UNJUK KERJA MULTI-CODE MULTICARRIER CDMA PADA KANAL MULTIPATH FADING. Intisari

Unjuk Kerja Multi-Code Multicarrier CDMA pada Kanal Multipath Fading (Eva Yovita Dwi Utami)

UNJUK KERJA MULTI-CODE MULTICARRIER CDMA PADA KANAL MULTIPATH FADING Eva Yovita Dwi Utami Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik – UKSW Jalan Diponegoro 52-60, Salatiga 50711

Intisari Sistem yang diteliti adalah Multi-code Multicarrier CDMA (MTC-MC-CDMA) yang merupakan teknik gabungan Multi-code CDMA (MTC-CDMA) dan Multicarrier CDMA (MC-CDMA), menggunakan tiga jenis code sequence set yaitu Walsh-Hadamard code, Gold code, dan Kasami code pada kanal mengalami multipath fading yang terdistribusi Rayleigh.Dari hasil penelitian diperoleh bahwa peningkatan jumlah pengguna mengakibatkan nilai BER yang semakin besar. Nilai BER sebesar 0,0047 saat terdapat enam pengguna, namun nilai BER mencapai 0,0086 saat terdapat 15 pengguna.Perbandingan sistem MTC-MC-CDMA, MTCCDMA, dan MC-CDMA dengan total bandwidth yang sama menunjukkan bahwa MTC-MC-CDMA merupakan sistem yang paling baik. Untuk jumlah pengguna yang sama, yaitu sepuluh pengguna, BER yang diperoleh MTC-MC-CDMA sebesar 0,0074, sedangkan MC-CDMA mencapai 0.0104 dan MTC-CDMA mencapai 0,0643. Kata kunci: Multicode, Multicarrier, Code Sequence Set.

1.

Pendahuluan

Sistem komunikasi bergerak masa depan, yaitu generasi keempat (4G), akan semakin memenuhi keinginan para penggunanya dalam memperoleh layanan yang semakin bervariasi dan kecepatan data yang tinggi. Layanan tersebut merupakan integrasi dari suara, data, image, dan video. Masing-masing layanan memiliki kecepatan data yang berbeda-beda sehingga bandwidth yang dibutuhkan pun akan berbeda. Teknik Multi-code Multicarrier CDMA (MTC-MC-CDMA) merupakan teknik gabungan Multi-code CDMA (MTC-CDMA) dan Multicarrier CDMA (MCCDMA) yang bertujuan untuk memaksimalkan unjuk kerja sistem komunikasi bergerak. MTC-CDMA adalah teknik untuk menangani layanan dengan kecepatan data yang tinggi dan kecepatan data yang berbeda-beda dengan menggunakan urutan kode yang orthogonal[1]. Sedangkan MC-CDMA adalah teknik untuk meningkatkan efisiensi frekuensi dengan cara membagi band frekuensi kanal menjadi beberapa subkanal[2]. Unjuk kerja MTC-MC-CDMA bergantung pada kehandalan korelasi dari kode yang digunakan. Oleh karena itu, ada tiga kode yang dapat digunakan, yaitu kode Walsh-Hadamard, kode Gold dan kode Kasami. Ketiga kode tersebut dipilih karena memiliki korelasi silang yang rendah untuk tiap urutan kode pada tiap set kode.

73

Techné : Jurnal Ilmiah Elektronika Vol. 4 No. 2 Oktober 2005 : 75 - 81

2.

Sistem Multi-code Multicarrier CDMA (MTC-MC-CDMA)

Gambar 1 menunjukkan skema pengirim dan penerima sistem MTC-MCCDMA. Sistem MTC-MC-CDMA menggunakan modulasi M-ary pada code sequence set yang menunjukkan sebuah urutan kode dengan panjang log 2 M bit. Sebuah simbol M-ary memilih sebuah M urutan kode yang disebut code sequence set untuk dikirimkan. Tiap pengguna memiliki code sequence set yang merepresentasikan sebuah simbol data dari log 2 M bit. Ukuran code sequence set tergantung dari kecepatan data yang dibutuhkan.

