (BER) dan throuhput.

BAB V

: KESIMPULAN & SARAN Dalam bab ini akan berisi kesimpulan dari Tugas Akhir secara keseluruhan

dan saran untuk perbaikan dan

pengembangan pada penelitian berikutnya.



BAB II DASAR TEORI Fenomena ingress noise pada jaringan transportasi coaxial, baik yang timbul secara ketidak sengajaan atau sengaja merupakan salah satu masalah besar yang harus diperhatikan pada sistem layanan Hybrid fiber Coax (HFC). Titik paling rentan terhadap masalah tersebut terlatak dari arah customers ke headers, atau disebut arah upstream. Meskipun telah ada pemeliharaan jaringan coaxial yang dilakukan secara rutin dan terus menerus dengan menggunakan FCC standar yang tercantum dalam sistem DOCSIS, fenomena tersebut masih juga sering terjadi dan sangat mengganggu. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan adanya penambahan sistem OFDM yang diharapkan mampu meningkatan performasi dan proteksi jaringan terhadap ingress noise.

2.1. Orthogonal Frekuensi Division Multiplexing (OFDM). Prinsip dari OFDM adalah membagi bandwidth yang tersedia menjadi beberapa sub-band yang sempit dan saling orthogonal (saling tegak lurus), dimana kanal fading dapat dianggap non-dispersive (tidak tersebar). Jadi OFDM merupakan salah satu teknik transmisi multicarrier. Pengimplementasian modulator dan demodulator (modem) sub-channel yang kompleks dapat digantikan dengan Fast Fourier Transformer (FFT), sehingga akan membuat implementasi teknologi ini akan lebih mudah dan murah karena hanya akan menggunakan dua carier untuk menggeser dari frekuensi baseband ke frekuensi passband. Konsep utama dari sistem OFDM adalah membagi atau memecah data serial kecepatan tinggi yang menjadi N data paralel berkecepatan rendah dan mentransmisikan data paralel tersebut dengan beberapa subcarrier. Carriercarrier ini dibuat saling orthogonal dengan memilih spasi frekuensi yang sesuai antar carrier. Maka, spectral overlapping (spektrum sinyal yang saling tumpang tindih) dapat dilakukan dengan tetap menjaga ke-orthogonal-an antar subcarrier. Sehingga di penerima sinyal tersebut dapat dipisah kembali antar subcarrier.Jika dibandingkan dengan menggunakan frequency division multiplex sederhana maka Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

efisiensi spektral dapat ditingkatkan. Pembagian data menjadi subcarrier mengakibatkan durasi simbol OFDM bertambah panjang sehingga dapat mereduksi efek akibat kanal multipath. Tetapi untuk kondisi kanal yang ekstrim (AWGN dan terdistribusi Rayleigh) dimana masih mungkin terjadi Inter Symbol Interference (ISI) dan Inter Carrier Interference (ICI) pada sistem OFDM, maka masalah tersebut dapat diatasi dengan penambahan guard time atau cyclix prefic (CP) pada proses akhir setelah modulasi.

2.1.1. Prinsip Orthogonalitas Konsep Orthogonal pada OFDM menunjukkan adanya hubungan matematis antara frekuensi carrier pada sistem. Pada sistem ini, digunakan guard band antara carrier yang berbeda, sehingga akan mengurangi efisiensi spektrum. Dengan mengatur carrier OFDM, sehingga side band masing-masing carier saling overlap, dan sinyal masih dapat diterima tanpa interferensi carrier yang berdekatan. Secara matematis, suatu kumpulan sinyal φi ,i = ± 0, ± 1, ±2, .... akan orthogonal pada interval [a b],jika : b

∫ ϕ (t )ϕ (t )dt = l

* k

a

Ek , 0,

jika l = k jika l ≠ k

= E k δ (l − k ) dimana ϕ k* (t ) merupakan komplek konjugate dari sinyal δ (l − k ) yang merupakan kunci delta kronecker, yang didefinisikan sebagai :

δ (l − k ) =

1, 0,

jika l = k jika l ≠ k

Fungsi basis Discrete Fourier Transform (DFT) atau Fast Fourier Transform adalah :

ϕ k (t ) = e [ j (2πkt ) / T ] , dimana k = 0, ±1, ±2, ±3,....membentuk kumpulan sinyal orthogonal pada interval (0,T) karena :

2.1.2. Prinsip Dasar OFDM


Proses pembangkitan sinyal OFDM dapat dilakukan pada tingkat baseband dengan menggunakan Discrite Fourier Transform untuk menghindari banyaknya oscilator dan modulator pada pemancar, dan demulator dan filter pada penerima. Misalkan keluaran dari signal mapping dinyatakan oleh persamaan berikut :

Sn(t) = An(t)e Sn(t) dapat berupa data yang termodulasi secara BPSK, QPSK maupun QAM.

2.1.3. DFT sebagai Demodulator OFDM

frekuensi

(c) Penghematan bandwidth

(d)

frekuensi

t

Gambar sinyal OFDM dalam domain waktu dengan 4 subcarier

2.1.4. Guard Interval (Cyclic Prefix) Untuk mengurangi adanya pengaruh intersymbol interefrence (ISI), yang disebabkan oleh pengaruh kanal multipath, maka dalam satu symbol OFDM


ditambahkan guard interval yang memisahkan simbol satu dengan simbol lain yang saling berdekatan. ISI disebabkan adanya respons impuls kanal, sehingga pada perancangan guard interval, panjang guard interval harus lebih panjang dari respon impuls kanal. Sehingga jika ada dua atau lebih sinyal yang melewati lintasan yang berbeda, maka enegi ISI akan terdegradasi pada guard interval dan simbol data sebenarnya tidak terkena ISI, tetapi terkena interferensi yang berasal dari simbol yang sama, hal itu bukan merupakan ISI, tetapi merupakan bentuk distorsi linier. Proses ini dijelaskan pada gambar berikut.

Sinyal yang terdelay

Sinyal langsung

Gambar Pengaruh guard interval dalam mengatasi ISI

Cyclic prefix

Gambar guard interval dengan cyclic prefix

Penambahan guard interval akan memperkecil durasi simbol data, sehingga akan memperlebar jarak antar subcarrier. Hal ini akan mengakibatkan bandwidth keseluruhan sinyal OFDM menjadi lebih lebar

2.2. Jaringan Hybrid Fiber Coax (HFC) 2.1. Infrastruktur Jaringan HFC Secara umum infrastuktur jaringan HFC terdiri dari empat bagian, yaitu Trunk Feeder Center (TFC), Distribution Center (DC), Fiber Node (FN), dan perangkat dirumah pelanggan atau biasa disebut dengan Customer Premises Equipment (CPE).


Gambar Infrastruktur Jaringan HFC[1]

Pada Trunk Feeder Center ini terdapat berbagai perangkat yang berfungsi untuk memberikan layanan TV broadcast. Perangkat tersebut terdiri dari antena penerima (Satelit, Microwave Teresterial, dan lokal / Off-air) dan TV Broadcast Headend (terdiri dari demodulator, modulator dan sinyal prosesor). Fungsi dari TV Broadcast Headend ini adalah untuk menempatkan sinyal TV yang berasal dari berbagai sumber yang berbeda kedalam frekuensi yang sesuai didalam jaringan Hybrid Fiber Coax. Pada Distribution Center ini layanan TV Broadcast akan digabungkan dengan layanan lainnya yaitu Video on Demand, data dan telepon. Agar dapat digabungkan maka terlebih dahulu terjadi perubahan sinyal dari bentuk sinyal optik menjadi elektrik. Sinyal dari arah Distribution center ini akan di gabungkan menggunakan combiner untuk kemudian diteruskan ke Fiber Node, sedangkan sinyal dari Fiber Node yang menuju ke Distribution Centre akan di pecah menggunakan

splitter

untuk

kemudian

diteruskan

ke

terminal

Cable

ModemTermination System, Video Interactive Headend ataupun Cable Telephony Headend. Customer Premises Equipment (CPE) adalah perangkat yang terdapat di rumah pelanggan yang berguna memberikan antarmuka sehingga pelanggan dapat menikmati layanan yang diinginkan. CPE untuk layanan TV broadcast maupun Video interaktif adalah satu set televisi dan set top box. Agar dapat menggunakan layanan telepon maka pelanggan memerlukan Cable Telephony Modem yang berfungsi memberikan interface antara jaringan koaksial dengan pesawat telepon Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

pelanggan. Sedangkan untuk menggunakan layanan data khususnya internet maka pelanggan memerlukan modem kabel yang dihubungkan ke PC pelanggan. Dengan demikian maka pelanggan dapat menonton TV, browsing di Internet maupun menerima telepon pada saat yang bersamaan.

2.2. Alokasi Bandwidth HFC Jenis Layanan yang dapat ditangani oleh jaringan HFC dibagi menjadi dua kategori, yaitu layanan yang bersifat distributif dan layanan yang bersifat interaktif. Layanan distributif yang digunakan meliputi TV analog broadcast dan TV digital broadcast, sedangkan layanan interaktif meliputi telepon, data dan Video On Demand (VOD). Layanan-layanan yang diberikan ini erat kaitannya dengan spektrum frekuensi. Alokasi spektrum sistem transmisi pada jaringan HFC adalah sebagai berikut: upstream

downstream

5-65 MHz

85-870 MHz

Untuk lebih tepatnya alokasi dari lebar pita yang tersedia untuk spektrum TV Kabel dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Reverse 5-65 MHz Telephony dan Data

FM Radio 85-108 MHz

FAA Restricted Some Data/Digital Music/ Forward Telephony 108-120 MHz

Analog Video Mid Band 120-174 MHz

Analog Video High Band 174-230 MHz

Analog Video Super Band 230-470 MHz

Analog Video Hyper Band 470-550 MHz (Forward Telephony and/or Digital Music)

Interactive Services/Digital Video 550-870 MHz

Berikut penjelasan dari masing masing Spektrum : •

Spektrum 5-65 MHz dialokasikan untuk transmisi kembali dari layanan data atau telepon.

•

Spektrum 65-85 MHz digunakan untuk filter crossover yang memisahkan transmisi forward dan reverse dan tidak dapat digunakan untuk transmisi radio.


•

Spektrum 85-108 MHz dialokasikan oleh FCC untuk transmisi penyiaran FM. Transmisi televisi menggunakn frekuensi pita ini akan diinterferens oleh sinyal penyiaran FM yang kuat dan berdekatan.

•

Spektrum 108-120 MHz Sesuai dengan penggunaan FAA dari frekuensi ini, FCC merekomendasikan bahwa pita ini membutuhkan limitasi khusus atau lebih baik tidak digunakan sama sekali.

•

Spektrum 120-550 MHz terdiri atas 56 kanal yang dialokasikan untuk transmisi video forward.

•

Spektrum 550-870 Mhz dialokasikan untuk transport digital yang terdiri dari transmisi data forward dan layanan interaktif lainnya.

