Analisa Perhitungan Batas Delay Sistem Ofdma Dan Ofdm – Tdma Berdasarkan Standar 802.16

TUGAS AKHIR

ANALISA PERHITUNGAN BATAS DELAY SISTEM OFDMA DAN

OFDM – TDMA BERDASARKAN STANDAR 802.16

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pedidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh Yensen 040402015

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ANALISA PERHITUNGAN BATAS DELAY SISTEM OFDMA DAN

OFDM – TDMA BERDASARKAN STANDAR 802.16

Oleh:

Yensen 040402015

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh: Dosen Pembimbing,

NIP: 131 945 349 Ir. Arman Sani, MT

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

NIP: 131 459 555 IR. NASRUL ABDI, MT

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Teknologi WiMAX adalah teknologi akses nirkabel terbaru yang telah diadopsi oleh IEEE dikenal dengan sebutan 802.16x. Teknologi nirkabel ini menawarkan kemampuan untuk mengakses dengan jarak jangkau yang cukup jauh, yaitu lebih kurang 50 km dengan bit rate yang cukup tinggi, dengan harapan agar dapat menggantikan sistem komunikasi nirkabel yang ada pada saat ini.

Tundaan adalah salah satu parameter yang sangat penting untuk diperhatikan dalam unjuk kerja dari sebuah sistem komunikasi. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-TDMA (Time Division Multiple Access) dan OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access) adalah metode akses yang diterapkan pada WiMAX, maka analisa perhitungan yang disajikan adalah berupa nilai tundaan sistem OFDM-TDMA dan OFDMA dalam melayani aplikasi sistem paket yang bersifat tetap, yang mana waktu layanan rata – rata dari kedua sistem ditentukan terlebih dahulu. Secara umum, hasil perhitungan performansi dari tundaan OFDMA jauh lebih baik dari OFDM-TDMA karena OFDMA menawarkan fleksibilitas dalam pemilihan subcarriers sehingga nilai layanan rata – rata dapat ditingkatkan.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul

“Analisa Perhitungan Batas Delay Sistem OFDMA dan OFDM-TDMA berdasarkan Standar 802.16”.

Penulisan Tugas Akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada orangtua penulis Handoko Ng dan Janli Hasni serta saudara-saudara penulis Vinson Ng,Bba dan Wilson yang selalu memberikan dukungan kepada penulis.

Penulis juga ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Rahmad Fauzi, ST. MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

3. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir penulis yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, khususnya Konsentrasi Teknik Telekomunikasi yang telah membekali penulis di bidang Teknik Telekomunikasi.

5. Teman-teman di Departemen Teknik Elektro USU angkatan 2004; Dedi, Alex K.S, Bayu, Wisan, Halim, Budiman, Willy, Irsan, dan rekan-rekan lainnya yang selama ini telah menjadi teman seperjuangan dalam hari-hari kuliah. 6. Serta semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan

Tugas Akhir ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk Tugas Akhir ini.

Akhir kata penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan,7Agustus2008

DAFTAR ISI

ABSTRAK...i

KATA PENGANTAR...ii

DAFTAR ISI...iv

DAFTAR GAMBAR...vii

DAFTAR TABEL...ix

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Rumusan Masalah...2

1.3 Tujuan Penulisan...3

1.4 Batasan Masalah...3

1.5 Metode Penulisan...4

1.6 Sistematika Penulisan...4

II. WiMAX………...6

2.1 Umum………...6

2.2 Perkembangan WiMAX………...8

2.3 Teknologi WiMAX...…………...……...10

2.3.1 OFDM……….………....11

2.3.2 Kanalisasi (Subchannelization)…… ………...11

2.3.3 Sistem Antena ………...12

2.3.4 Modulasi Adaptif ……….………...12

2.3.5 Teknik Koreksi Kesalahan ……….……….13

2.3.6 Diversitas Pngirim dan Penerima………..……...13

2.3.7 Penghematan Daya………...14

2.4.1 Fixed WiMAX……….17

2.4.2 Mobile WiMAX………..……….18

2.5 Lapis MAC………19

2.5.1 Mekanisme Kanal-Akses………..22

2.5.2 Kualitas Pelayanan………....23

2.5.3 Dukungan Mobilitas………..25

2.5.4 Fungsi Sekuritas……….26

2.6 Struktur Slot dan Frame ………..28

2.7 Topologi WiMAX………....30

2.8 Hybrid ARQ……….32

2.9 Aplikasi WiMAX……….33

2.9.1 WMANs……….33

2.9.2 Pengga nti Teknologi Wi-Fi………33

2.9.3 BackHaul Wireless……….34

III. OFDM & OFDMA...35

3.1 Umum……….………....35

3.2 Modulasi Multicarrier...36

3.3 Orthogonalitas……….38

3.4 Prinsip Kerja………....39

3.4.1 Transmitter………...40

3.4.2 Kanal………..43

3.4.3 Receiver……….44

3.5 Modulasi/Demodulasi QPSK………..46

3.5.1 Modulator QPSK………...46

3.5.2 Demodulator QPSK………47

3.6 Cyclic Prefix……….………48

3.7 Orthogonal Frequency Division Multiple Access………49

3.7.1 Multi Akses untuk OFDM……….50

3.7.3.1 Algoritma Maximum Sum Rate………..54

3.7.3.2 Algoritma Maximum Fairness……….54

3.7.3.3 Algoritma Proportional Rate Constrain………...55

3.7.3.4 Proporitional Fairness Scheduling………...56

3.8 Protokol OFDMA ……….………..57

3.8.1 Sub-kanalisasi………....57

3.8.2 Mapping Message………..………57

3.8.3 Ranging………...…58

3.9 Time Division Multiple Access-“Round Robin”………58

IV. ANALISIS PERHITUNGAN BATAS DELAY OFDM-TDMA DAN OFDMA………...60

4.1 Pendahuluan………...60

4.2 Pengalokasian bit pada OFDM-TDMA dan OFDM.………....60

4.3 Batas delay pada OFDM-TDMA dan OFDMA...62

4.4 Perhitungan Batas delay pada OFDM-TDMA …....……….65

4.5 Perhitungan Batas delay pada OFDMA ………...………67

V. KESIMPULAN DAN SARAN...72

5.1 Kesimpulan...72

5. 2 Saran...72

Daftar Pustaka... 73

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Implementasi Teknologi WiMAX………..…7

Gambar 2.2 Contoh Beberapa Frame WiMAX………...………..21

Gambar 2.3 Struktur Slot dan Frame…...………..……….29

Gambar 2.4 Topologi Jaringan Point To Point………...…….…………..31

Gambar 2.5 Topologi Jaringan Point To MultiPoint ………...31

Gambar 2.6 BackHaul Jaringan Seluler………....…...…………...34

Gambar 3.1 Blok Rangkain Dasar Transmiter Multicarrier………...……...36

Gambar 3.2 Blok Rangkain Dasar Receiver Multicarrier…...37

Gambar 3.3 Prinsip Dasar OFDM………...………...……...39

Gambar 3.4 Diagram Blok Dasar OFDM………...………..40

Gambar 3.5 Diagram Blok Transmitter OFDM………...……….40

Gambar 3.6 Konversi Bit Serial ke Paralel………...……....41

Gambar 3.7 Proses Modulasi………...……….41

Gambar 3.8 Proses IFFT………...………....42

Gambar 3.9 Bentuk Umum Kanal……….43

Gambar 3.10 Kanal dan Respon Kanal dari Dekomposisi Multicarrier…………...44

Gambar 3.11 Diagram Blok Receiver OFDM………....44

Gambar 3.12 Diagram Blok Modulator QPSK………...46

Gambar 3.13 Sinyal Keluaran Modulator QPSK………...47

Gambar 3.15 Cyclic Prefix pada OFDM…...………....………...49

Gambar 3.16 Kombinasi antara TDMA dan FDMA…...…..…...51

Gambar 3.17 Perbandingan Daya OFDM dengan OFDMA………...52

Gambar 3.18 Ilustrasi TDMA round robin...59

Gambar 4.1 Frame OFDM-TDMA………...61

Gambar 4.2 Model Sistem OFDM-TDMA dan OFDMA...63

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Batas Delay 64-QAM dan 256-QAM……....….66

Gambar 4.4 Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA; 256 subcarriers …...…….68

Gambar 4.5 Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA; 512 subcarriers ……....…..69

Gambar 4.6 Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA; 1024 subcarriers………....70

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik Dasar Standar 802.16………...………9

Tabel 2.2 Komparasi Teknologi WiMAX...………...16

Tabel 2.3 Perbandingan Parameter Fixed dan Mobile WiMAX ………19

Tabel 3.1 Keluaran Modulator QPSK………..47

Tabel 3.2 Komparasi Skema Laju Data dan Subcarrier OFDMA………….…..56

Tabel 4.1 Hasil perhitungan Batas Delay OFDM-TDMA………….…………..62

Tabel 4.2 Hasil perhitungan Batas Delay OFDM-TDMA ………..63

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Batas Delay OFDMA; 216 subcarriers……….…65

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Batas Delay OFDMA; 512subcarriers………...…68

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Batas Delay OFDMA; 1024 subcarriers…………69

ABSTRAK

Teknologi WiMAX adalah teknologi akses nirkabel terbaru yang telah diadopsi oleh IEEE dikenal dengan sebutan 802.16x. Teknologi nirkabel ini menawarkan kemampuan untuk mengakses dengan jarak jangkau yang cukup jauh, yaitu lebih kurang 50 km dengan bit rate yang cukup tinggi, dengan harapan agar dapat menggantikan sistem komunikasi nirkabel yang ada pada saat ini.

Tundaan adalah salah satu parameter yang sangat penting untuk diperhatikan dalam unjuk kerja dari sebuah sistem komunikasi. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-TDMA (Time Division Multiple Access) dan OFDMA ( Orthogonal Frequency Division Multiple Access) adalah metode akses yang diterapkan pada WiMAX, maka analisa perhitungan yang disajikan adalah berupa nilai tundaan sistem OFDM-TDMA dan OFDMA dalam melayani aplikasi sistem paket yang bersifat tetap, yang mana waktu layanan rata – rata dari kedua sistem ditentukan terlebih dahulu. Secara umum, hasil perhitungan performansi dari tundaan OFDMA jauh lebih baik dari OFDM-TDMA karena OFDMA menawarkan fleksibilitas dalam pemilihan subcarriers sehingga nilai layanan rata – rata dapat ditingkatkan.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada saat ini perkembangan di bidang telekomunikasi sangat pesat, khususnya dalam komunikasi digital. Kebutuhan akan teknologi komunikasi yang handal baik dalam

penyajian kecepatan laju data maupun kualitas pelayanan metode akses semakin

meningkat dalam upaya untuk memenuhi kebutuhan aplikasi multimedia. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut maka teknologi WiMAX dikembangkan.

Teknologi WiMAX merupakan teknologi yang dikembangkan dengan tujuan untuk pelayanan koneksi pita lebar secara nirkabel. Teknologi ini secara umum

dikembangkan untuk komunikasi LOS dan NLOS berbasis point to multi-point dengan

sistem operasi pada frekuensi 10 – 66 GHz dengan daerah jangkauan yang mencapai 50 km dan kecepatan laju data yang mencapai 75 Mbps.

