23
BAB III MODEL SISTEM OFDM PADA WiMAX
3.1 Model Sistem
Model sistem OFDM pada WiMAX yang akan disimulasikan menggunakan program Matlab. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk menghitung
kinerja BER level dengan modulasi QPSK dan 16QAM yang diterapkan dalam sistem OFDM pada WiMAX pada kanal AGWN.
Untuk kemudahan dalam simulasi, maka beberapa asumsi akan dilakukan yaitu sebagai berikut:
1. Sinkroniasi antara stasiun pemancar dan stasiun penerima merupakan
sinkronisasi sempurna. 2.
Pengaruh Power Average Peak Ratio PAPR tidak diperhitungkan dalam simulasi.
3. Konversi Digital to Analog DA dan Analog to Digital AD serta filter
lowpass tidak digunakan dalam simulasi. 4.
Model guard interval yang digunakan adalah cyclic prefix dengan durasi 132, 116, 18, 14.
Model sistem OFDM pada WiMAX yang digunakan untuk simulasi terdiri dari 3 blok[4].
24
3.2 Stasiun Pemancar OFDM pada WiMAX
Blok stasiun pemancar sistem OFDM pada WiMAX dalam simulasi terdiri dari pembangkitan bit informasi, blok modulasi, blok serial to parallel SP, pilot
insertion, IDFT dan Guard inteval seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.1[4].
Modulasi SerialParalel
IDFT Penyisipan
Cyclic Prefix Bit-bit
informasi
Transmitter OFDM
Penyisipan Pilot
Gambar 3.1 Diagram Blok Stasiun Pemancar OFDM
Sinyal yang dibangkitkan oleh stasiun pemancar adalah sinyal OFDM pita dasar baseband. Penjelasan setiap blok pada bagian stasiun pemancar diberikan
di bawah ini.
3.2.1 Pembangkitan Bit Informasi
Bit-bit informasi yang dibangkitkan adalah bit random atau acak yang terdistribusi uniform dengan nilai antara 0 dan 1. Level threshold yang digunakan
adalah titik 0.5, jadi jika nilai acak yang dibangkitkan lebih kecil dari 0.5 maka nilai akan dikirimkan dengan bit 0 sedangkan jika bit acak yang dibangkitkan
lebih besar atau sama dengan 0.5 maka akan dikirimkan dengan bit 1. Untuk lebih jelas pembangkitan dan pengacakan bit informasi dapat dilihat pada Lampiran A.
3.2.2 Modulasi Sinyal
Input data informasi yang dikirimkan pertama kali dimodulasikan oleh blok modulasi. Sinyal informasi tersebut akan dikodekan dan dipetakan mapping
menurut skema modulasi yang digunakan oleh sistem OFDM pada WiMAX.
25
Pada fungsi lapisan fisik OFDM pada WiMAX standard IEEE 802.16, ada 3 tipe modulasi dan demodulasi sinyal digital yang digunakan yaitu QPSK,
16QAM dan 64QAM. Pada tugas akhir ini hanya menggunakan QPSK dan 16QAM.
QPSK merupakan modulasi yang memetakan 2 bit menjadi 1 simbol data. Gambar 3.2[6] adalah konstelasi sinyal modulasi QPSK. Setiap simbol diwakili
oleh 2 bit data informasi.
I Q
1 1
-1 1
-1 1
Gambar 3.2 Konstelasi Sinyal QPSK
16QAM adalah modulasi sinyal digital dengan penggunaan spektrum frekuensi cukup tinggi dan tingkat keandalan yang lebih baik. Gambar 3.3[6]
adalah konstelasi sinyal modulasi 16QAM. Satu simbol sinyal dipetakan dengan 4 bit data informasi.
3
-1 1
-3 -1
-3 1
3 00
11 11
10 10
01 01
00 Q
I
Gambar 3.3 Konstelasi Sinyal 16QAM
26
3.2.3 Konversi Serial ke Paralel
Blok serial to parallel converter berfungsi untuk merubah aliran data yang terdiri dari 1 baris dan beberapa kolom menjadi beberapa baris dan beberapa
kolom. Hasil dari blok serial to parallel converter ini adalah matriks bit-bit informasi dengan jumlah baris menyatakan banyaknya subcarrier yang
digunakan. Pada tugas akhir ini blok serial to parallel membagi sinyal yang masih dalam satu jalur frekuensi menjadi 192 jalur frekuensi yang berbeda dengan
kecepatan keluaran yang lebih rendah pada setiap jalur frekuensinya. Jumlah kolom menyatakan hasil perkalian jumlah simbol per subcarrier dan jumlah bit
per simbol. Gambar 3.4 menunjukan ilustrasi serial to parallel converter.