2.3. Spesifikasi DOCSIS 2.0 2.3.1.

Pengertian DOCSIS 2.0 Data Over Cable System Interface Specifications 2.0 atau DOSIS 2.0

adalah spesifikasi yang dikeluarkan oleh CableLabs yang dijadikan standar dalam perencanaan jaringan coax yang bertujan untuk meningkatkan kapasitas dan robustness ke berbagai macam pengrusakan/pelemahan dalam perencanaan channel upstream pada jaringan coax. Spesifikasi ini tidak berpengaruh pada channel downstream maupun fungsi MAC, kecuali jika diperlukan adanya perubahan untuk mengakomodasi physical layer yang baru. Ciri-ciri dasar dari spesifikasi baru ini adalah meningkatkan channel bandwidth sampai 6,4 MHz. Dengan beberapa tambahan berupa skema modulasi, termasuk 64QAM, yang akan memberikan peningkatan throuhput sebesar 50% dibandingkan dengan 16QAM yang telah diterapkan pada spesifikasi DOCSIS 1.0 dan DOCSIS 1.1. DOCSIS 2.0 juga mampu memberikan peningkatan dalam skema Forward Error Correction (FEC). Spesifikasi DOCSIS sebelumnya (DOCSIS 1.0 dan 1.1) berbasis TDMA. Lebih tepatnya lagi, TDM digunakan untuk channel downstream (dari CMTS sampai Cable Modem) dan TDMA digunakan untuk channel upstream. Pada spesifikasi DOCSIS 2.0 ada dua buah tipe proposal tentang multiple-access yang telah ditetapakan. Salah satunya masih menggunakan TDMA seperti spesifikasi DOCSIS sebelumnya dan yang satunya lagi menggunakan S-CDMA Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

2.3.2. Parameter DOCSIS Data Over Cable System Interface Specifications (DOCSIS) memiliki besaran parameter system pada suatu jaringan CATV. Parameter tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah ini : No 1 2 3 4 5

Parameter DOCSIS Negara pembuat Amerika Serikat Lebar Bandwidth 6 MHz System TV NTSC Frekuensi downstream 50 - 860 MHz Frekuensi Upstream 5-42 MHz Tabel parameter DOCSIS

2.3.2.1. Level Transmisi Level daya dari CMTS pada arah downstream dengan lebar kanal 6 MHz direkomendasikan pada batasan nilai -10 dBc sampai -6 dBc realtif terhadap level carier video analog. Nilai level daya keluaran CMTS tidak boleh melebihi dari level carrier video analog. Level daya dari Cable Modem (CM) pada arah upstream harus dibuat rendah agar dapat mencapai agar dapat mencapai di atas batas margin noise dan distorsi. 2.3.2.2. Performansi layanan data end to end Performansi layanan data end-to-end ditunjukkan oleh besaran Quality of Service (QoS). QoS digunakan sebagai standar kualitas layanan sehingga akan memberikan layanan yang memuaskan. QoS pada jaringan HFC tergantung pada alokasi bandwidth untuk

masing-masing

pelanggan.

Alokasi bandwidth

downstream tidak begitu mendesak dikarenakan alokasi yang relatif lebih banyak dibandingkan dengan upstream. Sehingga QoS pada HFC tergantung pada alokasi bandwidth

upstream

untuk

masing-masing

pelanggan.

Parameter

yang

mempengaruhi QoS pada jaringan HFC adalah Troughput, Delay dan BER (Bit Error Rate).

2.3.3. Blok-blok yang terdapat dalam media fisik upstream 2.3.3.1. Kode Reed-Solomon


Kode Reed-Solomon adalah block code, yang berarti pesan yang akan ditransmisikan dibagi menjadi blok-blok data yang terpisah. Kode ini disebut juga kode sistematik, yang berarti proses encoding tidak merubah simbol-simbol pesan dan simbol proteksi ditambahkan pada tempat yang terpisah pada blok data tersebut. Reed-Solomon disebut juga linear code (dengan menjumlahkan dua codeword akan menghasilkan codeword yang lain) dan juga cyclic (dengan menggeser secara cyclic suatu codeword akan menghasilkan codeword yang lain). Reed-Solomon

termasuk

dalam

keluarga

pengkodean

Bose-Chaundhuri-

Hocquenghem (BCH), tapi berbeda dalam hal simbol yang dimiliki mempunyai bit yang banyak. Hal ini membuat kode cocok digunakan pada error yang terjadi secara burst karena walaupun simbol terkena error pada seluruh bitnya, maka dihitung sebagai satu simbol error dalam hal kapasitas koreksi error dari kode. Dengan memilih parameter yang berbeda dari suatu kode akan memberikan level proteksi yang berbeda dan mempengaruhi kompleksitas implementasi. Reed-Solomon dapat dideskripsikan sebagai kode (n,k), dimana n adalah panjang blok dalam simbol dan k adalah jumlah simbol informasi pada pesan. Dan juga

n ≤ 2m − 1

(0.1)

dimana m adalah jumlah bit dalam satu simbol. Terdapa n-k simbol parity dan t simbol error yang dapat dikoreksi pada blok, dimana t = ( n − k ) 2 untuk n-k genap dan t = ( n − k −1) 2 untuk n-k ganjil. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar

Simbol

dibawh ini :

Proses encoding Reed-Solomon dapat digambarkan dalam diagram blok berikut ini. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

Data Input Data Output

Gambar Proses encoding Reed Solomon

Sedangkan pada proses decoding Reed-Solomon dapat digambarkan dalam

ΩΩ/Λ Λ Λ

diagram blok berikut ini. Input R

+

Data Delay

Perhitungan Syndrom

S

Pembentukan Polinomial Error Location

Perhitungan nilai error Metode Forney

Pencarian Chien (Posisi Error)

Output

Y

X

Gambar Proses decoding Reed Solomon

Blok diagram decoder Reed-Solomon berisikan fungsi yang dibutuhkan jika menerima sinyal yang sudah dikodekan dengan reed-Solomon yang telah dirusak/dikacaukan oleh noise. Fungsi yang terdapat pada decoder Reed-Solomon adalah :

a. Menghitung syndrom

b. Mencari error locator polynomial

c. Mencari error evaluator polynomial d. Menghitung lokasi kesalahan

2.3.3.2. Interleaver

Interleaver merupakan salah satu teknik pengkodean yang juga berfungsi sebagai proteksi terhadap error. Error yang dimaksud dan biasa terjadi dalam pengirima informasi data bit adalah burst error. Burst error adalah pengrusakan atau penghilangan data secara besar yang melibatkan satu deret bit sekaligus. Dengan teknik interleaver data inputan berupa bit-bit akan diacak dengan cara Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

dimaksukkan/dituliskan ke dalam suatu blok-blok secara horisontal, kemudian di kirimkan kembali dengan cara pembacaan secara vertikal. Sehingga diharapkan akan ada kenaikan kemampuan dalam perbaikan kesalahan. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini : C

Gambar teknik interleaver Data masukan dan yang akan ditulis pada blok interleaver adalalah C1(1),C1(2)..C1(N),C2(1),C2(2)..C2(N)...CP(N), sedangkan data yang akan di baca dan dikirim adalah C1(1), C2(1)..CP(1),C1(2),C2(2)..CP(2)...CP(N). 2.3.3.3. Scrambler Scrambler atau biasa disebut dengan randomizer adalah teknik pengacakan data yang bertujuan untuk pengamanan data, menjamin jumlah bit yang cukup dari transmisi dan membantu clock recovery. Burst akan diacak untuk mengacak urutan data yang dikirimkan, sehingga menghasilkan gelombang/sinyal termodulasi akan mempunyai karakteristik yang sama dengan white noise. 2.3.3.4. Modulasi Digital Modulasi merupakan proses penumpangan sinyal informasi pada sinyal carier. Sedangkan yang dimaksud dengan modulasi digital adalah sinyal informasi yang ditumpangkan masih berupa data digiral. Pada tugas akhir ini modulasi digital digunakan sebagai pemetaan atau symbol mapper. Proses pemetaan berguna untuk pengelompokan bit yang kemudian data dapat langsung ditransmisikan untuk sistem DOCSIS atau data tersebut berguna sebagai inputan blok serial to paralel pada sistem DOCSIS dengan penambahan teknik OFDM . (1) . Modulasi QPSK Modulasi QPSK merupakan modulasi yang menggunakan awalan fasa sinyal sebagai acuannya. Modulasi QPSK dapat menampilkan empat kombinasi Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

kode binary, kode tersebut yaitu “00,01,11,10”. Masing-masing sinyal tersebut memiliki perbedaan fasa sebesar 900 dengan sinyal yang berdekatan. Sinyal QPSK dalam sebuah persamaan dapat ditulis sebagai berikut : S QPSK (t ) =

2Es π  cos 2πf c t + (i − 1)  dimana 0 ≤ t ≤ Ts , i = 1,2,3,4 Ts 2 

Dikarenakan satu simbol sinyal QPSK terdiri dari dua buah bit, maka nilai perioda simbol (Ts) sama dengan dua kali perioda bit. Ts = 2 Tb Sedangkan probabilitas kesalahan bit (BER) yang dimiliki QPSK pada kanal AWGN dapat dirumuskan dalam persamaan :

 2 Eb PBERQPSK = Q  N 0 

 =Q γ  

( )

Nilai γ merupakan perbandingan antara sinyal dengan daya noise (SNR). (2) . Modulasi M-QAM Pada modulasi yang mengunakan PSK, antara sinyal satu dengan sinyal yang lain memiliki amplituda yang konstan, jika digambarkan pada diagram konstelasi akan didapat konstelasi berbentuk lingkaran. Sedangkan pada modulasi yang berdasarkan Quadratude Amplitude Modulation (QAM), sinyal memiliki amplituda dan fasa yang berbeda. Modulasi yang berdasarkan QAM yang digunakan pada standar DOCSIS arah upstream adalah 16QAM, dengan tiap simbol mewakili emapt bit. Bentuk dari sinyal 16QAM dapat ditulis sebagai berikut : S i (t ) =

2 E min 2 E min ai cos(2πf c t ) + bi cos(2πf c t ),0 ≤ t ≤ T i = 1,2,3,4 Ts Ts

Dimana Emin merupakan energi sinyal dengan nilai amplituda terkecil, at dan bt merupakan pasangan nilai integer yang ditentukan menurut lokasi masing-masing titik sinyal. Modulasi 16QAM tidak memiliki energi simbol yang konstan atau tidak memiliki jarak yang konstan antar simbol. at dan bt merupakan elemen matrik LxL yang diberikan,


(-L+1, L-1) (-L+3, L-1) ... ( L+1, L-1) { at ,bt }=

(-L+1, L-3) (-L+3, L-1) ... (-L-1, L-1) :

:

:

(-L+1,-L+1) (-L+3,L+1) ... (L-1,-L+1) Dimana L= M Probalilitas kesalahan bit (BER) untuk modulasi 16QAM dapat dirumuskan: P16QAM (γ ) =

1  γ  γ  1  γ   + Q 3.  + Q Q 4   5   5  2  5 

Efisiensi bandwidth yang dimiliki modulasi QAM sama dengan modulasi PSK.Dalam hal efisiensi daya, QAM memiliki efisiensi yang lebih baik dibandingkan PSK. 2.3.4. Karakteristik Transmisi RF berdasarkan spesifikasi DOCSIS 2.0 2.3.4.1. Karakteristik transmisi RF upstream No

Parameter

Nilai

1

Frekuensi kerja yang digunakan

5 sampai 42 MHz

2

Delay pengiriman dari pelanggan terjauh sampai ke CMTS terdekat

0,800 ms

3

Carier to Interference plus ingress (penjumlahan dari noise, distortion,common-path distortion, XMOD dan penjumlahan diskrit dari sinyal ingress broadband,

25 dB

kecuali noise impuls) ratio. 4

Hum Modulation

5

Burst Noise

23 dBc (7%) 10 µs untuk 1 Khz pada rata-rata semua kasus

6

Amplitudo ripple

0,5 dB/MHz

7

Group delay ripple

8

Micro-reflection untuk single echo

200 ns/MHz -10 dBc @ 0,5

µs µs

-20 dBc @ 1,0 -30 dBc @ >1,0

µs

9

Variasi loss

14 dB min to max

Tabel Karakteristik arah upstream


2.3.4.2. Modulasi downstream dan upstream Kanal Downstream

Modulasi 64 QAM 256 QAM

Upstream

Bandwidth Kanal 6 MHz

QPSK

16-QAM

200 KHz 400 KHz 800 KHz 1600 KHz 3200 KHz 6400 Khz

Kecepatan Data Maksimum 27 Mbps 38 Mbps 16 QAM (kbps) 64 QAM (kbps) 320 640 640 1280 1280 2560 2560 5120 5120 10240 10240 20480