Secara umum aplikasi point to multi-point digunakan untuk beberapa macam

aplikasi, yaitu:

1. Layanan broadband untuk pemukiman, industri rumah tangga (Small Office/

Home Office).

2. Menyediakan kecepatan layanan laju data setingkat aplikasi layanan T1

3. Jaringan utama penghubung Wi-Fi Hotspot.

Dua metode metode akses yang terkenal adalah TDMA (Time Division Multiple

Access) dan FDMA (Frequency Division Multiple Access). Ketika kedua metode akses

menghasilkan OFDM – TDMA dan OFDMA (OFDM - Access). Baik teknologi OFDM – TDMA dan OFDMA diadopsi untuk digunakan dalam sistem komunikasi 802.16

Sistem komunikasi 802.16 telah mengintegrasikan kualitas pelayanan (QoS) pada lapis metode akses (MAC) dengan berbagai sistem transmisi metode akses. Pada kualitas pelayanan yang dimaksudkan ialah dengan berbagai metode penjadwalan transmisi yang dikenal. Adapun teknik penjadwalan yang dikenal dalam sistem komunikasi 802.16 yang

memenuhi kualitas pelayanan adalah teknik penjadwalan kelas premium hingga teknik

penjadwalan kelas best –effort.

Oleh karena itu pada Tugas Akhir ini akan dibahas salah satu dari metode teknik penjadwalan yakni kelas premium. Dalam hal ini, pembahasan meliputi studi metode

akses yakni OFDM – TDMA dengan OFDMA terhadap batas delay (tundaan) yang

diizinkan dalam upaya memenuhi kualitas pelayanan (QoS) dalam teknik penjadwalan kelas premium.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara lain :

1. Bagaimana prinsip kerja OFDM ?

2. Bagaimana batas delay OFDM - TDMA ?

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari Tugas Akhir ini adalah:

1. Menyajikan teori mengenai dasar –dasar teknologi WiMAX.

2. Menyajikan hasil studi batas delay OFDM –TDMA dan OFDMA berdasarkan

standar 802.16 untuk keperluan perancangan sistem.

3. Menyajikan data yang diharapkan dapat membantu penelitian yang berkenaan

dengan 802.16.

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan menjadi terlalu luas, maka diperlukan suatu pembatasan masalah. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah:

1. Hanya membahas tentang WiMAX-802.16

2. Studi dibatasi hanya untuk menyajikan hasil batas delay dari 802.16

menggunakan OFDM-TDMA dan OFDMA pada sistem penjadwalan kelas premium.

3. Metode modulasi yang digunakan adalah QAM.

4. Panjang paket data yang masuk ke dalam sistem adalah tetap dengan terlebih

dahulu melewati flow control.

5. Metode antrian dalam teknik penjadwalan mengikuti sistem FIFO (First In First

Out), namun tidak membahas proses kedatangan dan pelayanan.

6. Alokasi bit dan penugasan pada subcarriers baik OFDM –TDMA maupun

OFDMA dianggap statis.

1.5 Metode Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Studi Literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku teks

pendukung.

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II Pengenalan WiMAX

Bab ini merupakan pengenalan kepada teknologi WiMAX, teknologi-teknologi yang diterapkan, dan alasan-alasan mengapa teknologi-teknologi ini sangat diminati untuk dikembangkan.

BAB III OFDM dan OFDMA

Bab ini membahas tentang multiplexing dan metode akses yang digunakan

BAB IV Analisa Perhitungan Batas Delay OFDM-TDMA dan OFDMA

Bab ini menganalisa batas delay yang diberikan oleh OFDM-TDMA dengan OFDMA dalam upaya memenuhi kualitas pelayanan dalam sistem penjadwalan kelas premium dalam kerangka 802.16.

BAB V Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir yang disajikan dan saran dari penulis

BAB II WIMAX

2.1 Umum

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) merupakan

teknologi berdasarkan pada standar wireless metropolitan area networking (WMAN)

yang diadopsi baik oleh Institute Of Electrical and Electronic Engineering (IEEE)

maupun oleh ETSI HiperMAN (European Telecomunications Standard Institute-High

Performance Metropolitan Area Network). Pada saat sekarang ini teknologi WiMAX lebih dikenal dengan teknologi IEEE 802.16x [1].

Tahun 1998, IEEE membentuk grup yang dikenal dengan nama grup IEEE 802.16 yang bertujuan untuk mengembangkan standar antar muka untuk teknologi nirkabel pita lebar. Pada tahun 2001, WiMAX forum berhasil mendefinisikan WiMAX

sebagai standar teknologi yang memungkinkan akses broadband wireless last mile

sebagai alternatif pengganti pita lebar kabel dan DSL (Digital Subscriber Line).

Teknologi WiMAX secara umum dapat digunakan untuk mendukung akses

internet pita lebar bagi pelanggan bersifat tetap (fixed), maupun untuk pelanggan bersifat

nomaden (nomadic) dan memiliki pergerakan tinggi (mobile). Implementasi teknologi

Gambar 2.1 Implementasi Teknologi WiMAX

Selain itu, teknologi WiMAX juga menyediakan berbagai keuntungan bila dibandingkan dengan teknologi DSL yakni pada kemampuan untuk menjangkau daerah

pelanggan yang mencapai radius 30 Mil, bekerja pada kondisi NLOS (Non-Line of Sight)

dengan kecepatan laju data hingga mencapai 75 Mbps (tergantung spesifikasi yang dipakai). Kemampuan yang dimiliki WiMAX membuat WiMAX menjadi teknologi yang sangat berkembang di seluruh dunia [1].

Implementasi WiMAX yang mudah dengan kemampuan teknologi yang memadai memungkinkan bagi WiMAX untuk dikembangkan dan dipakai di Indonesia yang berbentuk kepulauan dan memiliki wilayah yang luas. Secara umum, dari Gambar 2.1

dapat dilihat WiMAX dipakai sebagai jaringan backhaul yang bersifat tetap. Selain itu

WiMAX juga dapat digunakan untuk mendukung koneksi LOS terhadap pengguna di

rumah yang memiliki perangkat komputer yang bersifat bergerak (portable) maupun

melayani jaringan NLOS terhadap pelanggan di dalam gedung perkantoran, jaringan hotspot, dan pelanggan yang bersifat mobile.

2.2 Perkembangan WiMAX

Perkembangan teknologi WiMAX telah melalui berbagai tahapan pengembangan dan standarisasi. Sesuai dengan standarisasi yang dilakukan maka perkembagan teknologi WiMAX dapat dibagi ke dalam berbagai tahapan yakni :

1. 802.16, diperkenalkan pada tahun 2001, standar lapis MAC mengadaptasi standar

teknologi yang digunakan pada modem DOCSIS (data over cable service

interface spesification). Teknologi ini umumnya digunakan untuk pelanggan yang

sifatnya tetap (fixed) dan bekerja pada frekuensi 10 – 66 GHz [1].

2. 802.16a, diperkenalkan pada tahun 2003, merupakan amandemen lanjutan dari

standar sebelumnya. 802.16a dan ditujukan untuk pelanggan yang bersifat tetap (fixed). 802.16a telah mengadopsi kemampuan untuk bekerja secara NLOS pada 2

– 11GHz dan telah mengadopsi teknologi orthogonal frequency division

multiplexing (OFDM) [1].

3. 802.16d, diperkenalkan tahun 2004, 802.16 memiliki semua standar yang terdapat

pada 802.16 dan 802.16a dengan berbagai tambahan pada lapis MAC. Salah

satunya ialah kemampuan untuk mendukung penggunaan orthogonal frequency

multiple access (OFDMA). 802.16d juga dikenal sebagai spesifikasi dasar untuk

jaringan nirkabel pita lebar tetap (fixed broadband wireless). 802.16d juga dikenal

dengan sebutan IEEE 802.16-2004 atau fixed WiMAX [2].

4. 802.16e, diperkenalkan pada Desember 2005, 802.16e merupakan amandemen

lanjutan terhadap 802.16d. 802.16e telah mendukung kemampuan untuk melayani

pelanggan yang bersifat bergerak (mobile) maupun nomaden (nomadic). 802.16

(mobile broadband wireless). 802.16e juga dikenal dengan sebutan WiBRO

(diperkenal di Korea Selatan), IEEE 802.16-2005 atau mobile WiMAX. Adapun

karakteristik dasar dari standar IEEE 802.16 dapat dilihat pada Tabel 2.1 [2].

Tabel 2.1 Karakteristik dasar standar IEEE 802.16

Standar

Spesifikasi

802.16 802.16-2004 802.16-2005

Status Desember 2001 Juni 2004 Desember 2005 Frekuensi kerja 10GHz-66GHz 2GHz-11GHz 2GHz-11GHz untuk fixed

2GHz-6GHz untuk mobile

Aplikasi Fixed LOS Fixed NLOS Fixed dan mobile NLOS Arsitektur MAC

Point-to-mulipoint,mesh

Point-to-mulipoint,mesh Point-to-mulipoint,mesh

Skema transmisi Single carrier Single carrier, 256 OFDM atau 2048 OFDM

Single carrier, 258 OFDM atau

scalable OFDM dengan 126, 512, 1024 atau 2048

subcarriers. Modulasi QPSK, 16QAM,

64QAM

QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM Laju data kotor 32Mbps-134.4

Mbps

1Mbps-75Mbps 1Mbps-75Mbps Multiplexing Burst

TDM/TDMA

Burst

TDM/TDMA/OFDMA

Burst TDM/TDMA/OFDMA

Duplexing TDD dan FDD TDD dan FDD TDD dan FDD Lebar pita kanal 20MHz, 25MHz,

28MHz

1.75MHz,3.5MHz, 7 MHz, 14MHz,

1.25MHz,5MHz,10MHz,15 MHz,8.75MHz

1.75MHz,3.5MHz, 7 MHz, 14MHz,

1.25MHz,5MHz,10MHz,15MH z,8.75MHz

Implementasi WiMAX

Tidak ada 256 – OFDM sebagai fixed

WiMAX

Scalable OFDMA sebagai

mobile WiMAX Radius Sel 2-5Km 7-10Km dengan maks 50Km 2-5Km

Adapun beberapa kualitas fitur yang ditawarkan oleh WiMAX secara umum adalah :

1. Lapis fisik pada WiMAX yang berdasarkan pada orthogonal frequency division

multiplexing (OFDM) yang memungkinkan WiMAX mempunyai ketahanan yang

lebih terhadap multipath dan dapat beroperasi pada kondisi NLOS.

2. WiMAX menawarkan laju data yang sangat tinggi mencapai 74Mbps dengan

lebar spekturm 20MHz.

3. Kemudahan dalam pengaturan lebar pita dan dukungan terhadap laju data.

4. Modulasi adaptif dan pengkodean yang memungkinkan untuk pemaksimalan

throughput pada kanal yang berubah menurut waktu.

5. Mendukung automatic retransmission request (ARQ) pada lapis link.

6. Telah mendukung time division duplexing (TDD) dan frequency division

duplexing (FDD).

7. Pengaplikasian orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) yang

meningkatkan kapasitas kanal secara signifikan.

