BAB III PEMODELAN SISTEM OFCDM
3.1 Umum
Cara yang paling efektif untuk menganalisa suatu sistem adalah dengan memodelkan dan mensimulasikan sistem tersebut. Pemodelan merupakan
penggambaran dari sistem yang sebenarnya sedangkan simulasi merupakan proses penyelesaian permasalahan dari sistem yang dapat divisualisasikan sehingga mudah
dianalisis. Pada skripsi ini analisa kinerja sistem OFCDM dimodelkan seperti yang
terlihat pada Gambar 3.1.
Data Output
D
Gambar 3.1 Model Sistem OFCDM
Simulasi ini dibuat pada PC Intel Centrino Duo 1,73 GHz dengan 0,99 GB RAM, dan menggunakan bahasa pemrograman MATLAB 7.1 for Windows.
Random Data
Generator Serial
To Parallel
Modulator 2D
Spreader
IFFT
Guard Interval
Insertion
Channel
Parallel To
Serial Demodulator
2D Despreader
FFT
Guard Interval
Removal
Universitas Sumatera Utara
3.2 Struktur Simulasi
Gambar 3.2 mengilustrasikan struktur simulasi dari model sistem OFCDM.
Gambar 3.2 Struktur Simulasi
Struktur simulasi ini dimulai dari pembangkitan data masukan oleh random data generator, pembentukan simbol OFCDM pada transmitter, penambahan faktor
pengganggu kinerja sistem yaitu AWGN dan Fading Rayleigh, pembentukan kembali sinyal asalnya oleh receiver, dan menghitung besarnya Bit Error Rate
BER.
3.3 Parameter Masukan Simulasi
Simulasi kinerja OFCDM ini memiliki beberapa parameter masukan, yaitu: a.
Jumlah kanal paralel b.
Ukuran FFTIFFT c.
Jumlah carrier d.
Jumlah simbol OFCDM untuk satu loop e.
Level modulasi: QPSK f.
Symbol rate g.
Bit rate per carrier h.
Ukuran guard interval i.
Ukuran spreading factor SF j.
Besar E
b
N
Data Masukan
Proses Analisis
Data Keluaran
Universitas Sumatera Utara
Selain parameter masukan di atas, terdapat beberapa asumsi-asumsi yang digunakan pada proses simulasi, antara lain:
1. Sinkronisasi diantara transmitter dan receiver diasumsikan sempurna, dan
2. Tidak melibatkan frekuensi carrier RF carrier di dalam pentransmisian sinyal
OFCDM.
3.4 Proses Simulasi
Proses simulasi terdiri dari bagian transmitter, kanal, receiver serta perhitungan BER.
3.4.1 Transmitter OFCDM
Pada sistem transmitter OFCDM terdapat beberapa proses, diantaranya pembangkitan data masukan, serial to parallel, modulasi, spreading 2D, Inverse Fast
Fourier Transform IFFT, dan penyisipan guard interval.
3.4.1.1 Pembangkitan Data Masukan
Proses simulasi ini dimulai dengan pembangkitan sejumlah bit-bit masukan secara acak oleh random data generator yang terdistribusi Uniform, hal ini
dikarenakan probabilitas kemunculan bit “0” dan bit “1” yang dihasilkan adalah sama.
Keluaran random data generator memiliki level daya keluaran yang membedakan kedua jenis bit keluaran. Pada simulasi ini level threshold yang
digunakan adalah titik 0.5, jadi jika nilai acak yang dibangkitkan lebih kecil dari 0.5
Universitas Sumatera Utara
maka nilai akan dikirimkan dengan bit 0. Sedangkan jika bit acak yang dibangkitkan lebih besar atau sama dengan 0.5 maka nilai akan dikirimkan dengan bit 1.