Tabel BW kanal dan kecepatan data arah downstream dan upstream 2.4. Kanal Jaringan HFC Kanal yang teradapat pada media transmisi HFC pada umumnya dan coaxial pada khususnya adalah respon kanal wired yang terdiri dari kanal thermal noise (AWGN), microreflections dan noise berupa narrowband ingress dan impuls noise. Meskipun respon kanal wired tidak sebesar kanal wireless tetapi kedua kanal tersebut memiliki kemiripan,yaitu memiliki karakterisktik berubah terhadap waktu (time variant). 2.4. 1. Thermal Noise. Thermal noise atau juga disebut dengan white noise adalah noise yang dihasilkan dari pergerakan electron-elektron dalam medium transmisi. Rapat spektral daya dari thermal noise dapat dinyatakan sebagai:

hf

N( f ) = e

hf kT

≈ kT

f < 10 12 Hz

−1

Nilai k = 1,38 x 10-23 J/K, konstanta planck h = 6,63x10-34 Watt/s2, dan T adalah temperatur absolut dalam Kelvin. Rapat spektral dayanya sekitar -174 dBm/Hz diukur pada temperatur kamar dengan satuan 0K. Thermal noise ini merupakan jenis noise yang bersifat Additive White Gaussian Noise yaitu noise dengan rapat spektral daya yang rata (flat) pada semua frekuensi. Adapun rapat spektral daya dari AWGN adalah: S n (e jw ) = σ n2

2.4. 2. Narrowband Ingress noise. Ingress noise yaitu komponen gangguan pada sinyal narrowband radio frequency (RF) yang berasal dari luar sistem. Sinyal gangguan pada RF ini dapat Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

memasuki ke dalam cable network dikarenakan oleh adanya kerusakan pada jaringan kabel. Titik kerusakan ini paling sering terjadi pada cable drop dan kesalahan pemasangan konektor. Penyebab ingress noise umumnya berasal dari adanya transmisi RF di udara bebas, seperti, radio CB, radio amatir, pesawat terbang,, pemancar internasional short wave (SW), dan juga motor/mesin, peralatan rumah tangga dan mainan elektronik yang memancarkan frekuensi.

Gambar Beberapa sumber Ingress noise Rapat spektral daya dari ingress noise dapat didekati oleh dengan persamaan sebagai berikut : S n (e jw )

σ n2 + N .σ 12 untuk l σ n2

2π π 2π π − <w
untuk lainnya

2.4. 3. Impulse Noise. Impulse noise merupakan noise yang tidak tetap (non stasioner) dari peristiwa-peristiwa elektromagnetik yang sifatnya sementara. Impulsive noise ini akan mengakibatkan munculnya interupsi sinyal transmisi secara acak. Ada dua macam impulsive noise, yaitu corona noise yang ditimbulkan karena ionisasi dari udara di sekitar kawat yang bertegangan tinggi dan gap noise yang ditimbulkan karena adanya kerusakan insulator, sehingga tegangan tinggi yang ada di sekitar insulator yang rusak tersebut dapat menimbulkan gangguan. 2.4. 4. Microreflections. Microreflection terjadi akibat adanya perubahan media transmisi yang yang dapat menyebabkan nilai impedansi sumber tidak sama dengan nilai impedansi saluran dan nilai impedansi beban atau dan ditulis Z S ≠ Z T ≠ Z L Dan Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

akhirnya akan mengakibatkan adanya energi yang mengalami refleksi (atau pemantulan sinyal kembali yang disebut echo). Microreflection ini menyebabkan adanya fenomena multipath-fading pada saluran transmisi coaxial. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar microreflections dengan single echo


BAB III PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI SISTEM Dalam bab ini akan didesain pemodelan layer fisik transfer data upstream jaringan HFC dengan menggunakan spesifikasi DOCIS 2.0. Kemudian akan ditambahkan sistem OFDM pada model tersebut. Kedua model itu akan dianalisa respon sistem terhadap kanal, kanal tersebut meliputi microreflections, Thermal noise, Narowband Ingress noise dan Impuls Noise. Blok spesifikasi DOCSIS 2.0 dapat dilihat pada gambar berikut dibawah ini:

RS

Gambar model sistem arah Upstream DOCSIS 2.0 [1]

Data dari transmitter akan dikodekan menggunakan pengkodean ReedSolomon, kode tersebut merupakan standar yang harus dipenuhi sesuai dengan sistem DOCSIS 2.0. Setelah mengalami proses pengkodean, data tersebut akan diacak menggunakan interleaver dan scrambler. Mapping data menggunakan menggunakan modulasi QPSK dan16QAM. Proses hanya sampai tahap Baseband. Keluaran dari sistem ini akan melalui kanal microreflections, thermal noise, narrowband ingress dan impuls noise.

3.1. Pemodelan DOCSIS 2.0 TDMA (1). Blok Bernaulli data Source Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

Blok ini berfungsi menghasilkan bilangan biner (0,1) yang yang memiliki peluang kemunculan yang sama antara bilangan “0” dan “1”. Bit yang dihasilkan adalah sebanyak jumlah bit yang disimulasikan. Keluaran dari generator bit sesuai dengan persamaan berikut ini : 0 = b[n]  1

; untuk 0 ≤ n ≤ N − 1

Dengan N adalah jumlah bit, dan b[n] adalah bit ke-n dari keluaran generator bit. Pembangkitan bilangan biner ini dengan memanfaatkan fungsi randint pada Matlab 6.5.

(2). Blok Reed-Solomon Pengkodean reed-solomon digunakan pada pengkodean terluar (outer code). Panjang codeword inputan pengkodean luar sepanjang 16 simbol,dan agar didapat kemampuan koreksi sebesar 8 symbol maka harus ditambahkan 4 simbol pada inputan pengkodean ini, sehingga keluaran codeoword-nya sepanjang 24 simbol,. Parameter-parameter yang harus diperhatikan pada pengkodean reedsolomon antara lain adalah jumlah simbol output (n), jumlah simbol input (k), jumlah bit/simbol (m), polinomial primitif yang digunakan, kemampuan koreksi error (t), dan generator polinomialnya. Jenis kode reed-solomon yang digunakan dalam simulasi adalah RS(30,16). Penentuan parameter pengkodean adalah sebagai berikut :  Jumlah simbol output (n)

= 30

 Jumlah simbol input (k)

= 16

 Jumlah bit/simbol (m)

=8

 Generator Polinomial

= p(x) = x8+ x4+ x3+ x2+1

 Kemampuan koreksi (t) simbol

= (n-k)/2 = 7

(3). Blok Interleaver[1] Interleaver yang digunakan pada simulasi adalah tipe fixed mode, dengan jumlah kolom x baris adalah 84 x 30. Dengan penulisan secara horisontal dan pembacaan akan dilakukan secara vertikal. (4). Blok Scrambler [1] Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

(0.2)

Codeword atau paket stream data akan diacak dengan penambahan modulo2 dari data dengan keluaran dari register pseudorandom binary sequence generator.

Metode

pengacakan

yang

digunakan

merupakan

sequence

polynomial x15+ x14+1 dengan 15-bit yang dapat diprogram. Proses pengacakan dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

X

Gambar blok scrambler Pada awal pengiriman paket data, isi dari register pseudorandom binary sequence dibersihkan dan lalu diisikan kembali dengan nilai 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 ,dan untuk pengiriman selanjutnya isi dari register tersebutakan diacak kembali. (5). Blok Symbol Mapper [1] Pada proses ini data digital berupa bit-bit keluaran dari blok scrambler akan di mapping-kan dengan dua teknik modulasi, yaitu menggunakan modulasi QPSK dan 16QAM. Untuk modulasi QPSK deretan bit akan dipetakan ke dalam diagram konstelasi dengan nilai inphase dan quadrature +1 dan -1. Sedangkan untuk 16QAM akan memiliki nilai inphase dan quadrature ±1 dan ±3.

3.2. Pemodelan OFDM dalam standar DOCSIS 2.0 TDMA


RS

Gambar blok setelah penambahan sistem OFDM Penambahan blok hanya dilakukan setelah blok terakhir pada standar DOCSIS yaitu blok symbol mapper. Penambahan blok tersebut dikelompokkan menjadi : 3.3.1. Blok-blok Pemancar OFDM (1). Serial to Paralel Converter Data serial dari proses pemappingan sinyal diubah menjadi data paralel sesuai dengan jumlah subcarier yang digunakan. Jumlah bit pada masingmasing lengan paralel disesuaikan dengan teknik modulasi yang digunakan. (2). Penambahan zero pad Zeropad berfungsi untuk menambahkan nilai nol sampai panjang barisnya sesuai dengan jumlah point IFFT. Jika output pada Serial to Paralel adalah matriks Lx1, dimana L < 64 (jumlah point IFFT), maka penambahan zero pad adalah sebesar 64 – L, hal tersebut dilakukan agar masukan IFFT sesuai dengan jumlah point IFFT, yaitu sebesar 64. Penambahan zero pad ini berfungsi sebagai oversampling. Penambahan zeropad yang paling baik adalah sebanyak dua kalinya, sehingga didapatkan frekuensi sampling yang baik meskipun harus mengabaikan lebar bandwidth. (3). IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) IFFT berfungsi sebagai Inverse Discrite Fourier Transform (IDFT), tetapi dengan kecepatan proses perhitungan yang lebih tinggi daripada IDFT. IFFT Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

juga berfungsi sebagai OFDM Baseband Modulator, yang sekaligus menjamin ke-orthogonal-an antar subcarrier. Masukan dan keluaran IFFT adalah kompleks. Pendekatan untuk proses OFDM dengan Inverse Discrite Fourier Transform (IDFT) sebagai vektor C adalah :

Cm =

1 N

N −1

∑ C n e j [2πnm / N ] = n =0

1 N

N −1

∑C e [ π n =0

j 2 f c / tm ]

n

Dimana :

m = subcarier dari o sampai N-1 f n = n ( N∆t ) t m = m∆t ∆t = jarak dalam domain waktu antar aliran data c m

Proses IDFT (Inverse Discrite Fourier Transform) bisa diimplementasikan menggunakan IFFT(Inverse Fast Fourier Transform). Untuk efisiensi dalam komputasi, N selalu menggunakan power of two. Jadi proses IFFT yang dilakukan sebanyak 64 subcarier. (4). Penambahan cyclic prefix Blok ini berfungsi untuk menambahkan guard interval yang merupakan pengkopian beberapa sample simbol akhir Penambahan

ini dilakukan sebelum

masuk

ke

lengan P/S,

jadi

penambahannya adalah vektor lengan satu dan seterusnya. Misalkan inputan dari blok ini adalah vektor 32 x 1, dan sebagai sebagai cyclic prefix adalah 8 sample terakhir, maka vektor yang dikopi adalah pada kolom 25:32, yang kemudian diletakkan pada awal simbol, ini berarti menggunakan 1:4 cyclic prefix. (5). Paralel to Serial Converter Blok ini berfungsi mengubah vektor kolom N x 1 menjadi vektor 1x1. jadi masukan blok ini dapat dianggap sebagai data paralel, kemudian keluarannya berupa data serial. Dimana M=2(L+1). Sinyal yang telah dikonversi menjadi serial, maka akan memiliki sample time yang lebih kecil, atau rate yang lebih tinggi. Jika sample time yang masuk blok Ts dengan rate R, maka sample time setelah keluar dari blok adalah Ts / M dengan Rate RxN. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

3.3.2. Blok-blok Penerima OFDM (1). Serial to Paralel Converter Deretan simbol OFDM yang masih berupa deret serial harus diubah dahulu menjadi data paralel sebanyak jumlah lengan FFT yaitu 64 lengan. (2). Penghilangan cyclic prefix Pengambilan guard interval yang terdapat pada deretan simbol OFDM yang diterima dari proses transmisi. (3). FFT (Fast Fourier Transform) Data paralel yang didapat kemudian dikonversi dari domain waktu ke dalam domain frekuensi dengan jumlah point FFT yang digunakan sama dengan jumlah point pada IFFT yang digunakan pada blok pengirim. (4). Penghilangan zero pad Pengambilan zero pad yang terdapat pada deretan simbol OFDM yang diterima setelah melalui blok FFT. (5). Penghilangan sinyal Pilot Pengambilan sinyal pilot yang terdapat pada data yang telah diterima setelah melalui blok pengambilan zeropad. Meskipun data masih berupa data paralel tetapi data ini merupakan data asli. (6). Paralel to Serial Converter Blok ini berfungsi mengubah vektor kolom N x 1 menjadi vektor 1x1. jadi masukan blok ini dapat dianggap sebagai data paralel, kemudian keluarannya berupa data serial sesuai dengan inputan pada pengirim.