8. Memungkinkan pengalokasian kapasitas kanal secara dinamis.

9. Memungkinkan dukungan terhadap mobilitas pelanggan.

10.WiMAX telah mengadopsi arsitektur yang berbasis internet protocol (IP).

2.3 Teknologi WiMAX

Implementasi teknologi nirkabel pada umumnya memerlukan adanya jalur line of

sight (LOS) antara pengirim dan penerima, jika terdapat kondisi NLOS maka akan menimbulkan redaman propagasi yang akan menurunkan kualitas pensinyalan. Seperti

yang telah dibahas sebelumnya, teknologi WiMAX menawarkan kemampuan untuk bekerja secara baik pada kondisi NLOS dengan beberapa fitur tambahan yang berkualitas karena didukung oleh penerapan teknologi OFDM dan OFDMA.

2.3.1 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) merupakan teknik pentransmisian yang sangat mumpuni. Skema transmisi OFDM lebih dikenal dengan

sebutan multicarrier modulation. Ide dasar dari modulasi multicarrier adalah membagi

laju data yang tinggi ke dalam beberapa aliran paralel laju data rendah dan memodulasi

setiap aliran paralel tersebut dengan carriers yang berbeda (subcarriers). Frekuensi pada

subcarrierss tersebut tegak lurus (orthogonal) antara satu dengan lainnya sehingga secara

teoritis telah mengeliminasi inteferensi antar kanal. Dengan teknik modulasi multicarrier

ini diharapkan dapat mengatasi masalah multipath dan delay spread yang sering menjadi

kendala dalam komunikasi nirkabel [2].

2.3.2 Sub-Kanalisasi (Sub-channelization)

Sub-kanalisasi (Subchannelization) didefinisikan sebagai sub-kanal yang dapat

dialokasikan kepada pelanggan yang berbeda tergantung kepada kondisi kanal dan kebutuhan data pelanggan. Kanalisasi mengkonsentrasikan daya ke dalam sejumlah carrier OFDM dan meningkatkan penguatan sistem sehingga dapat digunakan untuk memperluas jangkauan sistem, mengurangi konsumsi daya dan mengatasi rugi – rugi akibat adanya bangunan. Kanalisasi juga memberikan kemudahan dalam manajemen lebar pita dan daya transmisi [2].

2.3.3 Sistem Antena

Standar WiMAX menyediakan dukungan yang luas untuk pengimplementasian multi-antenna untuk meningkatkan performansi sistem. Dengan menggunakan Advanced Antenna Systems (AAS), maka efisiensi spektrum dan peningkatan kapasitas sistem dapat

dicapai. AAS memberikan solusi multi-antena berupa keragaman transmisi (transmit

diversity), beamforming dan spatial multiplexing [1].

Untuk mendapatkan keragaman transmisi (transmit diversity), maka sejumlah

skema space-time block coding dapat digunakan pada sisi downlink. Keragaman transmit

(transmit diversity) memungkinkan adanya satu atau lebih antenna pada sisi pengirim

maupun penerima. Beamforming dapat memberikan peningkatkan yang signifikan pada

area jangkauan, kapasitas dan ketahanan (reliability). Spatial multiplexing yang

memungkinkan beberapa aliran yang independen ditransmisikan melalui beberapa antena [1].

2.3.4 Modulasi Adaptif (Adaptive Modulation)

WiMAX mendukung berbagai skema modulasi dan pengkodean yang

mengizinkan skema untuk berubah pada setiap transmisi per link tergantung kondisi

kanal. Ketika kondisi kanal pada keadaan terbaik maka digunakan pola modulasi terbaik sehingga dapat memberikan kapasitas yang besar kepada sistem. Jika kondisi kanal pada keadaan terburuk maka sistem akan bergeser kepada modulasi yang lebih rendah

sehingga konektivitas dapat dipertahankan secara baik. Kualitas kanal downlink dapat

dideteksi dengan menggunakan indikator umpan – balik kualitas kanal yang ada pada

kualitas kanal berdasarkan kualitas sinyal yang diterima. Modulasi adaptif dan pengkodean secara umum dapat meningkatkan kapasitas kanal karena mengizinkan pertukaran antara throughput dan robustness pada setiap link secara real-time [1] [2].

2.3.5 Teknik Koreksi Kesalahan

Teknik koreksi kesalahan pada WiMAX ditujukan untuk mengurangi kebutuhan

SNR. Forward error correction (FEC) dengan Reed Solomon, convolutional encoding,

dan algoritma interleaving digunakan untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan

sehingga thoughput dapat ditingkatkan. Teknik ini dapat memperbaiki frame yang rusak

yang mungkin disebabkan oleh frequency selective fading atau burst errors. Automatic

repeat request (ARQ) digunakan untuk memperbaiki kesalahan yang tidak dapat

dilakukan oleh metode FEC. ARQ meningkatkan kinerja bit error rate (BER) secara

signifikan pada tingkat threshold yang sama [1] [2] [3].

2.3.6 Diversivitas Pengirim dan Penerima

Pola diversitas digunakan untuk mendapatkan sinyal yang lebih baik pada kondisi lingkungan yang NLOS. Algoritma diversitas dilakukan pada stasiun pemancar maupun penerima untuk meningkatkan kemampuan sistem. Pilihan diversitas pada pemancar

menggunakan space time coding (STC) untuk menyediakan transmisi daya yang

independen, yang dapat mengurangi kebutuhan fade margin dan mengatasi interferensi.

Pada diversitas penerima, teknik kombinasi digunakan untuk meningkatkan kemampuan

penerima untuk mengatasi fading dan mengurangi path loss. Diversitas merupakan cara yang efektif untuk mengatasi propagasi NLOS [1].

2.3.7 Penghematan Daya

Mobile WiMAX menyediakan salah satu fitur handal yang mendukung pemakaian baterai yang lebih lama yakni penghematan daya. Penghematan daya

dilakukan ketika mobile stastion (MS) tidak aktif dalam melakukan transmisi dan

penerimaan data. Hal ini dilakukan dengan metode pensinyalan yang membuat MS

berada dalam kondisi tidur (sleep mode) dan kondisi tidak aktif (idle mode). Ketika MS

berada dalam kondisi tidur (sleep mode), maka MS secara efektif mati dan berada dalam

kondisi tidak dapat mengirimkan data untuk periode tertentu. Sementara kondisi tidak

aktif (idle mode) ialah kondisi yang mana MS mati secara keseluruhan, tidak terdaftar

dalam base station mana pun namun tetap menerima aliran trafik downlink. Fitur idle

mode memberikan penghematan daya yang lebih [1].

2.4 Perbandingan Teknologi WiMAX dengan Teknologi Nirkabel Pita Lebar Lain

Selain WiMAX sebagai salah satu teknologi nirkabel pita lebar, masih terdapat teknologi lain yang menyediakan layanan yang sama yakni Wi-Fi dan jaringan seluler

3G. Wi –Fi (wireless fidelity) merupakan sistem layanan nirkabel pita lebar yang berbasis

standar IEEE 802.11x dengan tujuan utama untuk menyediakan jaringan lokal (LAN) pada suatu bangunan. Pada saat ini, Wi–Fi dapat menyajikan kecepatan laju data mencapai 54 Mbps dengan jangkaun 100 kaki untuk penggunaan dalam ruangan. Wi-Fi

memiliki keunggulan dalam pengimplementasian karena dapat menggunakan spektrum

frekuensi yang tidak memerlukan pengaturan/lisensi (unlisenced) [1].

Selain Wi-Fi, sistem seluler 3G juga memberikan layanan nirkabel pita lebar. Sistem seluler yang beroperasi menggunakan GSM menawarkan layanan UMTS (universal mobile telephone system) dan HSDPA (high speed downlink packet access) sebagai layanan 3G sedangkan sistem telepon seluler berbasis CDMA menggunakan

layanan 1x EV-DO (1x evolution data optimized) sebagai solusi layanan 3G. HSDPA

merupakan layanan penghantar muka downlink berdasarkan standar 3GPP UMTS release

5 dengan kemampuan menyajikan laju data hingga 14.4 Mbps dengan lebar pita 5 MHz. Sedangkan 1x EV-DO merupakan standar data cepat yang berdasar pada sistem IS – 95 CDMA dengan kecepatan penyajian data sekitar 2.4 Mbps dengan lebar pita 1.25MHz. Perbandingan teknologi WiMAX dengan teknologi nirkabel pita lebar lainnya disajikan dalam Tabel 2.2 [1].

Tabel 2.2 Komparasi Teknologi WiMAX dengan Teknologi Nirkabel Pita Lebar Lain

Parameter Fixed WiMAX

Mobile WiMAX HSPA 1x EV-DO Rev A

Wi-FI

Standar IEEE 802.16-2004

IEE802.16E-2005

3GPP Release 6 3GPP2 IEEE 802.11 a/g/n Laju data

downlink

9.4 Mbps pada 3.5MHz dengan rasio TDD DL-UL 3:1; 6.1Mbps rasio 1:1

46Mbpsa 14.4Mbps dengan 15 kode; 7.2 Mbps dengan 10 kode

pada 10MHz dengan rasio TDD DL-UL 3:1; 32Mbps dengan rasio 1:1

3.1Mbps 54Mbpsb dipakai bersama untuk 802.11a/g; 100Mbps untuk 802.11n Laju data uplink 3.3Mbps pada 3.5MHz dengan rasio DL-UL 3:1; 6.5Mbps dengan rasio 1:1

7Mbps1 pada 1.4Mbps 10MHz dengan

rasio DL-UL 3:1; 4Mbps dengan rasio 1:1

1.8Mbps

Lebar pita 3.5MHz dan 7MHz untuk frekuensi 3.5 GHz; 10MHz untuk frekuensi 5.8 GHz

3.5 MHz, 7MHz, 5 MHz, 10MHz dan 8.75MHz

5MHz 1.25MHz 20 MHz untuk 802.11a/g; 20/40MHz untuk 802.11n

Multiplexing TDM TDM/OFDMA TDM/CDMA TDM/CDMA CSMA

Mobilitas Tidak mendukung

Sedang Tinggi Tinggi Rendah

Frekuensi 3.5 GHz dan 5.8 GHz 2.3GHz,2.5GHz dan 3.5GHz 800/900/1800/19 00/2100MHZ 800/900/1800/ 1900MHz 2.4GHz,5GH z

Jangkauan 3-5 mil < 2 mil 1-3 mil 1-3 mil < 100 kaki untuk dalam ruangan; < 1000 kaki untuk luar ruangan Catatan : a. Dengan asumsi 2 X 2 MIMO dan kanal 10 MHz.