Proses pembangkitan sinyal masukan pada simulasi ini dapat dijelaskan
dengan contoh berikut, misalkan terdapat data yang dibangkitkan yang terdiri dari 1- 10 vektor, elemen di dalam data tersebut terdiri dari bit 0 atau bit 1. Vektor ini
dinamakan txdata, maka command yang digunakan pada software MATLAB adalah:
txdata = rand1,10 0.5 txdata =
1 1
1 1
1
Jumlah data yang dikirimkan juga dapat dihitung dengan mengetahui ukuran vektor length dari txdata. Jumlah data yang ditransmisikan dinamakan
dengan nod, dapat direpresentasikan sebagai berikut:
nod = lengthtxdata nod =
10
3.4.1.2 Serial to Parallel
Masukan dari Serial to Parallel Converter adalah sederetan bit-bit yang akan ditransmisikan. Pengiriman data dilakukan setiap N simbol, di mana N
merupakan jumlah subcarrier. Misalnya subcarrier yang digunakan adalah 2 dan 4 N
= 2 dan 4, maka dimisalkan N simbol pertama adalah x[1],x[2],…,x[N], maka pada proses SP
Universitas Sumatera Utara
converter ini simbol x[1] dikirimkan melalui subcarrier pertama, x[2] dikirimkan melalui subcarrier ke-2 dan seterusnya hingga x[N] dikirimkan melalui subcarrier
ke-N. Proses serial to parallel ditunjukkan pada Gambar 3.3[3].
C
0,1
C
0,2
... C
0,N
C
1,1
C
1,2
... C
1,N
... C
n,N
C
,1
C
1 ,1
... C
n ,1
C
,2
C
1 ,2
C
n ,2
... ...
... C
,N
C
1 ,N
C
n, N
Gambar 3.3 Proses Serial to Parallel
3.4.1.3 Modulasi
Setelah data diperoleh dalam bentuk paralel, data tersebut dipetakan mapped kedalam teknik modulasi yang digunakan. Teknik modulasi ini memetakan
mapping data ke dalam konstelasi real in-phase dan konstelasi imaginary quadrature, yang lebih dikenal sebagai konstelasi IQ. Teknik modulasi ini bisa
berupa BPSK, QPSK, QAM atau yang lainnya. Pada pemodelan OFCDM ini digunakan teknik modulasi QPSK.
Gambar 3.4 ditunjukkan konstelasi sinyal modulasi QPSK. Setiap simbol diwakili oleh 2 bit data informasi[7].
Universitas Sumatera Utara
I Q
1 1
-1 1
-1 1
Gambar 3.4 Konstelasi Sinyal QPSK
3.4.1.4 Spreading 2D
Sinyal yang telah dimodulasi kemudian dikonversikan lagi ke bentuk paralel sekuensial NS
f
dengan menggunakan 2D spreader. Pada pemodelan ini, ukuran spreading factor SF yang digunakan adalah 8. Namun untuk melihat
pengaruh variable spreading factor VSF terhadap kinerja OFCDM, ukuran spreading factor yang digunakan bervariasi, yaitu: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256,
512, dan 1024. Diagram pohon kode VSF yang dihasilkan diilustrasikan pada Gambar
3.5[8].
Gambar 3.5 Diagram Pohon Kode VSF
Universitas Sumatera Utara
3.4.1.5 Inverse Fast Fourier Transform IFFT
Inverse Fast Fourier Transform IFFT digunakan untuk mengubah sinyal kedalam domain waktu sebelum ditransmisikan. Penggunaan IFFT memberikan
komputasi per unit waktu yang sangat efisien. Penggunaan IFFT akan menjamin orthogonalitas antar subcarrier. Output dari setiap proses transformasi x-titik IFFT
akan membentuk sebuah simbol OFCDM.
3.4.1.6 Penyisipan Guard Interval
Pentransmisian guard interval diikuti dengan simbol OFCDM. Guard interval terdiri dari kopi dari akhir simbol OFCDM, hal ini bertujuan agar receiver
nantinya dapat mengintegrasi masing-masing multipath melalui angka integer dari siklus sinusoid ketika proses demodulasi OFCDM dengan FFT. Efek dari penyisipan
guard interval ditunjukkan pada Gambar 3.6[5].