3.3. Pengaturan Parameter Simulasi 3.3.1. Diagram Alir Proses Simulasi


START

Diagram Alir Proses Simulasi

3.3.2. Simulasi sistem OFDM pada HFC denagn standar HFC. a) Perancangan Sistem Simulasi sistem OFDM pada jaringan HFC yang berdasar atas spesifiaksi DOCSIS adalah sebagai berikut : 1. Sistem menggunakan fc=10 MHz dengan bandwidth kanal sebesar 800KHz. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

2. Parameter untuk DOCSIS sendiri menggunakan pengkodean RS(30,16) dengan GF(256). Interlevaer memiliki fixed blok dengan nilai 48 x 50. Menggunakan 2 teknik modulasi yaitu QPSK dan 16 QAM. Blok scrambler memiliki register pseudorandom binary sequence sebesar 15 bit. 3. Parameter OFDM adalah sistem memiliki 30 subcarier dengan jumlah IFFT 64 lengan. Nilai simbol/lengan berdasarkan jenis modulasi yang digunakan. Penambahan zero pad sebanyak jumlah lengan IFFT – jumlah sub carier 4. Koefisien dan nilai parameter pada kanal HFC berdasar atas nilai yang didapat dari referensi standar yang bersangkutan. Berdasarkan spesifikasi di atas, maka kita dapat menentukan jenis-jenis small scale fading transmisi OFDM pada HFC, Sistem yang diinginkan : Bit rate (R)

: 1,6 Mbpd dan 3,2 Mbps

Delay spread yang dapat ditoleransi ( τ ) : 1,5 µ s Bandwidth (BW) BW kanal = DOCSIS 

1

τ

=

: 800 KHz

1 = 0,6 ≈ 600 KHz 1,5µs

Bc = 800 KHz Bc>BW kanal maka merupakan selective fading,

Sedangkan OFDM  ∆f =

Ts =

BWtotal 800 KHz = = 26,66 KHz ≈ 26 KHz subcarier 30

1 1 = = 37,5µs ∆f 26 KHz

∆f << BWkanal ,maka flat fading b) Pemodelan dan pembangkitan noise kanal 1. Thermal Noise Thermal noise ini merupakan jenis noise yang bersifat Additive White Gaussian Noise yaitu noise dengan rapat spektral daya yang rata (flat) pada semua frekuensi. Pada simulasi, noise AWGN dibangkitkan menggunakan fungsi awgn. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

data_awgn = awgn(data_tx,snr,’measured’,’db’).

x(t)

y(t)

White Gaussian Noise

Gambar pemodelan noise thermal pada HFC 2. Narrowband ingress noise Ingress noise yaitu komponen gangguan pada sinyal narrowband radio frequency (RF) yang berasal dari luar sistem. Nilai Amplitudo ingres diberikan sebesar 10 dB dengan band 20kHz dari total BW transmit.

x(t)

White Gaussian Noise

y(t) Aing

h ing(t)

Gambar model Ingress noise[16] 3. Impuls noise. Impulse noise merupakan noise yang munculnya secara random dan nilainya tidak

tetap

(non

stasioner)

yang

berasal

dari

peristiwa-peristiwa

elektromagnetik yang sifatnya sementara. Pada noise impuls memiliki tiga parameter yaitu : amplitudo (level tegangan), lebar impuls, periode burst dan waktu delay antar impuls. Pada simulasi, noise impuls tidak muncul secara burst. Parameter Keterangan Timp Lebar impuls Aimp Amplitudo impuls Pimp

Periode burst

d imp

Delay impuls pertama

himp

Merepresentasikan bentuk noise Klasifikasi noise impuls

nilai 100 ns 2 dB 20 µs 5 µs -

Sedangkan model dari noise impuls sendiri dapat dilihat pada gambar dibawah ini: Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

y(t)

x(t)

Impulse Train

h imp(t)

Gambar model impuls noise 4. Microreflections Microreflections timbul dikarenakan media transmisi yang tidak matching sehingga menyebabkan pemantulan sinyal. Fenomena Microreflections merupakan sinyal multipath. Model microreflections adalah penjumlahan sinyal langsung diterima pada beban dengan sinyal-sinyal pantul yang memiliki redaman dan delay yang berbeda-beda, baik untuk echo pertama, echo kedua dan seterusnya. Gambar dibawah ini merupakan model delay line dengan bobot yang berbeda. Input

0,5 us

0,5 us

-20 dB

-10 dB

0,5 us

-30 dB

Output

Gambar model struktur dari microreflections Secara umum parameter simulasi dapat ditulis sebagai berikut (1) fc = 10 MHz dengan BW kanal 800 KHz (2) Bit Rate

: 1,6 Mbps (QPSK) dan 3,2 Mbps (16QAM)

(3) Generator data : a. Jumlah data

: Z x 128 = 10000 x 128 = 1280000 bit

b. Keluaran

: 1280000 x 1 vektor kolom

(4) Reed Solomon Encoder a. Jumlah simbol input

: 16

b. Jumlah simbol output

: 30


c. Jumlah bit/simbol

: 8 bit

d. Keluaran

: (2400 x Z) x 1 vektor kolom

(5) Interleaver a. Jumlah baris x kolom

: 48 x 50

b.

: 2400000 x 1 vektor kolom

Keluaran

(6) Scrambler a. Panjang inisialisasi

: 15 bit

b. Nilai inisialisasi

: [1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0]

(7) Mapper a. Keluaran QPSK

: 1200000 x 1 vektor

b. Keluaran 16QAM

: 600000 x 1 vektor

(8) Parallel to Serial a. Jumlah sub carrier

: 30

b. Nilai tiap lengan

: 4.Z (QPSK) = 40000 x 1 vektorkolom : 2.Z (16QAM)= 20000 x 1 vektorkolom

(9) Penambahan zero a. Jumlah

: 34 vektor kolom

b. Keluaran keseluruhan

: 64 x nilai simbol tiap lengan

(10) IFFT dan FFT a. Jumlah

: 64 vektor kolom

(11) Penambahan cyclic prefix a. 16 QAM

: 1:3, 1:6. 1:9

b. 64 QAM

: 1:3, 1:6, 1:9

(12) Parallel to Serial a. Jumlah

: 2560000 bit (QPSK) : 1280000 bit (16QAM)

(13) Impuls Kanal a. Amplitudo impuls

: -3 dBv dan 2 dBv

b. Lebar impuls

: 100 ns

c. Periode burst

: 20 µs

d. Delay impuls pertama : 5 µs (14) Narrowband ingress noise Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

a. Lebar band ingress

: 20 Khz dari BW transmit.

b. Gain constant noise

: 3 dBv dan 6 dBv

c. Periode muncul ingress

: muncul setiap pengiriman bit.

(15) Microreflections untuk single echo a. 1st echo

: -10 dB terdelay 0,5 µs

b. 2nd echo

: -20 dB terdelay 1 µs

c. 3rd echo

: -30 dB terdelay 1,5 µs


BAB IV ANALISIS KINERJA SISTEM HASIL SIMULASI Analisa Kinerja sistem OFDM akan dilakukan dengan mengamati nilai BER terhadap SNR dan nilai throughput yang diperoleh dari hasil simulasi. Kasus yang akan diamati dalam simulasi adalah: 1. Perbandingan pengaruh thermal noise pada jaringan HFC dengan standar DOCSIS 2.0 dengan penerapan OFDM. 2. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan adanya noise impuls. 3. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan adanya ingress noise. 4. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM pada kanal microreflections. 5. Analisa BER pada kanal ekstrem sistem OFDM vs DOCSIS 2.0. 6. Analisa Throughput sistem OFDM vs DOCSIS 2.0.

4.1. Perbandingan pengaruh thermal noise pada jaringan HFC dengan standar DOCSIS 2.0 dengan penerapan OFDM. Gambar 4.1 menunjukkan perbandingan bit error rate DOCSIS dengan sistem OFDM pada kanal AWGN. Thermal noise atauWhite Gaussian Noise pada jaringan HFC adalah noise yang menyebar secara merata pada semua frekuensi. Noise ini timbul karena panas perangkat baik dari CM maupun Headend. Perbandingan kinerja dilakukan dengan melihat dua parameter teknik modulasi, yaitu menggunakan teknik modulasi QPSK dan 16QAM. Suatu jaringan HFC mampu memberikan layanan interaktif, baik suara maupun data, maka pada simulasi ini bit yang dikirim sebesar 1,28 106 bit untuk mendapatkan target BER sebesar 106. Perbandingan daya sinyal yang dikirim terhadap noise ( SNR ) berkisar mulai dari 0 dB sampai 20 dB. Simulasi Perbandingan pengaruh noise thermal ini di asumsikan tidak ada interferensi dari luar, yang dapat menimbulkan noise impuls dan ingress, maka saluran bisa dianggap ideal dengan nilai SWR=1 atau tidak ada pantulan (tidak ada kanal microreflections).


0

10

DOCSIS 16QAM OFDM 16QAM DOCSIS QPSK OFDM QPSK

-1

10

-2

10 BER

-3

10

-4

10

-5

10

-6

10

0

5

10

15

SNR [dB]

Gambar 4.1 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM pada kanal AWGN

Pada gambar diatas terlihat perbedaan yang cukup signifikan, baik untuk modulasi QPSK maupun 16 QAM. Sebenarnya spesifikasi DOCSIS 2.0 sudah cukup bagus untuk mengatasi thermal noise, karena untuk modulasi QPSK pada SNR 8dB sudah tidak ada eror sedangkan untuk modulasi 16 QAM pada SNR 15dB tidak ada eror. Hal tersebut disebabkan sudah adanya blok pengkodean reed-solomon, yang mampu mengoreksi eror jika simbol yang eror kurang dari 7 simbol dan blok interleaver, yang mampu mengatasi burst eror. Tetapi dengan adanya sistem OFDM maka kinerja sistem arah upstream dalam mengatasi thermal noise menjadi lebih bagus. Terjadi prosessing gain sebesar 3dB baik untuk modulasi QPSK dan 16 QAM. Sehingga untuk mendapatkan nilai bit tanpa eror hanya membutuhkan SNR sebesar 7dB untuk modulasi QPSK dan 11dB untuk modulasi 16QAM.

4.2. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan adanya noise impuls. Noise impuls muncul akibat peristiwa-peristiwa elektromagnetik yang sifatnya sementara dan tidak tetap. Impulsive noise ini akan mengakibatkan Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

munculnya interupsi sinyal transmisi secara acak. Pada simulasi, noise muncul untuk setiap SNR yang dikirim dengan beberapa paramater pembangkitan noise yang sesuai dengan CATV Upstream Channel Model, Rev 1.0. Noise impuls muncul pada deretan bit-bit tertentu yang akan teredam dan memiliki delay antara satu impuls dan impuls lainnya. Perlakuan kanal dengan noise impuls pada DOCSIS berbeda dengan sistem OFDM. Hal tersebut dengan berhubungan dengan time symbol OFDM dan DOCSIS, yang nantinya akan berpengaruh pada jumlah noise. Parameter-parameter tersebut dapat dilihat pada perancangan sistem pada Bab III. 0

10

DOCSIS QPSK -5dBv DOCSIS QPSK -20dBv OFDM QPSK -5dBv OFDM QPSK -20dBv DOCSIS 16QAM -5dBv DOCSIS 16QAM -20dBv OFDM 16QAM -5dBv OFDM 16QAM -20dBv

-1

10

-2

BER

10

-3

10

-4

10

-5

10

-6

10

0

5

10

15

SNR ( dB )

Gambar 4.2 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM dengan noise impuls.