Tidak seperti teknologi seluler 3G yang hanya memiliki lebar pita tetap, WiMAX memiliki lebar pita kanal yang dapat dipilih mulai dari 1.25 MHz hingga 20 MHz sehingga memudahkan dalam pemilihan teknologi yang bersesuaian dengan kebutuhan. Lebih lanjut, lapis fisik WiMAX yang menggunakan teknologi OFDM lebih mudah untuk mendukung implementasi MIMO bila dibandingkan dengan sistem CDMA. OFDM pada sistem WiMAX juga memungkinkan untuk mengeksploitasi diversitas frekuensi dan pelanggan dibandingkan dengan sistem seluler 3G. Keuntungan lain dari WiMAX adalah

kemampuannya untuk mendukung link yang bersifat simetris untuk berbagai aplikasi

tetap (fixed) dan fleksibilitas dalam pengaturan rasio data antara downlink dan uplink bila

dibandingkan dengan sistem seluler 3G yang hanya menawarkan rasio laju data downlink

dan uplink asimetris yang bersifat tetap. Selain laju data, WiMAX juga telah menyajikan

komunikasi data yang berbasis teknologi packet switch dibandingkan dengan sistem

seluler 3G yang masih berbasis circuit switch. Dari Tabel 2.2 dapat dilihat bahwa

WiMAX juga mendukung peruntukan dua model penggunaan yakni Fixed dan Mobile

[1].

2.4.1 Fixed WiMAX

Standar IEEE 802.16-2004 didesain untuk model penggunaan tetap (fixed).

Standar ini dikenal sebagai “fixed wireless” karena sifatnya yang memberikan layanan

yang tetap dan tidak mendukung kemampuan mobilitas bagi pelanggannya. IEEE

802.16-2004 juga dapat digunakan untuk instalasi dalam ruangan (indoor), tetapi kemampuannya

tidak sama dengan instalasi luar ruangan (outdoor). Standar 802.16-2004 dikenal sebagai

carrier-pita frekuensi 2.5-GHz, 3,5 GHz, dan 5,8 GHz. Teknologi ini menyediakan jaringan

tanpa kabel sebagai alternatif pengganti dari cable modem, digital subscriber lines

dengan beberapa tipe (xDSL), transmit/exchange (Tx/Ex), dan jaringan optical carrier

level (OC-x) [1].

2.4.2 Mobile WiMAX

Standar IEEE 802.16e merupakan amandemen lanjutan terhadap 802.16 untuk mendukung kemampuan mobilitas dengan menambahkan portabilitas dan kemampuan

roaming pada perangkat CPE-nya. Standar 802.16e menggunakan orthogonal frequency

division multiple access (OFDMA) yang bekerja dengan mengelompokkan berbagai subcarriers ke dalam sub-channel. Client tunggal atau subscriber station (SS) dapat

ditransmisikan dengan menggunakan seluruh sub-channels dalam suatu carrier, atau

multiple client dapat ditransmisikan dengan masing-masing menggunakan sebagian dari total sub-channel secara bersama-sama [1].

Karena kemampuannya dalam mendukung pengguna fixed dan portable, WiMAX

dapat digunakan pula untuk backhaul sistem seluler. Layanan WiMAX dapat

diperuntukan untuk melayani aplikasi berupa broadband on demand, broadband untuk

perumahan, undeserved areas, dan best connected wireless service. Secara umum

Tabel 2.3 Perbandingan Parameter Fixed dan Mobile WiMAX

Parameter Fixed WiMAX Mobile WiMAX

Ukuran FFT 256 128, 512, 1028, 2048 Jumlah subcarriers yang

digunakan untuk data

192 72, 360, 720, 1440

Jumlah subcarriers pilot 8 12, 60, 120, 140 Jumlah guard subcarriers 56 44, 92, 184, 368 Lebar pita kanal (MHz) 3.5 1.25, 5, 10, 20

Subcarriers frekuensi spacing (KHz)

15.725 10.94

Useful symbol time (mikro second)

64 91.4

Guard time (mikro second) 8 11.4 Durasi symbol OFDM 72 102.9

2.5 Lapis MAC

Tugas utama lapis MAC adalah menyajikan penghantar muka antara lapis transport dengan lapis fisik. Lapis MAC bertugas untuk mengambil paket dari lapis di

atasnya yang dikenal dengan sebutan MAC service data units (MSDUs) dan

mengorganisir MDUs tersebut dengan MAC protocol data units (MPDUs) untuk

pentransmisian melalui udara. Untuk bagian penerima, lapis MAC melakukan kebalikan dari pentransmisian. Desain MAC IEEE 802.16-2004 dan IEEE 802.16E-2005 telah

mencakup sebuah sub-lapis konvergensi (convergence sublayer) yang dapat

menghubungkan dengan berbagai protokol lapis yang lebih tinggi seperti ATM, TDM Voice, Ethernet, IP dan protokol lain di masa depan. Selain menyediakan pemetaan

(mapping) ke dan dari lapis yang lebih tinggi, sub-lapis konvergensi (convergence sublayer) juga mendukung penahanan header MSDU untuk mengurangi overhead lapis yang lebih tinggi pada setiap paket [1] [4].

MAC WiMAX didesain untuk mendukung laju bit yang sangat tinggi dan juga memberikan kualitas pelayanan yang hampir serupa dengan ATM dan DOCSIS. MAC WiMAX menggunakan sebuah panjang MPDUs yang bervariasi dan menawarkan berbagai fleksibilitas yang mengizinkan transmisi yang efisien. Sebagai contoh, beberapa MPDUs yang panjangnya sama ataupu berbeda dapat digabungkan ke dalam satu

pentransmisian untuk menghemat overhead PHY. Hal yang sama juga berlaku bagi

MSDUs. Berbagai MSDUs yang berasal dari lapis atas yang sama dapat digabung ke

dalam sebuah MPDU untuk menghemat overhead header MAC. Demikian sebaliknya,

MSDUs yang besar dapat dipecah ke dalam beberapa MPDUs yang lebih kecil dan dikirim dalam beberapa frame [1] [4].

Gambar 2.2 Contoh Beberapa Frame WiMAX

Gambar 2.2 menunjukan beberapa contoh frame MAC PDU (packet data unit).

Setiap frame MAC diawali dengan header MAC (GMH) yang berisi sebuah connection

identifier (CID), panjang frame dan bit untuk mengizinkan kehadiran dari CRC, subheader, dan kondisi payload apakah dalam keadaan terenkripsi dan dapat dibuka

dengan kunci apa. Payload MAC bisa berupa pesan transport atau pesan manajemen.

Selain MSDUs, payload transport dapat berupa permintaan yang berisi lebar pita ataupun

retransmisi. Tipe payload transport diidentifikasi melalui subheader yang berada di

depannya. MAC WiMAX juag mendukung ARQ, yang dapat digunakan untuk meminta retransmisi dari MSDUs yang dipecah maupun MSDUs yang tidak dipecah. Panjang

maksimun dari frame adalah 2047 bytes yang direpresentasikan dengan 11 bits pada

2.5.1 Mekanisme Pengaksesan Kanal

Dalam sistem WiMAX, lapis MAC pada base station bertanggung jawab penuh

dalam pengalokasian lebar pita kepada setiap penguna baik untuk uplink maupun

downlink. MS dapat mengendalikan alokasi lebar pita ketika terjadi beberapa sesi atau

terjadi koneksi dengan base station. Dalam kasus tersebut, BS mengalokasikan lebar pita

secara keseluruhan dan diserahkan sepenuhnya kepada MS untuk membagikannya ke

dalam beberapa sesi koneksi. Penjadwalan pada downlink maupun uplink dilakukan

sepenuhnya oleh BS. Untuk downlink, BS dapat mengalokasikan lebar pita kepada setiap

MS berdasarkan pada trafik yang datang tanpa melibatkan MS. Untuk uplink, alokasi

harus dilakukan berdasarkan permintaan dari MS [1].

Standar WiMAX mendukung beberapa mekanisme yang mana sebuah MS dapat

meminta and mendapatkan lebar pita uplink bergantung pada kualitas pelayanan (QoS)

tertentu dan parameter yang berkenaan dengan pelayanan. Satu atau lebih mekanisme ini dapat dipakai oleh MS. BS mengalokasikan atau membagi sumber daya yang ada secara periodik kepada setiap MS yang dapat digunakan untuk meminta lebar pita. Proses ini

dikenal dengan polling. Polling dapat dilakukan secara individu (unicast) ataupun dalam

kelompok (multicast). Polling secara kelompok (multicast) dilakukan ketika tidak

tersedia lebar pita yang cukup untuk men-pool setiap MS secara individu. Ketika polling

dilakukan secara berkelompok, maka slot yang dialokasikan untuk permintaan lebar pita adalah slot yang dibagi antara setiap MS yang ingin menggunakannya [1] [4].

WiMAX juga menawarkan sebuah resolusi bagi kasus ketika lebih dari satu MS berusaha menggunakan slot yang dibagi tersebut. Jika sebuah alokasi sudah tersedia

untuk pengirim trafik, namun MS dalam kondisi tidak ter-pool maka permintaan lebar pita yang lebih besar dapat dilakukan dengan:

1. Mentransmisikan MPDU yang berisikan permintaan lebar pita secara tersendiri.

2. Mengirimkan permintaan lebar pita melalui kanal yang bebas.

3. Menumpangkan permintaan lebar pita kedalam sebuah generic MAC packet.

2.5.2 Kualitas Pelayanan (Quality of Service)

Dukungan terhadap Quality of Service merupakan bagian penting dalam

perancangan lapis MAC pada WiMAX. WiMAX mengadapatasi ide dasar dari standar

modem kabel DOCSIS. Pengendalian Quality of Service dapat dilakukan dengan

menggunakan arsitektur MAC yang berbasis koneksi (connection – oriented MAC

architecture), yang mana koneksi uplink maupun downlink dikendalikan sepenuhnya oleh BS. Sebelum transmisi data terjadi, BS dan MS membangun sebuah hubungan logika satu arah (koneksi) antara dua lapis MAC tersebut. Koneksi tersebut diidentifikasi melalui connection indentifier (CID) yang berfungsi sebagai alamat sementara untuk transmisi data melalui link tertentu [1].

Selain itu, WiMAX juga memperkenal sebuah konsep service flow. Service flow

adalah aliran paket satu arah dengan sejumlah parameter Quality of Service dan

diidentifikasi melalui sebuah service flow identifier (SFID). Base station bertanggung

jawab terhadap CID dan SFID. Berdasarkan jenisnya, maka Quality of Service pada

1. Unsolicited Grant Services (UGS)

Didesain untuk mendukung penggunaan pada ukuran paket data yang tetap pada laju bit yang konstan, contohnya pada aplikasi T1/E1 dan VoIP tanpa halangan.

Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju trafik maksimun,

maximum latency, toleransi jitter dan aturan permintaan/transmisi [1] [3].

2. Real-Time Polling Services (rtPS)

Didesain untuk mendukung layanan secara real time seperti aplikasi video

MPEG, yang menggunakan ukuran paket data yang bervariasi pada waktu

tertentu. Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju trafik

maksimun, maximum latency, laju trafik minimum yang disediakan dan aturan

permintaan/transmisi [1] [3].

3. Non-Real-Time Polling Services (nrtPS)

Didiseain untuk mendukung aliran data yang toleransi terhadap tundaan (delay)

seperti FTP. Parameter service flow pada QoS ini harus mendefinisikan laju

trafik maksimun, maximum latency, laju trafik minimum yang disediakan,

pioritas trafik dan aturan permintaan/transmisi [1] [3].