Gambar 1. Pengirim dan penerima sistem MTC-MC-CDMA[1]. Pada kasus CDMA umumnya, ukuran code sequence set adalah dua, yaitu satu merepresentasikan ‘0’ dan yang lainnya merepresentasikan ‘1’. Dalam sistem ini, tiap pengguna memiliki sebuah set dari M code sequence, dengan log 2 M adalah perbandingan dari kecepatan data yang dibutuhkan terhadap kecepatan standar data (1 bit/simbol). Oleh karena itu, jika kecepatan data adalah log 2 M kali dari kecepatan standar data, ukuran code sequence set adalah M dan setiap simbol M-ary akan dipetakan pada salah satu code sequence set dengan panjang N. Panjang kode N adalah tetap untuk seluruh nilai M yang bervariasi. Jadi, kecepatan data yang bervariasi tidak akan mengubah panjang kode N, tapi akan mengubah ukuran M code sequence set. Setelah itu tiap urutan kode diperbanyak sejumlah L cabang dan pada masing-masing cabang dikalikan dengan m-sequence yang unik untuk masing74


masing cabang. Kemudian tiap cabang dimodulasi dengan frekuensi carrier yang saling orthogonal antara cabang yang satu dengan yang lainnya dan hasilnya dijumlahkan. Proses ini dapat diimplementasikan secara digital dengan menggunakan IFFT untuk menggantikan perkalian dengan subcarrier dan proses penjumlahan. Pada penerima, FFT dipakai untuk masukannya dan keluaran FFT akan dikalikan kembali dengan m-sequence. Setelah itu dilakukan pendeteksian oleh matched filter sehingga urutan kode yang memberikan korelasi maksimum akan dipetakan kembali menjadi simbol M-ary.

3.

Analisis Sistem MTC-MC-CDMA

3.1.

Pengirim Sistem MTC-MC-CDMA

Dalam sistem MTC-MC-CDMA tiap pengguna memiliki code sequence set yang sama yaitu: G = {v m (n )1 ≤ m ≤ M } .

(2.1)

Simbol M-ary ke-i dari pengguna k (bk ,i ) akan dipetakan pada salah satu code sequence set G. sehingga data ke-i dari pengguna k yang ditransmisikan oleh pengirim dapat ditulis:

S k ,i (n) = vbk ,i (n) ,

(2.2)

dengan S k ,i (n ) adalah bit ke-n dari pengguna k untuk tiap urutan kode ke-i dalam code sequence set. Berdasarkan Gambar 2.4., sinyal dengan modulasi Binary Phase Shift Keying (BPSK) yang dikirim dapat ditulis: ∞ L N −1 s k ( t ) = ∑ ∑ ∑ S k ,i ( n ) h ( t − nT b − iT s ) C k ,l ( Ni + n ) cos( ω l t + θ k , l ) , (2.3) i = −∞ l = 0 n = 0

dengan C k ,l (n)

=

ωl θ k ,l

= =

L N h(t )

= = =

kode penebar ke-n dari pengguna k pada cabang ke-l dan urutan kode ke-i, frekuensi carrier pada cabang ke-l, fase acak dari pengguna k pada cabang ke-l yang terdistribusi seragam sepanjang [0,2π ] , jumlah subcarrier, dan panjang code sequence set. gelombang kotak yang memiliki nilai:

(2.4)

75


 1  h(t ) =  Tb  0

3.2 .

,0 ≤ t ≤ Tb , untuk

lainnya

Penerima Sistem MTC-MC-CDMA

Sistem MTC-MC-CDMA mentransmisikan subcarrier pita sempit (narrowbad subcarrier) dalam jumlah yang besar dalam setiap pengiriman, sehingga model kanal radio akan mengalami frequency selective Rayleigh fading dengan tiap subcarrier mengalami flat Rayleigh fading. Tiap subkanal dapat ditulis:

g k ,l (t ) = β k ,l (t )e

dengan g k , l (t ) β k , l (t )

jψ k ,l ( t )

,

(2.5)

=

variabel complex Gaussian yang acak dengan rerata (mean)

=

nol dan variansi σ 2 , amplitudo pelaifan yang terdistribusi Rayleigh, dan

ψ k ,l (t ) = pergeseran fase. Walaupun dalam praktek selalu ada korelasi antara subkanal-subkanal yang saling bersebelahan, pada sistem ini diasumsikan bahwa g k ,l (t ) tidak saling berkorelasi dan terdistribusi secara identik untuk tiap pengguna k dan cabang l yang berbeda. Jika terdapat K pengguna yang aktif, maka sinyal sistem synchronous yang diterima adalah: r (t ) =

∞

K

L N −1

∑∑∑∑ β

i = −∞ k =1 l =1 n = 0

k ,l

(t )S k ,i (n)h(t − nTb − iTs )C k ,l ( Ni + n) × cos(ω l (t ) + φ k ,l (t )) + n(t ) ,

(2.6)

dengan φ k ,l (t ) = θ k ,l + ψ k ,l (t ) , dan n(t ) adalah Additive White Gaussian Noise (AWGN) dengan mean nol dan rapat spektral daya N 0 . Amplitudo pelaifan dan pergeseran fase diasumsikan konstan pada interval waktu sepanjang [0, Tb ]. Keluaran matched filter dapat diperoleh dari Gambar 2.1. dan Persamaan (2.6),. Asumsikan bahwa pengguna pertama adalah pengguna yang diinginkan dan simbol M-ary dari pengguna pertama yang diinginkan adalah m, sehingga dapat ditulis simbol M-ary b1, m , maka keluaran macthed filter adalah: Ts