Pada gambar 4.2 dapat dilihat, baik untuk teknik modulasi QPSK dan 16QAM, ternyata OFDM lebih handal jika dibandingkan dengan DOCSIS pada kanal noise impuls. Untuk modulasi QPSK terjadi perbaikan kinerja 2 dB dengan nilai amplitudo noise sebesar -5 dBv, dan 3dB dengan amplitudo noise -20dBv. Sedangkan pada modulasi 16QAM perbaikan kinerja sebesar 2dB baik untuk nilai amplitudo noise sebesar -5 dBv dan 3dB untuk amplitudo noise -20 dBv. Dari hasil tersebut dapat diambil kesimpulan, bahwa perbaikan OFDM rata-rata stabil untuk teknik modulasi QPSK dan 16QAM untuk amplitudo noise yang sama. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

Pada DOCSIS perubahan nilai amplitudo impuls antara -5dBv dengan -20dBv tidak begitu terlihat, sedangkan pada OFDM cukup berpengaruh, terjadi perbedaan sebesar SNR sebesar 2dBv antara nilai amplitudo noise impuls -5dBv dan -20dBv.

4.3. Perbandingan kinerja DOCSIS 2.0 vs OFDM dengan adanya ingress noise. Ingress noise yaitu komponen gangguan pada sinyal narrowband radio frequency (RF) yang berasal dari luar sistem. Penyebab ingress noise umumnya berasal dari adanya transmisi RF di udara bebas, seperti: radio CB, radio amatir, pesawat terbang, pemancar internasional short wave (SW), dan juga motor/mesin, peralatan rumah tangga dan mainan elektronik yang memancarkan nilai frekuensi tertentu. Pada simulasi, noise muncul untuk tiap SNR yang dikirim dengan beberapa paramater pembangkitan noise yang sesuai dengan CATV Upstream Channel Model, Rev 1.0. Noise ini merupakan modifikasi White Gaussian Noise. Sinyal yang terkena noise ini merupakan penjumlahan sinyal transmit dengan WGN yang telah dibentuk sedemukian rupa dan telah dikuatkan level amplitudo noisenya. Jadi terdapat blok filter dan gain noise pada simulasi pembangkitan noise ingress. Gain noise atau bisa juga disebut band noise ingress ini terletak pada awal frekuensi sinyal transmit, dengan lebar band ingress sebesar 20 Khz dari total BW yang ditransmisikan. Nilai gain noise diasumsikan sebesar 3dBv dan 6dBv.


0

10

DOCSIS QPSK 3dBv DOCSIS QPSK 6dBv OFDM QPSK 3dBv OFDM QPSK 6dBv DOCSIS 16QAM 3dBv DOCSIS 16QAM 6dBv OFDM 16QAM 3dBv OFDM 16QAM 6dBv

-1

10

-2

BER

10

-3

10

-4

10

-5

10

-6

10

0

2

4

6

8

10 SNR ( dB )

12

14

16

18

20

Gambar 4.3 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM dengan noise ingress.

Pada gambar 4.3 dapat dilihat bahwa untuk modulasi QPSK terjadi perbaikan kinerja sebesar 5 dB untuk gain ingress sebesar 3dBv. Eror pada gain ingress tersebut hilang pada SNR 8dB untuk sistem OFDM, sedangkan pada DOCSIS eror baru dapat hilang pada SNR 13dB. Pada gain ingress sebesar 6dBv, perbedaan kinerja antara sistem OFDMdan DOCSIS cukup kecil. Untuk kondisi tanpa eror antara OFDM dengan DOCSIS pada gain ingress tersebut hanya sebesar 1dB. Eror hilang pada SNR 13dB untuk sistem OFDM dan 14dB untuk DOCSIS pada gain ingress 6dBv. Sedangkan untuk teknik modulasi 16QAM kinerja OFDM menjadi lebih buruk. Tidak ada perbaikan/ penurunan nilai BER baik untuk gain ingress 3dBv dan 6dBv, bahkan untuk nilai SNR 20dB. Pada grafik BER pada nilai SNR dibawah 9dB OFDM memang lebih bagus jika dibandingkan dengan DOCSIS, tetapi ketika nilai SNR lebih dari 11dB pada gain ingress 3dBv dan lebih dari 9dB pada gain ingress 6dBv kinerja OFDM menjadi jauh lebih buruk jika dibandingkan sistem DOCSIS. Untuk SNR 20dB OFDM hanya memiliki BER sebesar 6.10-1 untuk gain ingress 6dBv dan BER 10-2 untuk gain ingress 3dBv. Sedangkan pada DOSIS eror dapat hilang pada SNR 19dB baik untuk gain ingress 3dBV maupun 6dBv. Hal-hal tersebut mungkin disebabkan oleh : Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

1. Walupun modulasi 16QAM memiliki bitrate yang lebih tinggi dibandingkan dengan modulasi QPSK, tetapi 16QAM lebih rentan terhadap segala macam noise. Karena pada modulasi QAM perubahan amplitudo dan fasa pada kanal sangat berpengaruh disisi penerima, tetap jika dibandingkan dengan modulasi PSK noise pada kanal hanya berpengaruh pada perubahan fasa. Sedangkan noise ingress merupakan noise yang mempunyai karakteristik memiliki nilai amplitudo perusak yang cukup tinggi. 2. Pada DOCSIS sinyal yang terkena noise ingress akan langsung masuk ke demapping 16QAM. Sedangkan pada OFDM sinyal yang telah terkena noise tersebut masuk ke dalam blok FFT dulu untuk diubah dari domain waktu ke domain frekuensi dan dikembalikan ke sinyal semula. Maka sinyal yang sudah terkena noise tersebut akan menjadi lebih tidak mendekati sinyal asli. 3. Pada point kedua, masalah sistem DOCSIS akan langsung terselesaikan dengan adanya blok pengkodean reed-solomon, yang memiliki nilai koreksi kurang dari 7 simbol. Dengan adanya pengkodean tersebut maka untuk SNR 12dB nilai BER akan turun drastis, dan pada SNR 19dB nilai eror akan sama sekali hilang. Sedangkan pada OFDM kemampuan reed-solomon tidak akan bekerja secara maksimal karena kemungkinan untuk semua nilai SNR jumlah eror bisa lebih dari 7 simbol. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada diagram konstelasi 16QAM noise ingress pada lampiran B. Walaupun penyebaran sinyal pada diagram konstelasi yang lebih parah, DOCSIS memiliki jumlah eror

yang relatif lebih sedikit

dibandingkan dengan jumlah eror pada OFDM.

4.4. Perbandingan

kinerja

DOCSIS

2.0

vs

OFDM

pada

kanal

microreflections. Microreflection terjadi akibat adanya perubahan media transmisi yang yang dapat menyebabkan nilai impedansi sumber tidak sama dengan nilai impedansi saluran dan beban. Microreflections dapat menyebabkan fenomena multipath-fading pada saluran transmisi coaxial. Pada simulasi, parameter microreflections baik nilai redaman maupun waktu delay sesuai dengan nilai yang tercantum pada Data-Over-Cable-Service-Interface Specifications- RF Interface Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

Specification ,CM-SP-RFIv2.0-I06-040804. Microreflections atau efek multipath dapat menyebabkan ICI dan ISI yang sangat merusak suatu sinyal layaknya noise, tetapi kedua hal tersebut dapat diatasi dengan adanya cyclic prefix dan keorthogonal-an sistem OFDM. Maka kinerja OFDM akan jauh lebih baik dari sistem DOCSIS 2.0. 0

10

OFDM 16QAM dg CP 1/4 DOCSIS 16QAM DOCSIS QPSK OFDM QPSK dg CP 1/4

-1

10

-2

BER

10

-3

10

-4

10

-5

10

-6

10

0

2

4

6

8

10 SNR ( dB )

12

14

16

18

20

Gambar 4.4 Perbandingan kinerja DOCSIS vs OFDM pada kanal microreflections.

Pada gambar 4.4 dapat dilihat perbandingan kinerja yang cukup signifikan, baik untuk teknik modulasi QPSK maupun 16QAM. Terjadi perbaikan nilai SNR kurang lebih sebesar 4dB untuk modulasi QPSK dan kurang lebih 3dB untuk modulasi 16QAM. Pada modulasi QPSK untuk sistem OFDM eror dapat hilang pada SNR 4dB dan pada DOCSIS eror baru dapat hilang pada SNR 8dB. Untuk teknik modulasi 16QAM eror dapat hilang pada SNR 18dB untuk sistem OFDM sedangkan pada DOCSIS untuk SNR 20dB nilai eror masih ada. Perbaikan kinerja tersebut berasal dari sifat ke-orthogonalitasan sistem OFDM yang dapat mengatasi multipah dari sinyal-sinyal yang terdelay.


4.5. Analisa BER pada kanal ekstrem sistem OFDM vs DOCSIS 2.0. Jika sistem OFDM dibandingkan dengan DOCSIS 2.0 untuk kondisi kanal ideal dan noise yang berpengaruh hanya thermal noise, maka kinerja OFDM pada HFC lebih bagus jika hanya menggunakan sistem DOCSIS 2.0. Begitu pula untuk interferensi dari luar seperti impuls dan ingress. Tetapi untuk modulasi 16QAM nilai grafik BER pada noise ingress lebih jelek dibandingkan DOCSIS 2.0. Pada pembahasan kali ini jika suatu data dilewatkan pada jaringan HFC pada kondisi ekstrem, dimana semua noise baik thermal, impuls,ingress dan microreflections muncul. Parameter pada simulasi kali ini adalah nilai amplitudo impuls sebesar 20dBv dan gain ingress 6dBv. 0

10

OFDM QPSK DOCSIS QPSK OFDM 16QAM DOCSIS 16QAM

-1

10

-2

BER

10

-3

10

-4

10

-5

10

-6

10

0

2

4

6

8

10 SNR ( dB )

12

14

16

18

20

Gambar 4.5 Perbandingan kinerja OFDM vs DOCSIS 2.0 pada kondisi kanal ekstrem dengan modulasi QPSK dan 16QAM

Dapat dilihat pada Gambar 4.5 , untuk modulasi QPSK sistem OFDM memiliki kinerja yang lebih bagus daripada DOCSIS 2.0. Terjadi prossesing gain sebesar 5dB. Eror pada DOCSIS 2.0 dapat hilang pada nilai SNR 13 dB, sedangkan OFDM hanya pada nilai 6dB. Maka untuk modulasi QPSK kinerja DOCSIS 2.0 setelah ditambahkan sistem OFDM menjadi lebih bagus dibandingkan dengan sistem DOCSIS 2.0 biasa. Tetapi untuk modulasi 16 QAM Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

kinerja OFDM lebih buruk jika dibandingkan DOCSIS. Kemungkinan peran noise ingress dalam merusak sinyal sangat dominan. Dapat dilihat pada gambar 4.5, baik untuk sistem DOCSIS 2.0 dan OFDM sampai SNR 20 dB eror masih tetap ada. Pada DOCSIS 2.0 BER hanya mencapai 7.10-2 untuk SNR 20, sedangkan pada sistem OFDM hanya mencapai BER 6.10-1. Untuk SNR dibawah 8dB kinerja OFDM memang lebih bagus dibandingkan DOCSIS 2.0, tetapi untuk SNR lebih dari itu tidak ada perubahan grafik BER yang berarti untuk OFDM. Hal tersebut berarti noise ingress sangat merusak transmisi data jaringan HFC, terutama untuk modulasi 16QAM.