Gambar 3.4 Ilustrasi Serial to Parallel Converter
Dalam simulasi Matlab, bit-bit serial tersebut akan di reshape oleh fungsi
reshape dalam Matlab, sehingga deretan bit serial akan dikirimkan secara parallel masuk ke dalam stasiun pemancar OFDM. Gambar 3.5 menunjukkan input data
serial di-reshape menjadi data parallel sesuai dengan jumlah subcarrier yang diinginkan.
Gambar 3.5 Blok Fungsi Reshape untuk Mengkonversi Sinyal Data Serial ke Data Paralel
27
3.2.4 Penyisipan Simbol Pilot
Pada standar IEEE 802.16, sinyal pilot yang diperlukan pada teknik estimasi kanal. Sinyal pilot yang disisipkan merupakan sinyal tone yang memiliki
konstelasi seperti QPSK dan 16QAM. Posisi sinyal pilot sudah diketahui oleh penerima. Penyisipan tersebut masih dilakukan dalam domain frekuensi. Pada
tugas akhir ini sinyal pilot yang dibangkitkan dalam sitem OFDM pada WiMAX sebanyak delapan buah sinyal pilot.
3.2.5 Penambah Sinyal Nol
Penambah sinyal nol berguna agar menjaga inputan blok IDFT tetap berjumlah 256 jalur frekuensi. Dikarenakan keluaran blok penyisipan sinyal pilot
hanya berjumlah 200 jalur frekuensi. Maka harus ditambah 56 jalur frekuensi nol add zero pad. Pada tugas akhir ini jumlah frekuensi nol dalam sistem OFDM
pada WiMAX sebanyak 56 buah frekuensi nol.
3.2.6 Blok IDFT
Blok IDFT pada sistem OFDM pada WiMAX berfungsi untuk membangkitkan frekuensi carrier agar satu sama lainnya saling orthogonal. Blok
IDFT juga digunakan untuk membentuk sinyal OFDM dari domain frekuensi menjadi bentuk sinyal dalam domain waktu. Jumlah titik IDFT yang digunakan
dalam sistem OFDM pada WiMAX sebanyak 256 titik IDFT. Keluaran dari setiap proses transformasi 256 titik IDFT akan membentuk sebuah simbol OFDM.
3.2.7 Penyisipan Cyclic Prefix
Guard Interval yang digunakan dalam simulasi adalah CP. CP merupakan salinan bagian akhir simbol OFDM dan menempatkannya pada bagian awal
28
simbol tersebut untuk mencegah terjadinya ISI. Dalam simulasi CP diset mulai dari 14, 116, 132, 164 dari panjang simbol OFDM.
3.3 Model Kanal
Model kanal kemudian diterapkan pada sinyal yang ditransmisikan. Model kanal yang digunakan sebagai kanal transmisi pada simulasi ini adalah AWGN.
Gambar 3.6[6] merupakan model kanal pada Tugas Akhir ini.
Kanal
AWGN
+
MODEL KANAL
Gambar 3.6 Model Kanal Transmisi Sistem OFDM
3.4 Stasiun Penerima OFDM pada WiMAX
Setelah mengalami efek dari kanal transmisi, sinyal OFDM kemudian diterima oleh stasiun penerima dan sinyal tersebut akan melalui blok-blok
penerima hingga kembali menjadi bit-bit informasi data. Blok-blok pada penerima adalah: blok pengeluaran guard interval, blok DFT, pengeluaran simbol pilot,
estimasi kanal, demodulator kemudian blok SP seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.7[4].
29
ParalelSerial Estimasi
Kanal DFT
Pengeluaran Guard Interval
Data Output
Receiver OFDM
Demodulasi
Gambar 3.7 Blok Stasiun Penerima OFDM
3.4.1 Pengeluaran Cyclic Prefix
Pengeluaran guard interval berfungsi untuk memisahkan sinyal sebenarnya dengan ekstensi cyclic yang kemungkinan telah terkena efek
intersymbol interference akibat pengaruh multipath. Hal ini dilakukan karena sinyal yang harus diterima oleh stasiun penerima adalah sinyal asli yang
dikirimkan yaitu simbol tanpa CP. Proses yang terjadi adalah mencuplik 256 frame terakhir, yaitu dengan mengambil frame 65 sampai 320 untuk panjang
cyclic prefix yang digunakan adalah 14.