N −1

0

n =0

U 1,m = ∫ x1 (t )∑ vm (n)h(t − nTb )dt ,

(2.7)

dengan x1 (t ) adalah urutan kode dari pengguna pertama yang telah didemodulasi yaitu:

76


x1 (t ) = ∑ λ1, j h(t − jTb ) , λ1, j =

1 Tb

( j +1) Tb

∫

jTb

(2.8)

L

r (t )∑ C1,q ( j ) cos(ω q t + φ1, q ( j ))α 1, q dt .

(2.9)

q =1

Teknik diversitas yang digunakan pada sistem ini adalah Equal Gain Combining (EGC), yang merupakan teknik diversitas paling sederhana karena pada receiver tidak memperkirakan fungsi pindah kanal. Oleh karena itu, α1, q = 1 untuk seluruh q pada Persamaan (2.9).

4.

Hasil Penelitian dan Pembahasan

Pada bagian ini akan ditampilkan hasil simulasi sistem MTC-MC-CDMA. Unjuk kerja sistem dapat dilihat melalui nilai Bit Error Rate (BER) yang diperoleh. Gambar 2 menunjukkan perbandingan BER terhadap SNR untuk sistem MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading, bila menggunakan tiga code sequence set yang berbeda. Pada harga SNR yang sama, kode Walsh-Hadamard menghasilkan BER lebih kecil dibandingkan BER kode Gold dan kode Kasami. Untuk SNR bernilai 15 dB, BER yang diperoleh kode Walsh-Hadamard adalah 0,0280 sedangkan kode Gold sebesar 0,0319 dan kode Kasami sebesar 0,0362.

Gambar 2. Grafik BER terhadap SNR sistem MTC-MC-CDMA menggunakan kode Walsh-Hadamard, kode Gold dan kode Kasami pada kanal multipath fading.

77


Gambar 3 memperlihatkan grafik BER terhadap SNR untuk sistem MTCMC-CDMA dengan nilai M yang bervariasi pada kanal multipath fading. Semakin besar nilai M maka semakin besar nilai BER yang diperoleh. Saat SNR bernilai 5 dB, M bernilai 256 memiliki nilai BER maksimum yaitu 0,3585 dan M bernilai 2 memiliki BER minimum yaitu sebesar 0,1210. Saat SNR bernilai 30 dB, nilai BER maksimum juga terjadi pada M bernilai 256 yaitu sebesar 0,0013 dan nilai BER minimum terjadi pada M bernilai 2 yaitu sebesar 0,0002.

Gambar 3. Grafik BER terhadap SNR sistem MTC-MC-CDMA dengan nilai M yang bervariasi pada kanal multipath fading. Gambar 4 dan Gambar 5 memperlihatkan perbandingan ketiga sistem yaitu sistem Multi-code CDMA (MTC-CDMA), Multicarrier CDMA (MC-CDMA), dan MTC-MC-CDMA. Untuk sistem MTC-MC-CDMA, panjang code sequence set (N) yang digunakan adalah 16, jumlah subcarrier (L) sebanyak 16, dan M bernilai 16. Ketiga sistem ini memiliki bandwidth yang berbeda-beda, jadi diperlukan pengaturan jumlah subcarrier dan jumlah bit yang akan ditransmisikan agar total bandwidth untuk ketiga sistem ini menjadi sama. Sebagai contoh, pada sistem MTCMC-CDMA bila N dan M bernilai 16, maka sistem ini memetakan data sebanyak empat bit ( log 2 M ) sebagai satu simbol data pada code sequence set dengan panjang kode 16. Jadi, sistem MTC-MC-CDMA mentransmisikan 16 bit data dalam satu simbol. Hal ini berarti bandwidth sistem MTC-MC-CDMA empat kali lebih lebar daripada bandwidth sistem MC-CDMA. Oleh karena itu, pada sistem MTC-MCCDMA digunakan L sebanyak 16 dan pada sistem MC-CDMA digunakan L sebanyak 64. Pada sistem MTC-CDMA digunakan N berjumlah 256, sehingga pada simulasi total bandwidth ketiga sistem tersebut menjadi sama. Gambar 4 memperlihatkan grafik BER terhadap SNR untuk sistem MTCCDMA, MC-CDMA, dan MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading. Dapat 78


dilihat, walaupun sistem MC-CDMA menggunakan subcarrier yang lebih banyak daripada sistem MTC-MC-CDMA, unjuk kerja sistem MTC-MC-CDMA lebih baik daripada sistem MC-CDMA dan sistem MTC-CDMA. Saat SNR bernilai 20 dB, MTC-MC-CDMA memiliki nilai BER yang terendah yaitu 0,0077 sedangkan MCCDMA berada pada urutan kedua dengan nilai BER sebesar 0,0112 dan MTCCDMA menghasilkan nilai BER yang tinggi yaitu sebesar 0,0622.