4.6. Analisa Throughput sistem OFDM vs DOCSIS 2.0. Nilai throughput yang dibahas tidak memperhitungkan kondisi pengirim dan penerima. Kualitas data hanya dilihat pada perubahan kanal saja, dengan asumsi penerima dan pengirim adalah ideal. Nilai throughput dilihat dengan rumus :

Throughput =

Jumlahdatayangditerima x100% Totaldatayangdikirim

Rumus tersebut dibuat dengan asumsi, jumlah data eror dianggap sama dengan data yang hilang. Penilaian throughput bukan dilihat dari jumlah bit data yang diterima per satuan waktu, tetapi dilihat per nilai SNR, karena semakin kecil nilai SNR maka data yang hilang atau eror semakin akan semakin besar. Simulasi dilakukan dengan sekali iterasi.

(a)

(b)


100 90 80

Throughput ( % )

70 60 50 40 30 20 10 0

0

2

4

6

8

10 SNR ( dB )

12

14

16

18

20

(c) Gambar 4.6. Throughput untuk modulasi QPSK (a)DOCSIS 2.0 (b)OFDM (c)Perbandingan DOCSIS 2.0 dengan OFDM Dapat dilihat pada gambar 4.6 (c), untuk modulasi QPSK pada kanal ekstrem performa throughput OFDM lebih bagus dibandingkan DOCSIS 2.0. Pada SNR 0dB, throughput DOCSIS hanya mencapai 82%, sedangkan OFDM sudah mencapai nilai sebesar 91%. Pada DOCSIS Throughput mencapai 100% pada SNR 9dB, sedangkan pada OFDM hanya membutuhkan SNR 5dB untuk mencapai throughput 100%.

(a)

(b)


100 90 80

Throughput ( % )

70 60 50 40 30 20 10 0

0

2

4

6

8

10 SNR ( dB )

12

14

16

18

20

(c) Gambar 4.7. Throughput untuk modulasi16QAM (a)DOCSIS 2.0 (b)OFDM (c)Perbandingan DOCSIS 2.0 dengan OFDM

Sedangkan pada modulasi 16QAM nilai throughput mirip dengan grafik BER terhadap SNR, yaitu nilai performasi OFDM menjadi lebih buruk daripada DOCSIS untuk kanal ekstrem. Titik balik performansi OFDM dibandingkan DOCSIS tersebut terjadi pada SNR 12dB. Untuk nilai SNR 0 throughput OFDM mencapai 76 % sedangkan DOCSIS hanya mencapai 69%. Walaupun ada peningkatan throughput untuk kedua sistem, tetapi perbaikan kinerja OFDM relatif lebih lambat. Bahkan pada SNR 11 nilai throughput DOCSIS mendekati OFDM, dan untuk SNR 13 sampai SNR 20 nilai throughput DOCSIS lebih bagus daripada OFDM. Throughput DOCSIS mencapai 100% pada SNR 18, sedangkan pada OFDM tidak pernah mencapai nilai 100%. Bahkan pada SNR 20 throughput sistem OFDM hanya mencapai 95%. Untuk tiap SNR perbaikan throughput pada OFDM hanya mencapai nilai sekitar 0,5 - 1%. Sedangkan pada DOCSIS bisa mencapai 1 - 2%. Hal tersebut bisa saja disebabkan perbaikan eror teknik reedsolomon bekerja lebih bagus hanya pada sistem DOCSIS dibandingkan OFDM untuk modulasi 16QAM.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1. Kinerja sistem OFDM pada arah upstream dalam mengatasi thermal noise lebih bagus dibandingkan DOCSIS 2.0. Terjadi penurunan SNR sebesar 3dB baik untuk modulasi QPSK dan 16 QAM. 2. Perbaikan kinerja pada sistem OFDM rata-rata stabil untuk teknik modulasi QPSK dan 16QAM untuk amplitudo noise yang sama. Pada DOCSIS 2.0 perubahan nilai amplitudo impuls antara -5dBv dengan 20dBv tidak begitu terlihat, sedangkan pada OFDM cukup berpengaruh, terjadi perbedaan sebesar 2dBv. 3. Untuk modulasi QPSK sistem OFDM mampu memperbaiki kinerja sistem pada noise ingress, sedangkan pada modulasi 16QAM kinerja OFDM menjadi lebih jelek dibandingkan DOCSIS 2.0. 4. Sistem OFDM mampu mengatasi kerusakan sinyal akibat kanal microreflections. Terdapat penurunan nilai SNR sebesar 4dB untuk modulasi QPSK dan 3dB untuk modulasi 16QAM. 5. Untuk kondisi kanal ekstrem dimana semua noise, baik impuls noise, ingress noise, thermal noise dan microreflections ada, maka kinerja OFDM pada modulasi QPSK jauh lebih baik daripada DOCSIS 2.0. Sedangkan pada modulasi 16QAM kinerja OFDM menjadi lebih jelek daripada DOCSIS 2.0. 6. Kinerja pengkodean reed-solomon tidak bekerja secara maksimal pada OFDM untuk modulasi 16QAM karena kemungkinan untuk semua nilai SNR jumlah eror bisa lebih dari 7 simbol. 7. Pada modulasi QPSK pada kanal ekstrem performa throughput OFDM lebih bagus dibandingkan DOCSIS 2.0. Pada SNR 0, throughput DOCSIS 2.0 hanya mencapai 82%, sedangkan OFDM sudah mencapai nilai sebesar 91%. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

8. Pada modulasi 16QAM nilai throughput mirip dengan grafik BER terhadap SNR, yaitu nilai performasi OFDM menjadi lebih buruk daripada DOCSIS 2.0 untuk kanal ekstrem. Untuk tiap nilai SNR, perbaikan throughput pada OFDM hanya mencapai nilai sekitar 0,5 - 1%. Sedangkan pada DOCSIS 2.0 bisa mencapai 1 - 2%.

5.2.Saran 1. Perlu dicoba penggunaan skema FDMA/TDMA pada DOCSIS 2.0. dengan multiuser. 2. Dapat dicoba untuk penggunaan teknik modulasi yang lebih tinggi lagi seperti 64QAM dan 256QAM dan teknik adaptif modulasi. 3. Analisa spesifikasi DOCSIS 2.0 pada level sinyal Pasband. 4. Untuk perhitungan dan analisa perhitungan selanjutnya, faktor panjang dan redaman kabel perlu diperhatikan. 5. Perlu dianalisa masalah peak to average ratio pada sistem OFDM. 6. Perlu adanya estimasi kanal atau penggunaan equalizer pada receiver untuk mengatasi noise ingress pada sistem OFDM. 7. Untuk melihat kinerja DOCSIS 2.0 dan OFDM, simulasi selanjutnya bisa dimunculkan pemodelan berbagai macam distorsi seperti CSO, CTB, XMOD dan noise-noise yang lain seperti Burst noise dan common path distortion product. Ataupun adanya kanal-kanal lain seperti phasa noise dan frequency offset, non-linearitas dan respon pembentukan jaringan. 8. Dapat dicoba sebagai pembanding pemodelan dan simulasi skema CDMA pada DOCSIS 2.0.


DAFTAR PUSTAKA [1]

ADC Telecommunications, Inc. “Modem Technology vs HFC Ingress Noise”. www.adc.com

[2]

Buda, Fabien.,Lemois, Emmanuel.,Sari, Hikmet. 2002. “An Analysis of The TDMA and S-CDMA Technologies of DOCSIS 2.0”.NCTA Technical Papers.

[3]

Cable Television Laboratories, Inc.” A Decade of Innovation The History of CableLabs 1988–1998”. Louisville, Colorado. www.cablelabs.com.

[4]

Ciciora W., Farmer J., and Large D. Modern Cable Television Technology, Video, Voice, and Data Communication. Morgan Kaufmann Publisher Inc, San Fransisco, California.

[5]

Cimini Jr Leonard J,. “ Analysis and Simulation of a Digital Mobile Channel

Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing ”, IEEE

Trans. Comm Vol. COM -33. pp. 665-675, juli 1985. [6]

Clarke, C.K.P. 2002. “ Reed Solomon Error Correction”. Research & Development British Broadcasting Corporation.

[7]

Currivan, Bruce. November 2005. “CATV Upstream Channel Model,Rev 1.0” .PROJECT IEEE802.14 Cable TV Protocol Working Group. Sunnyvale, CA.

[8]

Data-over-Cable Specification,

Service

Interface

Specifications-

CM-SP-RFIv2.0-I06-040804,

Cable

RF

Interface Television

Laboratories, November 1999, Louisville,Colorado. [9]

Dostert, Klaus. 2001. “Powerline Communications”. Upper Sanddle River, NJ. Prentice Hall.

[10] Gunawan, Bima I., 2005. ”Simulasi dan Analisa Sinkronisasi pada Sistem Penerima Standar 802.16E”. Bandung. Jurusan Teknik Elektro STT Telkom. [11] Hewlett-Packard Company. 1997. “Cable System Preparation Guide for Two-Way Data”. Cupertino, CA. [12] Hranac, Ron. June 2005. “Understanding and Troubleshooting Linear Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

Distortions:Micro-reflections, Amplitude Ripple/Tilt and Group Delay” .SCTE Cable-Tec Expo. [13] Jesry, Muhammad. 2005. ”Analisa Performasi OFDM berbasis Wavelet (WOFDM) dengan Pengkodean Konvolusional dan Reed-Solomon pada Kanal Rayleigh”. Bandung. Jurusan Teknik Elektro STTTelkom. [14] Marsudi, Trihan. 2004. ”Kinerja Sistem OFDM pada Komunikasi Melalui Jala-Jala Listrik”. Bandung. Jurusan Elektro STT Telkom. [15] Modul CATV., “Planning, Design dan Traffic Engineering”, Level-5. [16] Putra, Yudha. 2005. ”Perancangan Model dan Simulasi Akses Wireless Pita Lebar dengan Standar IEEE 802.16e”. Bandung. Jurusan Teknik Elektro STTTelkom. [17] Rappaport, T. S. 2002.”Wireless Communication Principle and Practice”. Prentice Hall PTR. [18] Roger L. Freeman. 1998. ”Telecommunication Transmission Handbook”. 4thedition. New York. John Wiley & Sons. [19] Schwartz,

Mischa.

1987,”Telecommunication

Network:Protocol,

Modelling and Analysis”.Addison-Wesley Pubishing Company. [20] Sofian. 2004. ”Analisa dan Simulasi Modulasi Discrete Wavelet Multi Tone (DWMT) pada Jaringan Hybrid Fiber Coax (HFC)”. Bandung. Jurusan Elektro STT Telkom. [21] Van

Nee

R.,Prasad.