4. Best Effort Services (BE)

Dirancang untuk mendukung aliran data yang tidak memerlukan jaminan

pelayanan minimum seperti web browsing. Parameter service flow pada QoS ini

harus mendefinisikan laju trafik maksimun, pioritas trafik dan aturan permintaan atau transmisi [1] [3].

5. Extended-Real-Time Variable Rate Services (ERT-VR)

Didesain untuk mendukung aplikasi real-time yang laju datanya bervariasi dan

memerlukan jaminan laju data minimun dan tundaan. Service ini hanya terdapat pada IEEE 802.16-2005. [1] [3]

2.5.3 Dukungan Mobilitas

Secara umum, standar WiMAX mendukung mobilitas bagi penggunanya. Namun pada saat ini, WiMAX hanya dapat dipakai pada aplikasi bersifat tetap dan nomaden. Kerangka kerja yang ditetapkan dalam IEEE 802.16e-2005 telah mendukung pengembangan lebih lanjut dalam mobilitas dengan menggunakan jaringan arsitektur end to end. Arsiktektur ini juga mendukung lapis mobilitas IP yang menggunakan mobile IP [1] [4].

Ada tiga metode handoff yang ada dalam IEEE 802.16e-2005 yakni hard

handover (HHO) yang sifatnya wajib dan dua yang bersifat opsional yakni fast base station switching (FBSS) dan marco diversity handover (MDHO). Pada HHO,

keputusan handoff dilakukan oleh BS dengan berdasarkan pada hasil pengukuran

yang dilakukan oleh MS. Pada FBSS, MS secara hanya berkomunikasi dengan satu BS yang disebut BS jangkar. Ketika pergantian BS diperlukan oleh MS maka

pemindahan dapat dilakukan dengan channel quality indicator channel (CQCIH)

tanpa perlu melakukan pensinyalan secara eksplisit. MDHO hampir sama dengan

FBSS, perbedaannya hanya MS berkomunikasi dalam downlink dan uplink dengan

2.5.4 Fungsi Sekuritas

Sistem WiMAX dirancang dengan memperhatikan faktor sekuritas, standar ini meliputi metode untuk memastikan privasi penggunaan data dan mencegah akses yang tidak diotorisasi, dengan dukungan protokol tambahan untuk optimasi mobilitas, sekuritas ditangani oleh sub-lapis privasi dalam MAC WiMAX. Kunci aspek sekuritas WiMAX adalah sebagai berikut:

1. Privacy Support

Data pengguna dienkripsi dengan menggunakan skema kriptografi yang

menyediakan privasi. Mendukung baik AES (Advanced Encryption Standard) dan

3DES (Triple Data Encryption Standard). Kebanyakan implementasi sistem

menggunakan AES, karena telah memenuhi standar sesuai dengan Federal

Information Processing Standard dan kemudahan implementasi 128 bit dan 256 bit dihasilkan selama proses autentifikasi dan diperbaharui secara periodik untuk perlindungan tambahan [1] [2] [4].

2. Device/user authentication

Kemudahan juga disediakan oleh WiMAX untuk autentifikasi pelanggan dan mencegah dari pengguna yang tidak terotorisasi. Sistem autentifikasi berdasarkan

pada Internet Enginering Task Force (IETF) EAP. Yang mendukung berbagai

fungsi seperti nama pengguna, sandi, sertifikasi digital dan kartu pintar. Perangkat

awal dari WiMAX telah dilengkapi dengan X.509 digital certificates yang di

WiMAX dapat menggunakan sertifikasi khusus untuk proses autentifikasi seperti dengan menggunakan nama pengguna, sandi ataupun kartu pintar [1] [2] [4].

3. Flexible key-management protocol

Privacy and Key Management Protocol Version 2 (PKMv2) digunakan untuk

memindahkan materi penting dari base station ke mobile station, reotorisasi

secara periodik dan pembaharuan kunci. PKM adalah protokol klien-server yang mana MS sebagai klien dan BS sebagai server. PKM menggunakan X.509 dan

algoritma RSA (Rivest-Shamer-Adleman) [1] [2] [4].

4. Protection of control messages

Integritas kontrol pesan di udara di proteksi dengan menggunakan skema pesan digest seperti AES berdasarkan CMAC (chipher-based message authentication codes) atau MD5 (message-digest 5 algorithm) berdasarkan HMAC (hash-based message authentication codes) [1] [2] [4].

5. Fast handover support

Untuk mendukung handover secara cepat, WiMAX mengizinkan MS

menggunakan pre-autentifikasi dengan BS tertentu untuk mempercepat re-entry

2.6 Struktur Slot dan Frame

Lapis fisik WiMAX bertanggung jawab untuk pengalokasian slot dan frame di udara. Waktu dan frekuensi minimun yang dapat dialokasikan oleh sistem WiMAX pada

sebuah link disebut dengan slot. Setiap slot terdiri dari satu sub kanal yang terdiri dari

satu, dua atau tiga simbol OFDM tergantung skema subkanalisasi yang digunakan. [1]

Gambar 2.3 menunjukan bahwa sebua frame OFDMA dan OFDM beroperasi

dalam mode TDD. Frame dibagi kedalam dua sub-frame yakni sebuah frame downlink

kemudian diikuti dengan frame uplink tetapi diselingi dengan sedikit interval. Rasio

downlink terhadap uplink dapat bervariasi mulai dari 3:1 hingga 1:1 untuk mendukung

profil trafi yang berbeda.WiMAX juga mendukung frequency division duplexing. Namun

TDD memberikan keuntungan berupa kemudahan yang lebih dalam pembagian antara uplink dan downlink, tidak memerlukan pasangan spektrum, dan memiliki pemancar dan penerima yang lebih sederhana. Di sisi lain, TDD mempunyai kekurangan berupa

diperlukan sinkronisasi terhadap berbagai base station untuk menjamin tidak adanya

Gambar 2.3 Struktur Slot dan Frame

Seperti yang terlihat dalam gambar 2.3, subframe downlink dimulai dengan

sebuah downlink preamble yang digunakan untuk prosedur lapis fisik seperti sinkronisasi

waktu, frekuensi dan estimasi kanal. Downlink preamble diikuti oleh FCH (frame control

header) yang menyediakan informasi konfigurasi frame seperti panjang MAP, modulasi,

skema pengkodean dan subcarriers yang bisa digunakan. Beberapa pengguna dialokasian

dalam daerah data yang terdapat dalam uplink dan downlink MAP (DL-MAP dan

UL-MAP) yang mengikuti FCH. MAP berisikan informasi berupa skema modulasi dan pengkodean. WiMAX memberikan kemudahan dalam ukuran frame, setiap transmisi dapat terdiri dari gabungan beberapa paket data yang ukurannya tetap dan dapat juga berupa pecahan paket yang diterima dari lapis yang lebih tinggi [1].

Subframe Uplink tersusun dari beberapa transmisi uplink yang terdiri dari beberapa pengguna berbeda. Beberapa bagian dari subframe disisihkan untuk keperluan yang berbeda. Subframe ini biasa digunakan sebagai kanal jangkauan untuk peformasi closed-loop frequency, penyesuaian daya selama entry ke dalam jaringan dan

diperbaharui berkala setelah entry tersebut. Kanal jangkauan juga dapat digunakan oleh

subcriber station dan mobile station untuk meminta lebar pita. Selain itu, subframe uplink

mempunyai sebuah channel quality indicator channel (CQICH) yang berfungsi bagi SS

untuk memberikan umpan balik tentang kondisi kualitas kanal yang dapat digunakan oleh base station dan kanal acknowledgement bagi subcriber station untuk memberikan

umpan balik berupa acknowledgement downlink [1].

2.7 Topologi Jaringan WiMAX

WiMAX mendefinisikan dua jaringan topologi yakni point to point (PTP) dan

point to multipoint (PTMP). Hubungan PTP merujuk hanya kepada sebuah hubungan khusus antara BS dan pelanggan. Hubungan ini sangat tidak efektif dalam pemanfaatan sumber daya dan mengakibatkan biaya yang tinggi. Topologi ini biasanya dikhususkan untuk pelanggan dengan kebutuhan lebar pita yang sangat tinggi. Untuk mengakomodasi hal tersebut, lebar pita dikonsentrasikan dalam satu hubungan untuk memberikan throughput yang lebih tinggi. Antena direksional dengan penguatan yang besar diperlukan untuk meminimalkan inteferensi dan memaksimalkan sekuritas. Topologi PTP dapat dilihat dalam Gambar 2.4 [1].

Gambar 2.4 Topologi Jaringan Point To Point (PTP)

Topologi PMP merupakan topologi yang digunakan untuk para pelanggan yang tidak membutuhkan lebar pita secara keseluruhan. Pelanggan terkoneksi secara terpisah terhadap BS dengan menggunakan antenna parabola direksional yang terhubung ke sebuah sektor sel untuk mendukung penggunaan kembali frekuensi. seperti terlihat dalam Gambar 2.5 [1].

2.8 Hybrid ARQ

Hybrid ARQ adalah sistem ARQ yang diimplementasikan pada lapis fisik bersama dengan FEC untuk menyediakan performansi hubungan yang lebih baik bila dibandingkan dengan ARQ tradisional. Versi sederhana dari kombinasi ARQ dan FEC adalah H-ARQ yang mana blok data bersama dengan kode CRC dienkodekan dengan menggunakan koder FEC sebelum transmisi. Retransmisi dilakukan jika decoder tidak mampu mendekodekan blok kode secara baik. Ketika blok kode retransmisi diterima, blok kode tersebut dikombinasikan dengan blok kode yang terdeteksi sebelumnya dan dimasukan ke dalam decoder FEC. Kombinasi kedua versi blok kode tersebut akan

menghasilkan kode yang benar. H-ARQ demikian dikenal dengan tipe I chase combining

[1].

Hal di atas dimungkinkan karena standar WiMAX mengkombinasikan N-kanal stop and wait ARQ bersama dengan beberapa variasi kode FEC. Dengan melakukan

beberpa kanal paralel H-ARQ pada waktu bersamaan, maka throughput dapat

ditingkatkan karena ketika satu H-ARQ menunggu acknowledgement, proses lain dapat

menggunakan kanal tersebut untuk pengiriman data. WiMAX juga mendukung mekanisme pensinyalan yang dapat memungkinkan operasi asinkron H-ARQ dan

mendukung sebuah kanal khusus acknowledgement pada sisi uplink untuk keperluan

pensinyalan ACK/NACK. Operasi asinkron ini memberikan delay bervariasi antara retransmisi yang memberikan kemudahan dalam penjadwalan. Untuk keperluan

tambahan, WiMAX juga menyediakan tipe II yakni incremental redundancy yang mana

2.9 Aplikasi WiMAX

WiMAX merupakan jaringan nirkabel teknologi berbasis WMAN, WiMAX dikembangkan dengan harapan dapat memberikan pelayanan yang murah, berkualitas, menjawab kebutuhan atas akses internet pita lebar dan memiliki kompabilitas dengan berbagai peralatan yang berasal dari vendor berbeda. Kemampuan dalam memberikan jangkauan yang luas dan laju data yang cepat menjadi salah satu faktor yang menunjang bagi WiMAX untuk diimplementasikan.