Gambar 4. Grafik BER terhadap SNR untuk sistem MTC-CDMA, MC-CDMA, dan MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading.

Gambar 5. Grafik BER terhadap jumlah pengguna untuk sistem MTC-CDMA, MCCDMA, dan MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading. 79


Gambar 5 memperlihatkan grafik BER terhadap jumlah pengguna untuk sistem MTC-CDMA, MC-CDMA, dan MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading dengan SNR bernilai 20 dB. Sistem MTC-MC-CDMA memiliki unjuk kerja yang lebih baik daripada kedua sistem lainnya. Pada nilai BER yang sama, sistem MTC-MC-CDMA dapat melayani jumlah pengguna yang lebih banyak daripada sistem MTC-CDMA dan MC-CDMA. Saat BER bernilai 9 × 10 −3 , jumlah pengguna yang dapat dilayani oleh sistem MTC-MC-CDMA adalah 13 pengguna, sedangkan sistem MC-CDMA sebanyak sembilan pengguna. Untuk sistem MTC-CDMA, BER bernilai 9 × 10 −3 tidak tercapai. Pada jumlah pengguna yang sama, yaitu sepuluh pengguna, BER yang diperoleh MTC-MC-CDMA sebesar 0.0074, sedangkan MCCDMA mencapai 0.0104 dan MTC-CDMA mencapai 0.0643. Melalui perolehan nilai BER tersebut, terlihat bahwa menggabungkan teknik MC-CDMA dengan sistem MTC-CDMA merupakan solusi yang tepat untuk meningkatkan unjuk kerja sistem telekomunikasi bergerak.

5.

Kesimpulan

Unjuk kerja sistem MTC-MC-CDMA menggunakan code sequence set yang berbeda-beda menunjukkan bahwa kode Walsh-Hadamard adalah kode terbaik untuk sistem MTC-MC-CDMA yang synchronous. Nilai M yang bervariasi menunjukkan kecepatan data yang berbeda-beda, semakin cepat data yang dikirim maka BER yang diperoleh semakin besar. Perbandingan dengan menggunakan total bandwidth yang sama menunjukkan unjuk kerja sistem MTC-MC-CDMA lebih unggul daripada sistem MTC-CDMA dan MC-CDMA. Hal ini mengindikasikan bahwa sistem MTC-MC-CDMA dapat dipertimbangkan untuk digunakan sebagai sistem selular generasi yang akan datang.

Daftar Pustaka [1] Kim, Taeyoon, Jaeweon Kim, Jeffrey G. Andrews, Theodore S. Rappaport, Multi-code Multi-Carrier CDMA: Performance Analysis, IEEE Int. Conf., vol 2, pp. 973-977, 2004,. [2] S. Hara, R. Prasad, Overview of multicarrier CDMA, IEEE Communications Magazine, vol. 35, pp. 126–133, 1997 [3] X. Gui, T. S. Ng, Performance of asynchronous orthogonal multicarrier CDMA system in a frequency selective fading channel, IEEE Transactions on Communications, vol. 47, no. 7, pp. 1084–1091, [4] E. A. Sourour, M. Makagawa, Performance of Orthogonal Multicarrier CDMA in a Multipath Fading Channel, IEEE Transactions on Communications, vol. 44, no. 3, pp. 356–367, 1996 [5] Rappaport, T. S., Wireless Communication, Principles and Practice, 2nd ed., 2002, Prentice-Hall, Inc, New Jersey [6] Ziemer, R.E., Peterson R.L., Introduction to Digital Communication, 2nd ed., 2001, Prentice-Hall, Inc, New Jersey SR,

80


Riwayat Penulis Eva Yovita Dwi Utami Memperoleh gelar sarjana S1 dari Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi TELKOM, Bandung pada tahun 2002. Tahun 2003 – 2004 bekerja sebagai Technical Support pada PT. Garda Semesta Cakrawala dan sebagai Dosen Tidak Tetap pada Akademi Teknik Telekomunikasi Sandhy Putra Jakarta. Sejak tahun 2005 sampai sekarang bekerja sebagai Dosen Kopertis Wilayah VI Semarang dpk pada Fakultas Teknik program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga.

81

UNJUK KERJA MULTI-CODE MULTICARRIER CDMA PADA KANAL MULTIPATH FADING. Intisari

Recommend Documents