3.4.2 Blok DFT
Blok DFT berfungsi untuk membentuk kembali sinyal dari domain waktu menjadi sinyal dalam domain frekuensi. Titik DFT diset sama seperti titik IDFT
yaitu 256 titik. Setelah terjadi proses DFT, maka data akan berisi informasi, simbol pilot dan zeropadding. Keluaran dari blok DFT tidak lagi berupa sinyal
OFDM, tetapi merupakan sinyal frekuensi subcarrier yang tidak lagi tegak lurus.
3.4.3 Pembuang Sinyal Nol
Pembuang sinyal nol berfungsi untuk menghilangkan subcarrier nol dalam domain frekuensi, karena subcarier nol tidak mengandung frekuensi. Karena
penambahan subcarrier nol dalam domain frekuensi ini dimaksudkan agar total
30
jumlah subcarrier sama dengan jumlah titik IDFT yang digunakan pada sisi pengirim.
3.4.4 Estimasi Kanal
Proses yang terjadi pada blok estimasi kanal adalah dengan melakukan pembagian sinyal pilot yang diterima dengan sinyal pilot referensi pada bagian
penerima. Proses selanjutnya adalah dengan memisahkan bagian in-phasa dan quadrature hasil pembagian tersebut kemudian dilakukan proses interpolasi kedua
bagian tersebut agar didapatkan respon kanal bagian in-phasa dan quadrature sinyal data.
Teknik interpolasi yang digunakan adalah metode spline yang banyak digunakan pada prediksi statistik. Keluaran interpolasi bagian in-phasa dan
quadrature akan digabungkan. Hasil penggabungan tersebut akan dikalikan kembali dengan sinyal data dan sinyal pilot. Proses perkalian tersebut akan
memperoleh sinyal data dan sinyal pilot yang sebenarnya. Setelah proses perkalian tersebut, sinyal pilot yang terdapat pada sinyal data akan dibuang.
3.4.5 Pembuangan Simbol Pilot
Pembuang sinyal pilot berfungsi untuk memisahkan sinyal pilot dari sinyal data. Sinyal pilot yang berjumlah delapan sinyal pilot dipisahkan dari sinyal data,
kemudian di buang.
3.4.6 Konversi Paralel ke Serial
Parallel to serial converter berfungsi untuk mengubah sinyal data keluaran yang telah dipisahkan dari sinyal pilot dan masih berupa jalur parallel
menjadi satu jalur bentuk seri dalam domain frekuensi.
31
3.4.7 Demodulasi Sinyal
Demodulasi sinyal berfungsi untuk mengembalikan data bit yang dikirim berdasarkan konstelasi modulasi yang digunakan. Modulasi digital yang
digunakan pada tugas ahkir ini ada dua jenis yaitu QPSK dan 16QAM.
3.5 Perhitungan BER
BER dihitung dengan menggunakan metode Monte Carlo, yaitu dengan membandingkan antara deretan bit pada pengirim dengan deretan bit yang
dideteksi pada sisi penerima, kemudian jumlah bit yang salah dibagi dengan jumlah bit yang dibangkitkan. Metode simulasi Monte Carlo merupakan metode
simulasi estimasi BER yang relative sederhana, tetapi memerlukan waktu running yang relatif lama. Kinerja dari hasil simulasi akan dibahas pada bab berikutnya
dengan membandingkan nilai BER terhadap E
b
N antara teori dan hasil simulasi.
Diagram alir flowchart dari keseluruhan model sistem dapat dilihat pada Lampiran B.
32
BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISIS
4.1 Parameter OFDM pada WiMAX
Pada Tugas Akhir ini akan membahas pengaruh panjang CP yang digunakan sistem OFDM pada WiMAX yang dipengaruhi oleh noise AWGN dan
modulasi yang digunakan adalah QPSK dan 16QAM untuk menganalisa BER yang merupakan salah satu parameter kinerja sistem. Simulasi sistem OFDM pada
WiMAX ini menggunakan program Matlab R2006a. Program simulasi dapat dilihat pada Lampiran C.
Kinerja OFDM pada WiMAX ditentukan oleh BER sebagai parameter sistem. Parameter-parameter utama yang digunakan dalam simulasi ini
ditunjukkan pada Tabel 4.1[6].
Tabel 4.1 Data Parameter Simulasi No
Parameter Harga
1
B Bandwidth 2.5 Mhz
2 Subcarrier data
192 bit
3
Subcarrier pilot 8 bit
4
Subcarrier nol 56 bit
5
Nfft Panjang FFT 256 bit
Kategori