2000.’’OFDM

for

Wireless

Multimedia

Communications”, Artech House, London



LAMPIRAN A Listing Program 1. Program Utama DOCSIS 2.0 %-----------------------------------------------------% Desain DOCSIS 2.0 %Ref:Data-over-Cable Service Interface %Specifications- RF Interface Specification, %CM-SPRFIv2.0-I06-% 040804 %-----------------------------------------------------clear,clc; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% TRANSMITTER %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %-----------------------------------------------------% DATA GENERATOR %-----------------------------------------------------snr=0:1:10; k = 16; m = 80; z = 1; z=100; panjang_data=(m*k)*z; pengulangan=10; tic; kesalahan_bit(1:pengulangan,1:length(snr))=0; total_kesalahan(1:length(pengulangan),1:length(snr))=0; for iterasi = 1 : pengulangan; looping = iterasi; input =randint(1,panjang_data); clear m k %-----------------------------------------------------% BLOK RS-ENCODE %-----------------------------------------------------masuk_rs_encoder=input; rs_3016; %output_rs %-----------------------------------------------------% BLOK INTERLEAVER %-----------------------------------------------------in_inter=output_rs; interleaver_48x50; % output_inter %-----------------------------------------------------% BLOK SCRAMBLER %-----------------------------------------------------in_scrmbl=output_inter; scrambler; % keluar_acak %-----------------------------------------------------% BLOK MAPPER %-----------------------------------------------------in_map=keluar_acak; % map_16qam; Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

map_qpsk; %data_mapper; data_tx=data_mapper; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % KANAL HFC %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % RECEIVER %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%-----------------------------------------------------% BLOK DE-MAPPER %-----------------------------------------------------noise_masuk=data_noise_total; % map_de16qam; map_deqpsk; %data_output_mapper %-----------------------------------------------------% BLOK DE-SCRAMBLER %-----------------------------------------------------in_descrmbl=data_output_mapper; descrambler; %keluar_scrmbler; %-----------------------------------------------------% BLOK DE-INTERLEAVER %-----------------------------------------------------masuk_deinter = keluar_scrmbler; deinterleaver; %output_deinter; %-----------------------------------------------------% BLOK RS DE-CODER %-----------------------------------------------------masuk_rs_decod = output_deinter; rs_3016_decod; % keluar_rs; %================================ % PERHITUNGAN BER vs SNR %================================ output=keluar_rs; kesalahan_bit(iterasi,power) = sum(xor(output,input)); v=xor(output,input); tt=sum(v); end; end; for t = 1 : pengulangan; total_kesalahan = total_kesalahan + kesalahan_bit(t,:); end; BER = total_kesalahan/(length(input)*iterasi); toc; disp('. . . Simulasi Selesai . . . ') total_waktu_simulasi_dalam_jam = toc/3600; total_waktu_simulasi_dalam_menit = toc/60; savefile = 'QPSK-DOCSIS-IMPULS-0,1.mat'; save(savefile,'snr','BER','kesalahan_bit','panjang_data','pengulangan','noise_masuk','total_waktu_si mulasi_dalam_jam'); Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

%-----------------------------------------------------% GRAPHIC PLOTTER %-----------------------------------------------------% menggambar BER vs SNR figure(1) semilogy(snr,BER(1,:),'- s','color','b'); grid on; hold on; title(' '); xlabel('SNR ( dB )'); ylabel('BER'); % % menggambar diagram konstelasi modulator % figure(2) % plot(real(noise_masuk),imag(noise_masuk),'o'); % grid on; % hold on; 2..Program Utama OFDM %-----------------------------------------------------% Desain OFDM over HFC with DOCSIS 2.0 specs %Ref:%-----------------------------------------------------clear,clc; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % TRANSMITTER %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %-----------------------------------------------------% DATA GENERATOR %-----------------------------------------------------snr=0:1:10; k = 16; m = 80; z = 1; z=1; panjang_data=(m*k)*z; pengulangan=1; jum_bit=((m*k)*z)*pengulangan; tic; kesalahan_bit(1:pengulangan,1:length(snr))=0; total_kesalahan(1:length(pengulangan),1:length(snr))=0; for iterasi = 1 : pengulangan; looping = iterasi; input =randint(1,panjang_data); clear m k %-----------------------------------------------------% BLOK RS-ENCODE %-----------------------------------------------------masuk_rs_encoder=input; rs_3016; %output_rs %-----------------------------------------------------% BLOK INTERLEAVER %-----------------------------------------------------in_inter=output_rs; interleaver_48x50; % output_inter %-----------------------------------------------------% BLOK SCRAMBLER %-----------------------------------------------------in_scrmbl=output_inter; Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

scrambler; % keluar_acak %-----------------------------------------------------% BLOK MAPPER %-----------------------------------------------------in_map=keluar_acak; map_16qam; % map_qpsk; %data_mapper; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % masuk ke OFDM %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % ----------------------------------------------------% SERIAL TO PARALLEL % ----------------------------------------------------in_sp1 = data_mapper; sp_tx; %lengan_parallel_1 % ----------------------------------------------------% ADD ZERO PAD % ----------------------------------------------------in_zero = lengan_parallel_1; add_zero; %parallel_tx_symbol_zero % ----------------------------------------------------% IFFT % ----------------------------------------------------% menampilkan ifft untuk membuat bentuk gelombang domain waktu yang merepresentasikan data masuk_ifft=parallel_tx_symbol_zero; in_ifft; % trans_ifft %-----------------------------------------------------% ADD CYCLIC PREFIX %-----------------------------------------------------% penambahan guard time pada setiap simbol ofdm untuk mengatasi multipath fading [p q] = size(trans_ifft); ukuran_guard_time = ceil(q*(1/4)); for y = 1 : p; guard_time(y,1:(ukuran_guard_time))=trans_ifft(y,(q-ukuran_guard_time+1):(q)); end; % penambahan guard time pada awal setiap simbol ofdm [s t] = size(guard_time); for f = 1 : p; ofdm_kirim(f,1:(t+q))=[guard_time(f,:) trans_ifft(f,:)]; end; % D = N + ukuran_guard_time; clear s t y p q % ----------------------------------------------------% PARALLEL TO SERIAL % ----------------------------------------------------in_ps1 = ofdm_kirim; ps_tx_cp %data_tx %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% KANAL %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % RECEIVER Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % ----------------------------------------------------% SERIAL TO PARALLEL % ----------------------------------------------------sinyal_masuk_receiver=data_tx; in_sp2 = sinyal_masuk_receiver; sp_rx; %lengan_parallel_2 %-----------------------------------------------------% REMOVE CYLCLIC PREFIX %------------------------------------------------------% untuk menghilangkan guard time ukuran_satu_simbol_ofdm = N + ukuran_guard_time; % jumlah_simbol_ofdm_terima = ceil((length(simbol_lengan_1))/ukuran_satu_simbol_ofdm); ofdm_tanpa_guard_time = zeros((length(lengan_parallel_2)),N); for v = 1:(length(lengan_parallel_2)); ofdm_tanpa_guard_time(v,1:N) = lengan_parallel_2(v,(ukuran_guard_time+1):ukuran_satu_simbol_ofdm); end; clear v ofdm_parallel; % ----------------------------------------------------% FFT % ----------------------------------------------------masuk_fft=ofdm_tanpa_guard_time; in_fft; % recv_fft % ----------------------------------------------------% REMOVE ZERO PAD % ----------------------------------------------------in_remove_zero = recv_fft; remove_zero; %parallel_rx_symbol_zero % ----------------------------------------------------% PARALLEL TO SERIAL % ----------------------------------------------------in_ps2 = parallel_rx_symbol_zero; ps_rx; % simbol_serial_rcv %-----------------------------------------------------% BLOK DE-MAPPER %-----------------------------------------------------%plot(real(data_microreflections),imag(data_microreflections),'*');grid on; noise_masuk=simbol_serial_rcv; map_de16qam; % map_deqpsk; %data_output_mapper %-----------------------------------------------------% BLOK DE-SCRAMBLER %-----------------------------------------------------in_descrmbl=data_output_mapper; descrambler; %keluar_scrmbler; %-----------------------------------------------------% BLOK DE-INTERLEAVER %-----------------------------------------------------masuk_deinter = keluar_scrmbler; deinterleaver; %output_deinter; %-----------------------------------------------------Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

% BLOK RS DE-CODER %-----------------------------------------------------masuk_rs_decod = output_deinter; rs_3016_decod; % keluar_rs; %================================ % PERHITUNGAN BER vs SNR %================================ output=keluar_rs; kesalahan_bit(iterasi) = sum(xor(output,input)); v=xor(output,input); tt=sum(v); end; end; for t = 1 : pengulangan total_kesalahan = total_kesalahan + kesalahan_bit(t,:); end; BER = total_kesalahan/(length(input)*iterasi); toc disp('. . . Simulasi Selesai . . . ') total_waktu_simulasi_dalam_jam = toc/3600; total_waktu_simulasi_dalam_menit = toc/60; % savefile = 'QPSK-OFDM-AWGN.mat'; %save(savefile,'snr','BER','kesalahan_bit','panjang_data','pengulangan','noise_masuk','total_waktu _simulasi_dalam_jam'); %-----------------------------------------------------% GRAPHIC PLOTTER %-----------------------------------------------------% menggambar BER vs SNR figure(1) semilogy(snr,BER(1,:),'- s','color','g'); grid on; hold on; title(' '); xlabel('SNR ( dB )'); ylabel('BER'); % % menggambar diagram konstelasi modulator % figure(4) % plot(real(noise_masuk),imag(noise_masuk),'o'); % grid on; % hold on; 4. Sub-Program DOCSIS 2.0 %-----------------------------------------------------% Desain Sub program DOCSIS % Ref :Data-over-Cable Service Interface %Specifications- RF Interface Specification, %CM-SPRFIv2.0-I06-040804 %-----------------------------------------------------%-----------------------------------------------------% BLOK RS-ENCODE %-----------------------------------------------------n=30; %jumlah output codeword k=16; %jumlah input codeword m=8; %jumlah bit/simbol output_rs=[]; for mitta=1:length(masuk_rs_encoder)/(k*m); %untuk looping,jumlah data yang di proses tiap sesi Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

data_blok=masuk_rs_encoder(1,(mitta-1)*(k*m)+1:mitta*(k*m)); for rs=1:length(data_blok)/m; data_rs(rs)=bi2de(data_blok((rs-1)*m+1:rs*m),'left-msb'); end msg_rs= gf(data_rs,m); code = rsenc(msg_rs,n,k); range=0:2^m-1; code_bin_rs=[]; for rs1=1:length(code); num_code(rs1)=find(code(rs1)==range)-1; code_bin=de2bi(num_code(rs1),m,2,'left-msb'); code_bin_rs=[code_bin_rs code_bin]; end output_rs=[output_rs code_bin_rs]; end clear mitta data_blok; %-----------------------------------------------------% BLOK RS-DECODER %-----------------------------------------------------keluar_rs=[]; for mitta=1:length(masuk_rs_decod)/(m*n);%untuk looping,jumlah data yang di proses tiap sesi data_blok=masuk_rs_decod(1,(mitta-1)*(m*n)+1:mitta*(m*n)); for de_rs=1:length(data_blok)/m; data_decod_rs(de_rs)=bi2de(data_blok((de_rs-1)*m+1:de_rs*m),'left-msb'); end msg_decod_rs= gf(data_decod_rs,m); decod = rsdec(msg_decod_rs,n,k); range=0:2^m-1; decod_bin_rs=[]; for de_rs2=1:length(decod); num_decod(de_rs2)=find(decod(de_rs2)==range)-1; decod_bin=de2bi(num_decod(de_rs2),m,2,'left-msb'); decod_bin_rs=[decod_bin_rs decod_bin]; end keluar_rs=[keluar_rs decod_bin_rs]; end clear mitta data_blok %-----------------------------------------------------% BLOK INTERLEAVER %-----------------------------------------------------panjang_baris=48; panjang_kolom=50; output_inter=[]; for mitta=1:length(in_inter)/(panjang_baris*panjang_kolom);%untuk looping,jumlah data yang di proses tiap sesi data_blok=in_inter(1,(mitta1)*(panjang_baris*panjang_kolom)+1:mitta*(panjang_baris*panjang_kolom)); for int=1:panjang_baris;%data ditulis data_intv(int,:)=data_blok(panjang_kolom*(int-1)+1:int*panjang_kolom); end Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