Gambar 3.6 Efek Penyisipan Guard Interval
Universitas Sumatera Utara
3.4.2 Kanal
Simbol-simbol OFCDM ini kemudian ditransmisikan kedalam suatu kanal yang dipengaruhi oleh AWGN dan Fading Rayleigh yang merupakan karakteristik
kanal sistem komunikasi wireless. Sinyal yang telah mengalami gangguan AWGN dan Fading Rayleigh inilah yang berusaha dideteksi oleh receiver OFCDM.
3.4.2.1 Kanal AWGN Model matematika sinyal masukan pada penerima yang diasumsikan
mengalami kerusakan karena adanya Additive White Gaussian Noise ditunjukkan pada Persamaan 3.1.
3.1
Dimana : r t = sinyal yang diterima st = sinyal yang dikirim
nt = noise white gaussian Noise Untuk mensimulasikannya di dalam MATLAB, biasanya digunakan fungsi built-in;
randn, yang membangkitkan bilangan acak dan matriks yang elemen-elemennya terdistribusi secara normal dengan mean = 0 dan variansi = 1.
Oleh karena itu, jika noise AWGN ditambahkan kepada sinyal modulasi digital pada vektor data kanal I dan kanal Q idata,qdata secara berturut-turut, maka
keluaran data dari kanal I dan kanal Q iout,qout dapat ditunjukkan pada persamaan 3.2.
3.2
t n
t s
t r
+ =
t rand
t qdata
t qout
t rand
t idata
t iout
+ =
+ =
Universitas Sumatera Utara
Dalam simulasi, perhitungan performansi BER terkadang dilakukan dengan daya noise yang berbeda-beda, sehingga daya noise dapat digunakan sebagai variabel,
npow. Variabel idata dan qdata merupakan tegangan, bukan daya. Sehingga notasi npow harus diubah dari daya menjadi tegangan. Variabel attn ditentukan sebagai akar
dari npow pada persamaan 3.3.
3.3
Oleh karena itu, output data setelah mengalami kontaminasi dari noise dengan daya npow dapat dituliskan seperti pada Persamaan 3.4.
3.4
3.4.2.2 Kanal Fading Rayleigh Pada simulasi kanal Fading Rayleigh, variabel masukan yang digunakan
adalah sebagai berikut: a. idata
: Masukan data I
ch
b. qdata : Masukan data Q
ch
c. itau : Waktu yang tertunda
d. dlvl : Daya sinyal pada gelombang yang tertunda
e. tstp : Resolusi waktu
f. nsamp : Waktu simulasi pada satu simulasi
g. itn : Counter waktu
npow attn
2 1
=
t randn
attn t
qdata t
qout t
randn attn
t idata
t iout
× +
= ×
+ =
Universitas Sumatera Utara
Pada simulasi ini, Fading Rayleigh ditambahkan pada sinyal yang tertunda. Sinyal keluaran diperoleh dari multipath Fading Rayleigh yang ditentukan. Proses ini
ditunjukkan pada Gambar 3.7[4].
Gambar 3.7 Diagram Alir Untuk Menentukan Kanal Fading Rayleigh
3.4.3 Receiver OFCDM
Proses penerimaan sinyal OFCDM pada sisi receiver diilustrasikan pada Gambar 3.8.
AWGN
Sinyal Data
OFCDM Keluaran
Gambar 3.8 Diagram Blok Fading Rayleigh, AWGN dan Receiver OFCDM
Fading Rayleigh
+
Receiver OFCDM
Universitas Sumatera Utara
Setelah mengalami efek dari kanal transmisi, sinyal OFCDM kemudian diterima oleh stasiun penerima untuk diproses kembali hingga menjadi bit-bit
informasi data. Beberapa proses yang terdapat pada receiver OFCDM, diantaranya pengeluaran guard interval, Fast Fourier Transform FFT, despreading 2D,
demodulator, dan parallel to serial.