2.9.1 WMANs

Salah satu faktor yang membuat WiMAX yang dikembangkan dewasa ini adalah kemudahan dalam memberikan layanan akses pita lebar terhadap area perkotaan dengan hasil yang sama seperti yang diberikan oleh teknologi pendahulunya. WiMAX dapat mengatasi beberapa kendala yang mungkin dihadapi oleh DSL yang diakibatkan oleh sulitnya instalasi jaringan kabel yang diperlukan [2].

2.9.2 Pengganti Teknologi Wi-Fi

Teknologi yang ada sekarang sangat menyulitkan dalam penyediaan akses internet pita lebar khususnya dalam ruangan. WiMAX dapat mengatasi kendala ini karena kemampuan untuk bekerja dalam kondisi NLOS dan tersedianya topologi

pelayanan dalam kondisi point to mulipoint. Dengan keunggulan hal tersebut maka

WiMAX dapat dipakai sebagai pengganti teknologi Wi-Fi dan kabel lokal dalam

2.9.3 Backhaul Wireless

Kelebihan lain dari WiMAX adalah kemampuan teknologi ini untuk dioperasikan

sebagai backhaul bagi jaringan telepon seluler dan Wi-Fi. Khusus bagi jaringan telepon

seluler, hadirnya teknologi WiMAX dapat menghemat biaya investasi perusahaan dalam

instalasi jaringan kabel sebagai backhaul mereka. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.6

[2].

BAB III

ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING DAN ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS

3.1 Umum

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) adalah skema transmisi parallel yang mana sebuah data laju tinggi yang bersifat seri dibagi ke dalam sebuah

kumpulan substream dengan laju data yang lebih rendah; setiap substream tersebut di

modulasi dengan menggunakan subcarrierss yang berbeda. Dengan demikian, lebar pita

dari subcarriers menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan lebar pita kanal yang

berelasi. Subcarriers yang independen tersebut mengalami fading yang rata sehingga

memudahkan pengaplikasian equalisasi yang lebih sederhana. Hal ini akan memberikan

implikasi berupa waktu simbol substream yang lebih panjang bila dibandingkan dengan

delay spread dari waktu pentransmisian kanal radio tersebut. Selain itu, dengan

menggunakan frekuensi carrier yang tegak lurus, maka effisiensi spectra dapat dicapai.

Untuk mempertahankan agar frekuensi carrier tetap tegak lurus (orthogonal) maka

diperkenalkan sebuah cara yang dikenal dengan sebutan cyclic prefix [1] [5].

OFDM juga dikenal sebagai teknik modulasi multicarriers. OFDM mulai banyak

digunakan dalam berbagai sistem komunikasi yang menuntut laju data yang cepat.

Teknik ini mulai diadopsi untuk digunakan dalam berbagai teknologi xDSL (digital

subscriber lines), 802.11x, digital video broadcasting dan WiMAX (802.16x). Secara

umum, OFDM pada WiMAX dimanfaatkan untuk mengatasi persoalan seperti delay

3.2 Modulasi Multicarrier

Ide dasar dari modulasi multicarrier sebenarnya sangat sederhana dan bertujuan

untuk mengakomodasi kebutuhan akan laju data yang cepat dengan kanal yang bebas dari ISI. Secara umum, komunikasi digital tidak dapat berlangsung dengan baik apabila adanya ISI. Adanya ISI tersebut akan mengakibatkan munculnya kesalahan bit melewati

ambang batas toleransi. Untuk mengatasi hal tersebut, maka waktu simbol (symbol

time,Ts) biasanya harus diusahakan lebih besar dari delay spread (r) [1].

Gambar 3.1 Blok Rangkaian Dasar Transmitter Multicarrier

Untuk mengatasi hal tersebut, modulasi multicarrier membagi transmisi data laju

tinggi ke dalam sejumlah L substreams dengan laju yang lebih rendah, dengan asumsi

setiap substream memiliki Ts/L >> r. Apabila kondisi tersebut dipenuhi maka kanal akan

dipastikan bebas dari ISI. Setiap substreams tersebut kemudian dikirimkan melalui L

sub-kanal paralel dengan tujuan untuk mempertahankan laju data keseluruhan yang

setiap sub-kanal tersebut biasanya lebih rendah daripada laju data keseluruhan, hal ini mengakibatkan lebar pita pada sub-kanal tersebut akan jauh lebih kecil dibandingkan

dengan lebar pita kanal secara keseluruhan. Jumlah dari substream harus dipilih secara

seksama agar lebar pita sub-kanal lebih kecil dari lebar pita kanal yang berhubungan.

Dengan demikian diharapkan agar sub-kanal tersebut mengalami fading yang relatif kecil

sehingga ISI pada setiap kanal menjadi relatif kecil. Seperti yang disinggung sebelumnya,

untuk menjamin kanal bebas dari ISI maka digunakan cyclic prefix. Gambaran umum

mengenai teknik modulasi multicarrier dapat dilihat pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2 [1].

Gambar 3.2 Blok Rangkaian Dasar Receiver Multicarrier

3.3 Ortogonalitas

dalam Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) mengandung makna hubungan matematis di antara frekuensi-frekuensi yang digunakan [6].

Dua buah sinyal dikatakan saling tegak lurus, dapat dinyatakan :

a. Untuk sinyal waktu kontinu

0 ) 2 cos( ) 2 cos( ₀ 0 0 =

∫

nf t x mf t dt

T

π

π ; n≠m (3.1)

b. Untuk sinyal waktu diskrit

I cos 2 cos 2 0

1 0 =            

∑

₌− _Nkm

x N kn N k π

π _{; n≠m (3.2)}

Yang mana Tss

s o k T k f

f = +

adalah periode simbol dan N adalah jumlah subcarriers.

Jika terdapat sejumlah N- subcarriers pada sistem OFDM tertentu maka, secara

matematis besarnya frekuensi subcarriers yang digunakan dapat dinyatakan sebagai :

; k =0,1,2,...,N−1 (3.3)

Dari Persamaan 3.3 di atas dapat diperoleh jarak setiap frekuensi subcarriers agar

orthogonal minimal harus dipisahkan sejauh 1/Tss

s

T f = 1

∆

dan dapat dinyatakan sebagai:

(3.4)

Dimana : ∆f adalah jarak antara frekuensi subcarriers; Tss

Prinsip kerja OFDM pada dasarnya adalah untuk membagi sejumlah bit data serial dengan laju tinggi ke dalam deretan laju data paralel yang lebih rendah. Bit tersebut

adalah periode simbol

kemudian dimasukan ke dalam beberapa subcarrierss yang saling tegak lurus (orthogonal). Secara umum prinsip dasar OFDM ditunjukan melalui Gambar 3.3 [6].

Serial

To

paralel

Kanal

X[0] X[1] X[N-1] b[0] b[1] ...b[M-1]

) ( 0t φ ) ( 1t N− φ ) ( 1t φ

Gambar 3.3 Prinsip Dasar OFDM

Dari Gambar 3.3 dapat dilihat bahwa deretan informasi (b[0], b[1],..., b[M-1]) diubah menjadi deretan data paralel dan kemudian ditransmisikan dengan menggunakan Nsubcarriers yang saling tegak lurus (orthogonal)(φ(t), φ1(t), ..., φN-1

Receiver Fast Fourier Transform (FFT) Paralel to Serial Converter Demodulat or Serial to paralel converter Serial to paralel converter Modulator Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) Paralel to Serial Converter Transmit ter Channel Channel Data Out Data In (t)) [6].

Untuk mengetahui prinsip kerja teknik OFDM lebih lanjut dapat dilihat pada blok diagram dasar OFDM yang diperlihatkan pada Gambar 3.4. Blok diagram dasar OFDM

terbagi atas tiga bagian dasar yakni: transmitter (serial to paralel converter, modulator,

IFFT, paralel to serial converter, kanal (channel) dan receiver (serial to paralel converter, FFT, demodulator, paralel to serial converter) [6].

Gambar 3.4 Diagram Blok Dasar OFDM

3.4.1 Transmitter

Gambar 3.5 menunjukkan blok diagram transmitter OFDM yang terdiri dari blok-blok serial to paralel, modulasi, IFFT dan paralel to serial.

Serial to paralel converter

Modulasi IFFT Paralel to

Serial

Transmitter

Data In Sinyal OFDM

Gambar 3.5 Diagram Blok Transmitter OFDM

Deretan data yang akan ditransmisikan (data in) yaitu deretan bit-bit serial

dikonversikan ke dalam bentuk paralel oleh serial to paralel converter, sehingga bila bit

rate semula adalah R maka bit rate di tiap jalur paralel adalah R/N yang mana N adalah

jumlah jalur paralel atau jumlah subcarriers. Secara umum prinsip konversi bit serial ke

paralel ditunjukkan pada Gambar 3.6 [6].

Serial To Paralel X[0] X[1] ... X[N-1]

X[0]

X[1]

X[N-1]

Kemudian ke-N bit paralel ini (X[0], X[1], ..., X[N-1]) dimodulasikan pada setiap subcarriers yang berbeda yang mana setiap subcarriers dipisahkan sejauh ∆f , seperti yang terlihat pada Gambar 3.7 [6].

Modulator X[0] X[1] X[N-1] t f j

e 2π0

t f j

e 2π1

t f

j N

e2π −1

X[0] X[1] X[N-1] t f j

e 2π0

t f j

e 2π1

t f j N

e 2π −1

Gambar 3.7 Proses Modulasi

Sinyal hasil modulasi tersebut secara matematika dapat ditulis sebagai:

∑

₌− = 1 0 2 ] [ ) ( N k t f j _k e k X t

x π ; 0≤t≤T_s (3.5)

Atau dapat ditulis sebagai:

∑

₌− ∆ = 1 0 2 ] [ ) ( N k t k j e k X t

x π ; 0≤t ≤T_s (3.6)

Sinyal OFDM hasil modulasi kemudian dialirkan ke dalam Inverse Fast Fourier

Transform (IFFT) untuk mengubah sinyal dari domain frekuensi ke dalam sinyal domain

waktu dengan cara mencuplik sinyal x(t) dengan laju Tss/N. Proses IFFT ditunjukkan pada

IFFT X[0] X[1] X[N-1] x[0] x[1] x[N-1]

Gambar 3.8 Proses IFFT Sinyal keluaran IFFT dapat dinyatakan sebagai:

∑

₌− ∆ =     = 1 0 / 2 ] [ ] [ N k N fT nk j s s e k X T N n x n

x π (3.7)

Karena setiap subcarriers adalah saling tegak lurus (orthogonal) yang mana

s

T f = 1

∆ , maka persamaan di atas dapat dinyatakan sebagai:

∑

₌− = = 1 0 / 2 ]) [ ( . ] [ ] [ N k N nk j k X IFFT N e k X n x π

∑

₌− = 1 0 / 2 ] [ 1 ] [ N k N nk j e k X N n

x π ; n=0,1...,N−1 (3.8)

Sinyal OFDM yang telah diaplikasikan ke dalam IFFT ini kemudian dikonversikan ke dalam bentuk serial dan kemudian sinyal ditransmisikan. Sinyal dikirim secara umum dapat ditulis dalam bentuk persamaan matematisnya sebagai berikut:

      =

∑

− = ∆ + 1 0 ) ( 2 ] [ ) ( N k t f k f j t e k X real t

S π ; 0≤t≤T_s (3.9)

3.4.2 Kanal

Kanal adalah media elektromagnetik di antara pemancar (transmitter) dan

penerima (receiver). Bentuk umum model kanal adalah kanal gaussian yang secara umum

disebut sebagai kanal Additive White Gaussian Noise (AWGN). Gambar 3.9

mengilustrasikan sebuah kanal dengan respon impuls h(t) dan noise additive [6].

h(t)

y(t)

x(t)

u(t)

Gambar 3.9 Bentuk Umum Kanal

Pada OFDM, ketika jumlah subarrier (N) besar, fungsi transfer kontinu dari

respon kanal H(f) dapat digambarkan sebagai kurva diskrit persegi empat, seperti yang

diilustrasikan pada Gambar 3.10 [6].