data_output=[]; for int1=1:panjang_kolom;%data dibaca data_out=data_intv(:,int1)'; data_output=[data_output data_out]; end output_inter=[output_inter data_output]; end clear mitta data_blok; %-----------------------------------------------------% BLOK DE-INTERLEAVER %------------------------------------------------------output_deinter=[ ]; for mitta=1:length(masuk_deinter)/(panjang_baris*panjang_kolom);%untuk looping,jumlah data yang di proses tiap sesi data_blok=masuk_deinter(1,(mitta1)*(panjang_baris*panjang_kolom)+1:mitta*(panjang_baris*panjang_kolom)); for de_int=1:panjang_kolom;%untuk ditulis dat_int_terima(:,de_int)=data_blok(1,panjang_baris*(de_int-1)+1:de_int*panjang_baris)'; end data_deint_terima=[]; for de_int2=1:panjang_baris;%untuk di baca dat_int=dat_int_terima(de_int2,:); data_deint_terima=[data_deint_terima dat_int]; end output_deinter=[output_deinter data_deint_terima]; end clear mitta data_blok %-----------------------------------------------------% SCRAMBLER %-----------------------------------------------------keluar_acak=[]; for mitta=1:length(in_scrmbl)/(panjang_baris*panjang_kolom);%untuk looping,jumlah data yang di proses tiap sesi data_blok=in_scrmbl(1,(mitta1)*(panjang_baris*panjang_kolom)+1:mitta*(panjang_baris*panjang_kolom)); out=[]; inis=[1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0];%inisialisasi awal terserah dan ditentukan pada awal scrmbl,dan selebihnya akan mengacak for j=1:panjang_baris*panjang_kolom; x=xor(inis(end-1),inis(end)); inis=[x inis(1:end-1)]; out=[out x]; end output_scrmbl=out; data_random=data_blok; data_sblm_xor=output_scrmbl+data_random; output_random=mod(data_sblm_xor,2); keluar_acak=[keluar_acak output_random]; end clear mitta data_blok %-----------------------------------------------------% DE-SCRAMBLER %-----------------------------------------------------keluar_scrmbler=[]; Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

for mitta=1:length(in_descrmbl)/(panjang_baris*panjang_kolom);%untuk looping,jumlah data yang di proses tiap sesi data_blok=in_descrmbl(1,(mitta1)*(panjang_baris*panjang_kolom)+1:mitta*(panjang_baris*panjang_kolom)); data_stlh_xor = data_blok + output_scrmbl; output_kembali=mod(data_stlh_xor,2); keluar_scrmbler=[keluar_scrmbler output_kembali]; end clear mitta data_blok %-----------------------------------------------------% BLOK MAPPER QPSK %-----------------------------------------------------in=in_map; for psk=1:length(in)/2; data_qam(psk)=bi2de(in((psk-1)*2+1:psk*2),'left-msb'); end y = modmap(data_qam,1,1,'qask',4); data_mapper=y(:,1)'+(i*y(:,2)'); clear in y %-----------------------------------------------------% BLOK DE-MAPPER QPSK %-----------------------------------------------------simbol=[real(noise_masuk)' imag(noise_masuk)']; output_demod=demodmap(simbol,1,1,'qask',4)'; data_output_mapper=[]; for q=1:length(output_demod); o=de2bi(output_demod(q),2,2,'left-msb'); data_output_mapper=[data_output_mapper o]; end clear q o

%-----------------------------------------------------% BLOK MAPPER 16_QAM %-----------------------------------------------------in=in_map; for psk=1:length(in)/4; data_qam(psk)=bi2de(in((psk-1)*4+1:psk*4),'left-msb'); end y = modmap(data_qam,1,1,'qam',16); data_mapper=y(:,1)'+(i*y(:,2)'); clear in y i; %-----------------------------------------------------% BLOK DE-MAPPER 16_QAM %-----------------------------------------------------simbol=[real(noise_masuk)' imag(noise_masuk)']; output_demod=demodmap(simbol,1,1,'qam',16)'; data_output_mapper=[]; for q=1:length(output_demod); o=de2bi(output_demod(q),4,2,'left-msb'); data_output_mapper=[data_output_mapper o]; end clear q o;


5. Sub Program OFDM %-----------------------------------------------------% Desain Sub program OFDM % Ref :-

%-------------------------------------------% ----------------------------------------------------% SERIAL TO PARALLEL % ----------------------------------------------------M = 30; %jumlah lengan untuk semua teknik modulasi N = (length(data_mapper)/M); for sp = 1:M; for ps = 1:N; lengan_parallel_1(sp,ps) = in_sp1(1,sp*N - (N-ps)); end end clear sp ps % ----------------------------------------------------% SERIAL TO PARALLEL % ----------------------------------------------------for sp = 1:C; for ps = 1:D; lengan_parallel_2(sp,ps) = in_sp2(1,sp*D - (D-ps)); end end clear ps sp % ----------------------------------------------------% ADD ZERO PAD % ----------------------------------------------------fft_size = 64;%jumlah lengan IFFT [a s] = size(in_zero); parallel_tx_symbol_zero = zeros(fft_size,s); parallel_tx_symbol_zero ((fft_size-a)+1:fft_size,:) = in_zero(1:a,:); % parallel_tx_symbol_zero((fft_size-a)+1:fft_size,:)= in_zero(a+1:a,:); % parallel_tx_symbol_zero; clear a s % ----------------------------------------------------% REMOVE ZERO PAD % ----------------------------------------------------jade = 30; [a s] = size(in_remove_zero); parallel_rx_symbol_zero = zeros(jade,s); parallel_rx_symbol_zero(1:jade,:) = in_remove_zero(fft_size-(jade-1):fft_size,:); clear a s jade % ----------------------------------------------------% IFFT % ----------------------------------------------------% menampilkan ifft untuk membuat bentuk gelombang domain waktu yang merepresentasikan data ifft_size = fft_size; [a s] = size(masuk_ifft); trans_ifft = zeros(ifft_size,s); trans_ifft = ifft(masuk_ifft); clear a s % ----------------------------------------------------% FFT % ----------------------------------------------------% menampilkan fft untuk memperoleh kembali data asli dari set domain waktu% [a s]= size(masuk_fft); Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

recv_fft = zeros(a,s); recv_fft = fft(masuk_fft); clear a s 6. Kanal HFC %-----------------------------------------------------% Desain Kanal HFC % Ref: “CATV Upstream Channel Model,Rev %1.0” .PROJECT IEEE802.14 Cable TV %Protocol Working Group %-----------------------------------------------------%-----------------------------------------------------% THERMAL NOISE %-----------------------------------------------------noise_thermal=awgn(noise_ingress,snr(power),'measured','dB'); %-----------------------------------------------------% IMPULS NOISE + AWGN DOCSIS %-----------------------------------------------------% data_ofdm_transmit = randint(1,10000) Timp=100e-9;%waktu lebar impuls Tdelay=5e-6;%waktu lompatan(data+impuls,data+simpuls dst)spnjng pengiriman Ts=1.25e-6;%time simbol DOCSIS data_masuk_imp = length(data_tx);%jumlh bit kirim panjang_impuls = ceil((Timp*data_masuk_imp)/Ts);%pnjng noise impuls data_imp_data_tx = zeros(1,data_masuk_imp); data_imp_tdk_eror = ceil((Tdelay*data_masuk_imp)/Ts);%pnjng data bersih total_data_dan_impuls = data_imp_tdk_eror + panjang_impuls;%pnjng data bersih + pnjng noise impuls repeat = ceil(data_masuk_imp/total_data_dan_impuls);%lompatan(data+impuls,data+simpuls dst)spnjng pengiriman dalam bit for t = 1:repeat; for v = 1:panjang_impuls; data_imp = 0.1*(rand(1,panjang_impuls)); data_imp_data_tx(1,total_data_dan_impuls*(t-1)+v) = data_imp(1,v); end end data_total_impuls = data_tx + data_imp_data_tx; data_noise_total=awgn(data_total_impuls,snr(power),'measured','dB'); clear t v; %-----------------------------------------------------% IMPULS NOISE + AWGN OFDM %-----------------------------------------------------% data_ofdm_transmit = randint(1,10000) Timp=100e-9;%waktu lebar impuls Tdelay=5e-6;%waktu lompatan(data+impuls,data+simpuls dst)spnjng pengiriman Ts=37.5e-6;%time simbol OFDM data_masuk_imp = length(data_tx);%jumlh bit kirim panjang_impuls = ceil((Timp*data_masuk_imp)/Ts);%pnjng noise impuls data_imp_data_tx = zeros(1,data_masuk_imp); data_imp_tdk_eror = ceil((Tdelay*data_masuk_imp)/Ts);%pnjng data bersih total_data_dan_impuls = data_imp_tdk_eror + panjang_impuls;%pnjng data bersih + pnjng noise impuls repeat = ceil(data_masuk_imp/total_data_dan_impuls);%lompatan(data+impuls,data+simpuls dst)spnjng pengiriman dalam bit for t = 1:repeat; Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

for v = 1:panjang_impuls; data_imp = 0.1*(rand(1,panjang_impuls)); data_imp_data_tx(1,total_data_dan_impuls*(t-1)+v) = data_imp(1,v); end end data_total_impuls = data_tx + data_imp_data_tx; data_noise_total=awgn(data_total_impuls,snr(power),'measured','dB'); clear t v; %-----------------------------------------------------% NARROWBAND INGRESS NOISE %-----------------------------------------------------data_noise_ingress=length(data_tx); % ing=randint(1,data_noise_ingress); ing=awgn(data_tx,0,'measured','dB'); nar=0.025*((length(data_tx)));%0,025 adalah 20KHz/800KHz BW sistem amp_impuls = 1.5*ing(1,1:nar);%nar = bit pertama eror dengan psd tinggi amp_impuls2 = 0.01*ing(1,nar+1:data_noise_ingress); for x=1:nar; hasil1(1,x)= abs(amp_impuls(1,x)); end hasil1; for y=1:(data_noise_ingress-nar); hasil2(1,y)= abs(amp_impuls2(1,y)); end hasil2; ingress=[hasil1 hasil2]; % noise_ingress = ingress; clear y x p q r t i noise_ingress = ingress + data_tx; %-----------------------------------------------------% MICROREFLECTIONS OFDM %-----------------------------------------------------data=length(noise_thermal); Ts=1.25; unit_delay=[0 0.5 1 1.5]; % unit_delay dalam micro sekon jml_delay_chips=fix((unit_delay/Ts)*jum_bit); daya=[0 -10 -20 -30]; daya_norm=10.^(daya./20); for e=1:length(unit_delay); if jml_delay_chips(1,e)==0; data_terdelay(e,:)=noise_thermal; else if jml_delay_chips(1,e)>data; data_terdelay(e,:)=[zeros(1:end)]; else data_terdelay(e,:)=[zeros(1,jml_delay_chips(1,e)) noise_thermal(1:endjml_delay_chips(1,e))]; end data_terdelay(e,:); end data_transmit_tx(e,:)=data_terdelay(e,:)*sqrt(daya_norm(e)); end data_transmit_akhir=sum(data_transmit_tx); data_microreflections = data_transmit_akhir; %-----------------------------------------------------% MICROREFLECTIONS DOCSIS Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

%-----------------------------------------------------data=length(noise_thermal); Ts=37.5; unit_delay=[0 0.5 1 1.5]; % unit_delay dalam micro sekon jml_delay_chips=fix((unit_delay/Ts)*jum_bit); daya=[0 -10 -20 -30]; daya_norm=10.^(daya./20); for e=1:length(unit_delay); if jml_delay_chips(1,e)==0; data_terdelay(e,:)=noise_thermal; else if jml_delay_chips(1,e)>data; data_terdelay(e,:)=[zeros(1:end)]; else data_terdelay(e,:)=[zeros(1,jml_delay_chips(1,e)) noise_thermal(1:endjml_delay_chips(1,e))]; end data_terdelay(e,:); end data_transmit_tx(e,:)=data_terdelay(e,:)*sqrt(daya_norm(e)); end data_transmit_akhir=sum(data_transmit_tx); data_microreflections = data_transmit_akhir;


TUGAS AKHIR ANALISIS KINERJA SISTEM OFDM PADA JARINGAN HFC DENGAN MENGGUNAKAN SPESIFIKASI DOCSIS

Recommend Documents