3.4.3.1 Pengeluaran Guard Interval
Pengeluaran guard interval berguna untuk memisahkan sinyal sebenarnya dengan guard interval 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 guard
interval. Proses yang terjadi pada model adalah pencuplikan x-baris waktu terakhir pada setiap matrik sinyal domain waktu sesuai panjang FFT. .
3.4.3.2 Fast Fourier Transform FFT
FFT berfungsi untuk mengubah sinyal domain waktu ke domain frekuensi. Keluaran dari FFT tidak lagi berupa sinyal OFCDM, tetapi merupakan sinyal
frekuensi subcarrier yang tidak lagi tegak lurus.
3.4.3.3 Despreading 2D
Proses despreading 2D dilakukan untuk mendapatkan kembali simbol data dari hasil proses spreading yang dilakukan pada transmitter. Proses despreading ini
meliputi domain waktu dan domain frekuensi.
Universitas Sumatera Utara
3.4.3.4 Demodulasi
Proses ini dilakukan untuk memetakan kembali simbol ke dalam bit-bit informasi yang dimodulasi di pemancar. Simbol dipetakan kembali ke dalam bentuk
bit–bit dengan melakukan pendeteksian magnitudo dari simbol-simbol tersebut.
3.4.3.5 Parallel to Serial
Parallel to serial converter berfungsi untuk mengubah data hasil demodulasi yang masih berupa jalur paralel dalam domain frekuensi menjadi satu
jalur seri dalam domain frekuensi. Gambar 3.9 mengilustrasikan proses parallel to serial, tampak bahwa data
yang sebelumnya terbagi dalam N buah subcarrier, akan diatur kembali menjadi deretan data serial[3].
x[1] x[N+1]
. . . . . x[M-N+1]
x[2] x[N+2]
. . . . . x[M-N+2]
x[3] x[N+3]
. . . . . x[M-N+3]
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
x[N] x[2N]
. . . . . x[M]
x[M-1] x[2]
x[3] . . . . .
x[M-1] x[M]
Gambar 3.9 Proses Parallel to Serial
Universitas Sumatera Utara
3.4.4 Perhitungan BER BER dihitung dengan menggunakan metode Monte Carlo yang merupakan
metode simulasi estimasi BER yang relatif sederhana, 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. Proses ini pada software MATLAB dapat direpresentasikan sebagai
berikut, jika data yang dibangkitkan adalah:
txdata = 1
1 1
1 1
dan jumlah data yang ditransmisikan:
nod = 10
Jika kesalahan terjadi dalam kanal komunikasi dan txdata 1,7 berubah dari bit 0 menjadi bit 1, dan juga txdata 1,9 berubah dari bit 1 menjadi bit 0, maka data yang
diterima menjadi rxdata sebagai berikut:
rxdata = txdata; rxdata1,7 = 1
rxdata1,9 = 0 rxdata =
1 1
1 1
1
Untuk menghitung jumlah kesalahan, dilakukan proses pengurangan data yang dikirim dengan data yang diterima. Jika tidak ada kesalahan yang terjadi, maka
panjang nod dibuat sebagai vektor nol. Namun sebaliknya, jika terjadi kesalahan
Universitas Sumatera Utara
maka panjang nod akan dibuat sebagai vektor bukan nol nonzero yang bernilai -1 atau 1 pada posisi error. Pengurangan vektor dinyatakan sebagai subdata sebagai
berikut:
subdata = rxdata-txdata subdata =
1 -1
Jika elemen pada txdata berubah dari bit 0 menjadi bit 1, maka elemen vektor subdata pada posisi tersebut menjadi 1. Sebaliknya jika elemen pada txdata
berubah dari bit 1 menjadi bit 0, maka elemen vektor subdata pada posisi tersebut menjadi -1. Dengan mengambil nilai mutlak dari elemen-elemen subdata, dapat
dibuat vektor yang dinyatakan dengan 1 pada tiap elemen yang mengalami error.