1

f f₂ f3 f4 fN−1 fN

f 0

H

) (f H

1 H

2

H H3

2 − N H

1 − N H

Gambar 3.10 Kanal dan Respon Kanal dari Dekomposisi Multicarrier

Masing-masing persegi empat memiliki lebar band frekuensi 1/TsHz. Semakin

besar N; lebar pita frekuensi persegi empat akan semakin kecil, secara persamaan

Yang mana Yi[k] = adalah output kompleks dari N-titik FFT dan Ui FFT Demodulasi Serial To Parallel Paralel To Serial Receiver

Sinyal OFDM Data Out

[k] adalah noise.

3.4.3 Receiver

Gambar 3.11 menunjukkan blok diagram penerima (receiver) yang terdiri dari

blok-blok serial to paralel, FFT, demodulasi, dan paralel to serial.

Gambar 3.11 Diagram Blok Receiver OFDM

Pada bagian sisi penerima dilakukan proses yang berkebalikan dengan apa yang dilakukan pada stasiun pengirim. Sinyal yang diterima dikonversikan ke dalam bentuk paralel oleh serial to paralel converter. Kemudian sinyal paralel ini dialirkan kedalam

FFT (Fast Fourier Transform) untuk mengubah sinyal dari domain waktu ke dalam

domain frekuensi [6].

{ }

_∑

− = − = 1 0 / 2 ] [ ] [ N n N nk j e n x n x FFT π (3.11)

∑∑

− = − = − = 1 0 1 0 / ) ( 2 ] [ 1 N n N m N k m n j e m X N π

∑

∑

− = − = = = 1 0 1 0 / ) ( 2 ] [ 1 N m N n N k m n j e m X N π

∑

− = − = 1 0 ] [ ] [ 1 N m k m N m X N δ

= X[m]

Disini δ[m−k] adalah fungsi delta yang didefinisikan sebagai:

   =

; 0

; 1 ] [n

δ

0 0

≠ =

n n

Sinyal yang telah dialirkan ke dalam FFT ini kemudian didemodulasikan dan

dikonversikan lagi ke dalam bentuk serial oleh paralel to serial converter dan akhirnya

kembali menjadi bentuk data informasi X~[k] [6].

3.5 Modulasi/Demodulasi QPSK

Salah satu teknik modulasi yang sering digunakan didalam teknik OFDM adalah teknik modulasi QPSK. Pada teknik modulasi ini, informasi digit biner digunakan untuk memodulasi fasa gelombang pembawa. Dengan M = 4, maka terdapat 4 simbol yang berbeda, yaitu: 00, 01, 11, dan 10 yang direpresentasikan dengan 4 gelombang pembawa dengan fasa yang berbeda satu sama lainnya.

3.5.1 Modulator QPSK

Gambar 3.12 mengilustrasikan diagram blok dari modulator QPSK. Modulator tersebut terdiri dari pengubah seri ke paralel, modulator I/Q, penjumlah sinyal, dan BPF. Dua bit diumpankan ke serial to parallel. Setelah keduanya masuk secara serial, kemudian diumpankan serempak secara paralel. Bit yang satu menuju kanal I dan yang lainnya menuju kanal Q. Pada QPSK logic 1 diwakili +1 Volt sedangkan logic 0 diwakili -1 Volt [6].

I Q Ballans Modulator Pergeseran Phase 90 Osilator referensi Ballans Modulator Kanal Q Kanal I Penjumlah BDF Data Input Biner 2 / b f 1 ± 2 / b f 1 ± t c ω cos t c ω sin t c ω sin ± t c ω cos ± QPSK output

Gambar 3.12 Diagram Blok Modulator QPSK

Keluaran modulator QPSK ini berupa penjumlahan linear dari kanal I dan kanal Q

seperti yang terlihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Keluaran Modulator QPSK

Input (bit)

Output Modulator QPSK

00 _−1cosω _t−1sinω _{t= 2sin(}ω _t−135ο₎

c c

c

01 _−1cosω _t+1sinω _{t= 2sin(}ω _t−45ο₎

c c

c

10 _{+1cosω t−1sinω t = 2sin(ω t+135}ο₎

c c

c

11 _+1cosω _t+1sinω _{t = 2sin(}ω _t+45ο₎

c c

c

Terlihat bahwa jarak anguler antara dua phasor yang berdekatan pada QPSK

adalah 900. karena itu suatu sinyal QPSK bisa mengalami pergeseran phase +450 atau

-450 selama transmisi dan tetap akan berupa informasi yang benar saat didemodulasikan

pada penerima. Sedangkan bentuk sinyal keluaran modulator QPSK ditunjukkan oleh

Q I 0 1

Q I 0 0 Q I

1 1 Q I

1 0

Waktu

derajat

+ 135 - 45 + 45 - 135 Debit

Input

QPSK

Output phase

Gambar 3.13 Sinyal Keluaran Modulator QPSK

3.5.2 Demodulator QPSK

Gambar 3.14 mengilustrasikan diagram blok demodulator QPSK yang terdiri dari

detektor, LPF, dan pengubah paralel ke seri.

Gambar 3.14 Diagram Blok Demodulator QPSK

Pada Gambar 3.14 di atas diperlihatkan sinyal masukan demodulator berupa

sinyal OFDM yang telah terdistorsi dengan kanal transmisi yang disebabkan AWGN dan

Fading Rayleigh dimasukkan ke kanal I dan Q. Sinyal pada kanal I dikalikan dengan cos

ωct, sedangkan pada kanal Q dikalikan dengan sinωct. Kemudian kedua keluaran kanal

3.6 Cyclic Prefix

Salah satu kunci keberhasilan teknologi OFDM adalah penggunaan algoritma FFT yang memiliki kompleksitas yang rendah. Untuk menjamin bahwa IFFT/FFT menciptakan sebuah kanal yang bebas ISI, maka kanal harus menyediakan konvolusi

sirkular. Dengan menambahkan cyclic prefix ke dalam sinyal yang ditransimikan maka

akan menciptakan sinyal yang berupa x[n]L, dan y[n]= x[n]*h[n]. Hal ini dapat dilihat

pada Gambar 3.15 [1].

Gambar 3.15 Cyclic Prefix pada OFDM

Secara umum, jika sebuah kanal memiliki delay spread maksimum sebesar v+1

samples, dengan menambahkan sebuah guard band dengan panjang v samples di antara simbol OFDM maka akan membuat simbol OFDM tersebut bebas antara satu dengan yang lainnya. Meskipun cyclic prefix menawarkan sesuatu yang sangat sederhana, namun terdapat kompensasi terhadap lebar pita dan daya. Karena terdapat sejumlah v simbol

yang berulang yang harus ditransmisikan, (L+v/L)B. Hal yang sama juga berlaku untuk

daya transmitter, dengan penambahan sejumlah simbol v maka cyclic prefix akan

memberikan penalti daya sebesar 10log10

v L

L +

(L+v/L) dB sebagai tambahan terhadap penalti lebar pita sebelumnya. Secara keseluruhan, penggunaan cyclic prefix menghasilkan kerugian daya dan laju data sebesar :

3.7 Orthogonal Frequency Division Multiple Access

Teknik metode akses adalah sebuah teknik yang mengizinkan pengguna untuk berbagi lebar pita yang tersedia dengan menyisihkan sedikit lebar pita dari seluruh lebar pita yang ada. OFDM bukan merupakan teknik metode akses melainkan sebuah teknik modulasi yang membuat berbagai aliran data yang bebas yang dapat digunakan oleh berbagai pengguna [1] [2].

Untuk mengatasi berbagai trafik yang berbeda pada WiMAX seperti VoIP, transfer data, video streaming, aspek dalam penerapan sistem, mobilitas dan kebutuhan akan efisiensi lebar pita yang tinggi maka pemilihan teknologi metode akses menjadi sesuatu yang penting dalam WiMAX

3.7.1 Metode akses untuk OFDM

Secara umum strategis multi-akses bertujuan untuk menciptakan sebuah kanal

komunikasi yang saling tegak lurus (orthogonal) dan bebas interferensi untuk setiap

hubungan (link). Cara yang paling umum dalam membagi sumber daya yang ada di

dalam sejumlah pengguna yang ada melalui penggunaan multiplexing frekuensi, waktu dan kode. Sebagai contoh: jika seorang pengguna membutuhkan satu lebar pita untuk mengirimkan sinyal, dan sistem menyediakan lebar pita sebesar delapan maka terdapat delapan pengguna yang dapat diakomodasi oleh ketiga teknik metode akses tersebut. Dengan pemilihan metode akses yang tepat, ortogonalitas di antara pengguna yang berada dalam satu sel yang sama dapat dipertahankan meskipun terkadang hal tersebut

3.7.2 Keuntungan OFDMA

OFDMA pada dasarnya merupakan perpaduan antara FDMA dan TDMA yang

mana pengguna secara dinamis dialokasikan ke dalam subcarrierss (FDMA) dalam

beberapa waktu yang berbeda (TDMA). Hal ini dapat dilihat dalam Gambar 3.16 [1].

Gambar 3.16 Kombinasi antara FDMA dan TDMA

OFDMA merupakan suatu teknik multi-akses yang sangat fleksibel yang dapat mengakomodasi banyak pengguna dengan keprluan aplikasi, laju data dan persyaratan kualitas pelayanan (QoS) yang beragam. karena multi-akses dilakukan dalam keadaan digital, maka sebelum operasi IFFT dilakukan, maka alokasi lebar pita yang efisien dan dinamis harus dilakukan. Hal ini sekaligus menunjukkan tingkat kerumitan dalam algoritma penjadwalan baik untuk daerah kerja frekuensi maupun waktu harus diintegrasikan ke dalam sistem dalam upaya memberikan tingkat pelayanan yang maksimal kepada pengguna [1].

Salah satu keunggulan yang signifikan dari OFDMA bila dibandingkan dengan OFDM adalah kemampuannya untuk mengatasi kendala dalam pengurangan daya

transmisi dan mengatasi permasalahan peak to average power-ratio (PAPR). Permasalahan PAPR dapat menjadi serius khususnya pada saluran uplink, karena efisiensi daya dan biaya dari penguatan daya menjadi hal yang sensitif. Dengan membagi

keseluruhan lebar pita di antara beberapa mobile station (MS) di dalam sel, maka setiap

MS hanya akan memeliki sekumpulan kecil subcarriers yang akan menyebabkan setiap

MS mentransmisikan dengan menggunakan PAPR yang relatif rendah. PAPR ini akan

meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah subcarriers. Namun daya yang

digunakan untuk mentransmisikan setiap MS tersebut akan lebih rendah bila dibandingkan dengan upaya untuk mentransmisikan data dengan menggunakan lebar pita secara keseluruhan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.17 [1].

Gambar 3.17 Perbandingan Daya OFDMA dengan OFDM

Laju data yang lebih rendah dan data bursty dapat ditangani dengan lebih efisien

pada teknik OFDMA bila dibandingkan dengan pengguna tunggal pada OFDM dengan teknik multi-akses TDMA ataupun CSMA. Hal ini disebabkan karena OFDMA mengizinkan pengirim laju data melalui sebuah periode waktu yang lebih panjang bila

dibandingkan dengan OFDM yang mengirimkan data dengan menggunakan daya yang tinggi melalui keseluruhan lebar pita [1].

3.7.3 Teknik Alokasi Subcarriers OFDMA

Salah satu kelebihan dari OFDMA adalah kemampuannya untuk bekerja dengan beragam pengguna dan modulasi adaptif. Untuk memanfaatkan keunggulan yang dimiliki oleh sistem WiMAX tersebut maka tersedia beberapa algoritma yang dapat digunakan. Ide dasar dari algoritma tersebut adalah untuk menentukan jadwal bagi pengguna, alokasi subcarriers kepada pengguna dan bagaimana untuk menetukan tingkat daya yang

bersesuaian untuk setiap pengguna pada setiap subcarriers [1].

Dengan melihat sisi downlink pada Gambar 3.18, maka estimasi jumlah pengguna

dan umpan balik informasi keadaaan kanal (channel state information/CSI) dikirimkan ke

sebuah base station pusat. Base station kemudian menentukan jumlah subcarriers dan

alokasi daya yang ditentukan menurut CSI pengguna dan prosedur yang berlaku. Ketika subcarriers setiap pengguna telah ditentukan maka basestation harus menginformasikan

setiap pengguna subcarriers mana yang dipakai oleh pengguna tersebut. Perubahan

subcarriers harus diinformasikan kepada setiap pengguna apabila pengalokasian subcarriers berubah. Teknik pengalokasian subcarriers tersebut biasanya dilakukan dengan tujuan untuk mengoptimasi permasalahan yang dihadapi [1].

Pada dasarnya ada dua permasalahan yang berusaha diatasi dengan dilakukannya teknik pengalokasian subcarriers tersebut yakni :

1. Untuk mengurangi total daya transmisi dengan kompensasi terhadap laju data pengguna. Hal ini biasanya dikenakan pada aplikasi yang menuntut laju data yang tetap seperti suara.

2. Memaksimalkan laju data pengguna dengan kompensasi terhadap daya total

pengiriman. Hal ini biasanya dilakukan terhadap aplikasi data yang bersifat bursty

seperti dara dan aplikasi yang berbasis IP.

3.8 Protokol OFDMA

Meskipun secara umum, algoritma penjadwalan pada WiMAX tidak terstandarisasi, akan tetapi ada beberapa parameter yang memerlukan penstandarisasian

seperti: subkanalisasi, mapping messages dan ranging. Berikut ini beberapa protokol

yang akan disajikan secara singkat.

3.8.1 Sub-kanalisasi (Subchannelization)

Pada WiMAX, pengguna dialokasikan ke dalam beberapa blok subcarriers

daripada ke dalam sebuah subcarriers, hal ini dimaksudkan untuk mempermudah

algoritma pengalokasian subcarriers dan menyederhanakan mapping message. Dengan

mengasumsikan bahwa seorang pengguna k mendapat alokasi sebuah blok Lsubcarriers,

maka L subcarriers ini dapat disebarkan ke dalam keseluruhan lebar pita dengan

menggunakan distributed subcarriers permutation atau dapat juga menggunakan

jangkauan frekuensi yang sama dengan menggunakan adjacent subcarriers permutation.

Keuntungan utama dari penggunaan distributed subcarriers permutation terletak pada

66

Adapun sebagai komparasi dapat dilihat pada Gambar 4.7. Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA

0 2 4 6 8 10 12 14

0 2 4 6 8 10 12

Jumlah pengguna S im b o l O F D M

Batas Delay (64-QAM) Batas Delay (256-QAM)

Gambar 4.7 Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA; 1024 subcarriers

Dari grafik dapat dilihat bahwa teknik modulasi 256-QAM menawarkan waktu

service yang lebih besar sehingga delay yang diberikan menjadi lebih kecil apabila pelanggan dalam system jumlahnya semakin bertambah.

Untuk pengalokasian subcarriers sebesar 2048 dengan teknik modulasi baik 64 – QAM maupun 256 – QAM dan parameter asumsi panjang paket rata –rata bersifat dan bit error rate sama seperti di atas, maka akan didapat hasil perhitungan batas delay sebesar:

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Batas Delay OFDMA; 1024 subcarriers

Jumlah pengguna Batas Delay (64-QAM) Batas Delay (256-QAM)

1 0.811 0.6083

2 1.4796 1.1339

3 2.1267 1.6455

4 2.762 2.1493

5 3.3894 2.6481

6 4.0109 3.143

7 4.6277 3.6349

8 5.2407 4.1243

9 5.8505 4.6116

10 6.4576 5.0972

Adapun sebagai komparasi dapat dilihat pada Gambar 4.8.

Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA

0 1 2 3 4 5 6 7

0 2 4 6 8 10 12

Jumlah Pengguna

S

im

b

o

l

O

F

D

M

Series1 Series2

Gambar 4.8 Grafik Komparasi Batas Delay OFDMA; 2048 subcarriers

Dari grafik dapat dilihat bahwa teknik modulasi 256-QAM menawarkan waktu

service yang lebih besar sehingga delay yang diberikan menjadi lebih kecil apabila pelanggan dalam system jumlahnya semakin bertambah.

68

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisa perhitungan batas delay pada teknologi WiMAX dengan menggunakan teknologi OFDM-TDMA dan OFDMA dapat diambil kesimpulan :

1. Nilai bit error rate mempengaruhi besaran nilai signal to noise ratio yang dapat mempengaruhi nilai servis rata-rata pada OFDM –TDMA maupun OFDMA. 2. OFDMA menawarkan fleksibilitas dalam penggunaan subcarrier sehingga

menawarkan nilai batas delay yang lebih rendah dalam melayani pelanggan dalam sistem.

3. Hasil perhitungan batas delay baik pada OFDM-TDMA maupun OFDMA dapat digunakan pada sistem aplikasi yang memiliki panjang paket yang bersifat tetap.

5.2 Saran

Dari kesimpulan-kesimpulan yang diperoleh, maka saran yang dapat diberikan oleh penulis adalah :

1. Analisis perhitungan batas delay pada OFDM-TDMA dengan OFDMA dapat dibahas lebih mendalam dengan menggunakan metode simulasi dengan menggunakan bahasa pemrograman yang ada.

2. Dapat dibuat analisis batas delay terhadap OFDM-TDMA maupun OFDMA yang melayani sistem aplikasi internet yang bersifat dinamis.

DAFTAR PUSTAKA

1. G. Andrews, Jeffrey, Arunaba Ghosh, Rias Muhamed, 2007. “ Fundamental of WiMAX – Understanding Broadband Wireless Networking “, Massachusetts,. 2. Ahson,Syed, Ilyas, Mohammad, 2008, “ WiMAX Technologies Performance

Analysis and QoS ” Taylor & Francis Group, New York .

3. Ahson,Syed, Ilyas, Mohammad 2008, “WiMAX Technologies Performance Analysis and QoS ” Taylor & Francis Group, New York.

4. Nuaymi, Loufti, 2007 “WiMAX Technology for Broadband Wireless Access” John Wiley & Sons, France.

5. Prasjad, Ramsee, 2004. “OFDM for Wireless Communication Systems” Artech House Inc, Boston,

6. Logeshwarab Vijayan, Krisnan, Sudaran, “Wireless Communcation System OFDM and MC-CDMA”.

7. Chang –Yu Jung, Tsun Chien – Feng , Jay Kuo, 2005, “Delay Analysis and Comparison of OFDM – TDMA and OFDMA under IEEE 802.16 QoS Framework” Los Angeles – Taiwan.

8. Chang –Yu Jung, Tsun Chien – Feng , Jay Kuo, 2004, “Performance Comparison of OFDM – TDMA and OFDMA with Cross – Layer Consideration” Los Angeles – Taiwan.

70

LAMPIRAN

% Perhitungan Delay OFDMA

%---K=input ('banyaknya pengguna dalam sistem : ');

Subs=input ('Jumlah subcarrier yang dipakai : ');

BER=input ('Nilai Bit error rate yang diizinkan:');

R=input ('Teknik modulasi (0,2,4,6,8) : ');

Lamda= input('Panjang paket rata-rata : ');

SNR = (-2/3)*(log(5*BER))*(2.^R-1); y=0

for i=1:K

y=y+1/i;

BitPerSub = log10(1+(1.5/(-log(5*BER)))*SNR*y);

end

Mean = (Subs*BitPerSub)/K; delay= (Lamda/Mean);

disp(delay);

%Perhitungan delay OFDM-TDMA

%---K=input ('banyaknya pengguna dalam sistem : ');

Subs=input ('Jumlah subcarrier yang dipakai : ');

BER=input ('Nilai Bit error rate yang diizinkan:');

R=input ('Teknik modulasi (0,2,4,6,8) : ');

Lamda= input('Panjang paket rata-rata : ');

SNR = (-2/3)*(log(5*BER))*(2.^R-1);

BitPerSub = log10(1+(1.5/(-log(5*BER)))*SNR);

for n =1:K

Mean = (Subs*BitPerSub)/n; v(n)= n-1;

x(n)= (Lamda/Mean+v(n));

end

disp(SNR);

disp(BitPerSub); disp(x);

Untuk nilai Proses IFFT dengan asumsi bit masukkan merupakan 010010, maka sesuai dengan aturan teknik modulasi multicarrier nilai tersebut dipisahkan antara 01, 00 dan 10, nilai – nilai tersebut akan dimodulasi dengan carrier yang berbeda sehingga sesuai dengan persamaan yang diberikan pada BAB III yakni persamaan 3.7 hingga persamaan 3.9. Secara umum dengan menggunakan persamaan 3.7 akan didapat hasil sebagai berikut

X (n) = 1/3*[X(0)e*0 + x(1) ej*phi + X(2) ej*4*phi]

Karena X(0) = 1, X(1) = 0 dan X(2) = 2, maka :

X (n) = 1/3*[1 e*0 + 0 ej*phi + 2 ej*4*phi]

X (n) = 1/3*(1+2*ej*4*phi)

Hasil X (n) yang didapat di atas kemudian dimasukkan ke dalam persamaan 3.9 untuk diambil bagian sisi realnya saja maka :

Y = real (X(n))

Y = real (1/3*(1+2 ej*4*phi))

Y = real (1+0.0042j) Y = 1

Maka secara umum spektrum sinyal dalam domain waktu yang didapat memiliki amplitudo sebesar 1 (sinyal dalam bentuk diskrit)