abssubdata ans =
1 1
Kemudian dengan menjumlahkan semua elemen pada vektor abssubdata, jumlah kesalahan yang terjadi noe = number of errors dapat dihitung. Untuk
penjumlahan elemen, command yang dapat digunakan pada MATLAB adalah sebagai berikut:
noe = sumabssubdata noe =
2
Universitas Sumatera Utara
Dengan demikian, laju kesalahan bit BER dapat dihitung dengan membagi jumlah bit yang salah noe dengan jumlah bit yang dibangkitkan nod
seperti berikut:
ber = noenod ber =
0.2000
3.5 Prinsip Kerja Sistem
Prinsip kerja dari sistem yang disimulasikan adalah sebagai berikut : 1.
Transmitter membangkitkan data bilangan acak yang terdistribui Uniform. 2.
Transmitter selanjutnya mengkonversikan data yang dibangkitkan dari bentuk serial ke paralel.
3. Transmitter kemudian melakukan proses modulasi QPSK dengan konstelasi IQ.
4. Proses spreading 2D selanjutnya dilakukan terhadap domain waktu dan domain
frekuensi. 5.
Transmitter kemudian melakukan proses transformasi x-titik melalui IFFT yang menghasilkan simbol OFCDM.
6. Transmitter selanjutnya juga melakukan penyisipan guard interval secara
periodik pada setiap simbol OFCDM. 7.
Kemudian pada kanal transmisi, dilakukan penambahan gangguan, yaitu berupa variabel atenuasi dari AWGN dan variabel fading dari Fading Rayleigh. Untuk
menganalisis kinerja CI terhadap BER pada sistem OFCDM, pada kanal juga ditambahkan variabel interwave dari CI.
Universitas Sumatera Utara
8. Selanjutnya pada receiver dilakukan proses pengeluaran guard interval dengan
mencuplik x-baris waktu terakhir pada setiap matrik sinyal domain waktu sesuai panjang FFT.
9. Receiver kemudian melakukan proses FFT.
10. Despreading 2D kemudian dilakukan untuk mendapatkan kembali simbol data
dari hasil proses spreading yang dilakukan pada transmitter. 11.
Receiver selanjutnya melakukan proses demodulasi dengan pendeteksian magnitudo dari simbol-simbol OFCDM.
12. Receiver akhirnya mengkonversikan data yang diterima dari bentuk paralel ke
serial untuk mendapatkan data asli yang dikirimkan oleh transmitter. Agar lebih jelas, algoritma simulasi dalam bentuk flowchart dapat dilihat di
Lampiran 1.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV SIMULASI DAN ANALISIS KINERJA OFCDM PADA SISTEM
KOMUNIKASI WIRELESS
4.1 Umum
Pada Bab 4 ini akan ditampilkan hasil simulasi OFCDM dan analisa kinerja sistem BER yang dipengaruhi oleh AWGN, Fading Rayleigh, ukuran Variable
Spreading Factor VSF, jumlah carrier, bit rate, dan CI. Adapun parameter-parameter masukan yang digunakan pada simulasi
ditunjukkan pada Tabel 4.1[4].
Tabel 4.1 Parameter Simulasi Jumlah kanal paralel
128 Ukuran FFTIFFT
128 Jumlah carrier
128 Jumlah simbol OFCDM untuk satu loop
6 Level modulasi: QPSK
2 Symbol rate
250000 bps Bit rate per carrier
500000 bps Ukuran guard interval
32 Ukuran spreading factor SF
8 Besar E
b
N 10 sd 50 dB
4.2 Kinerja OFCDM Pada Kanal Yang Dipengaruhi AWGN
Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja sistem OFCDM pada kanal yang dipengaruhi AWGN. Pada simulasi ini juga dilakukan perbandingan
Universitas Sumatera Utara
Kategori