51
BAB IV PAPR pada Discrete Fourier Transform Spread-Orthogonal
Division Multiplexing
Bab empat ini membahas tentang PAPR Peak to Average Power Ratio yang merupakan salah satu penyebab digunakannya DFTS-OFDM pada proses uplink jaringan
Generasi Keempat.
4.1 PAPR pada DFTS-OFDM
Pada Bab II telah dijelaskan secara umum mengenai OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
dimana salah satu kendala dalam sistem OFDM adalah nilai PAPR Peak to Average Power Ratio-nya yang tinggi. PAPR adalah perbandingan
antara daya puncak sinyal dengan daya rata-ratanya. PAPR sinyal hasil dari mapping PSK base band adalah
sebesar 0 dB karena semua simbol mempunyai daya yang sama. Tetapi setelah dilakukan proses IDFTIFFT, seperti ditunjukkan
pada Gambar 4.1, hasil superposisi dari dua atau lebih subcarrier dapat menghasilkan variasi
daya dengan nilai puncak yang besar. Hal ini disebabkan oleh modulasi masing- masing subcarrier dengan frekuensi yang berbeda sehingga apabila beberapa
subcarrier mempunyai fasa yang koheren, akan muncul amplituda dengan level yang
jauh lebih besar dari daya sinyalnya.
Nilai PAPR yang range
yang lebar untuk m maka akan terjadi distors
ortogonal dan pada akhi merupakan salah satu kom
batas tertentu. Idealnya, dengan gain factor. Pada
sebelum daerah saturasi da Gambar 4.1 PAPR pada OFDM
besar pada OFDM membutuhkan amplifie mengakomodasi amplitudo sinyal. Jika hal
orsi nonlinear yang menyebabkan subcarrier khirnya menurunkan performansi OFDM. Pow
komponen yang tidak linear jika amplitude ma output dari PA sama dengan input yang di
ada kenyataannya, PA memiliki daerah line dari level output maksimum.
Gambar 4.2 Power Amplifier 52
ifier dengan dynamic ini tidak terpenuhi
menjadi tidak lagi ower Amplifier
PA masukan melampaui
diberikan dikalikan linear yang terbatas
Dari Gambar 4.2, PA dikatakan ideal jika berada pada daerah linear. PA kemudian mengalami saturasi seiring dengan bertambahnya daya masukan . Untuk sinyal dengan
nilai PAPR yang besar, titik operasi harus bergeser ke kiri ke daerah linear untuk mempertahankan penguatan yang linear. Pergeseran ini menyebabkan daya masukan
rata-rata berkurang dan konsekuensinya PA akan membutuhkan Input Power Back Off IBO untuk menjaga daya puncak dari sinyal lebih kecil atau sama dengan input
saturasi. Sementara itu, nilai IBO paling tidak harus lebih kecil atau sama dengan nilai PAPR sinyalnya. PA yang tidak linear menyebabkan distorsi yang sifatnya nonlinear
sehingga akan muncul intermodulasi, yaitu frekuensi baru pada sinyal yang ditransmisikan.
Intermodulasi dapat
menyebabkan terjadinya
interferensi diantara subcarrier dan pelebaran spektral dari sinyal keseluruhan. Gejala intermodulasi
ditandai dengan munculnya Inter Carrier Interference ICI dan Adjacent Channel Interference
ACI. Hal ini dapat dikurangi dengan menaikkan IBO dari PA. Tapi solusi ini tidak memuaskan, karena menaikkan IBO selain dapat mengurangi daya kirim rata-
rata PA, juga akan mengurangi efisiensi PA.
Gambar 4.3 Sinyal Input OFDM
Secara matematis, PAPR suatu sinyal St dideskripsikan sebagai berikut
[10]
: max |
| |
|
| | | |
...4.1
+ | |
,- .
Sebagai permisalan sinyal hasil dari mapping PSK base band dinyatakan sebagai :
1 1
2
345
…4.2 maka nilai daya peak-nya sebesar :
max
1
.
1
…4.3 max 6
1
2
7 81
.
1
2
97 81
:
1
dan nilai daya rata-ratanya :
1
…4.4
1
.
1 ;
1
2
345
.
1
2
=345
1 A
1 1
sehingga nilai PAPRnya sebesar :
BBCDE 1
1
1 0 G
Sinyal OFDM hasil keluaran dari IDFT yang secara matematis dinyatakan sebagai:
1
H
1
2
7 81 I9;
1J
Untuk penyederhanaan, diasumsikan satu nilai
1
untuk semua subcarrier. Sehingga nilai peak sinyal :
max
1
.
1
max KH
1
2
7 81
.
I9; 1J
H
1
2
97 81 I9;
1J
L
max 6
1
.
1
∑ ∑
2
345
I9; 1J
I9; 1J
2
=345
: max 6
1
.
1
∑ ∑
2
345 = 345
I9; 1J
I9; 1J
: maxN
1
.
1
∑ ∑
1
I9; 1J
I9; 1J
O maxN∑
∑
1
.
1 I9;
1J I9;
1J
O P. P
Q
1
.
1
P
2
Dan nilai rata-rata daya sinyalnya sebesar :
1
.
1
KH
1 I9;
1J
2
7 81
. H
1 I9;
1J
2
97 81
L
K
1
.
1
H H 2
7 81 I9;
1J
. 2
97 81 I9;
1J
L
K
1
.
1
H H 2
7 81 9 7 81 I9;
1J I9;
1J
L
KH H
1
.
1 I9;
1J I9;
1J
L P. P
P
1
.
1
P
Sehingga nilai PAPRnya sebesar
[10]
:
S TU VWW
P P
P Persamaan di atas menyatakan nilai PAPR maksimum pada sistem OFDM bersifat
linear dengan jumlah subcarrier-nya. Saat N sinyal ditambahkan dengan fasa yang sama, sinyal tersebut akan menghasilkan nilai puncak yang besarnya N kali dari daya rata-
ratanya, sehingga nilai PAPR akan bertambah besar jika jumlah N diperbesar. Persamaan di atas hanya berlaku jika semua bit yang dikirim bernilai 1. Sedangkan untuk data acak,
nilai PAPR yang dihasilkan dari subcarrier 200 sampai 2000 umumnya sekitar 11 dB. Seperti dijelaskan sebelumnya, nilai PAPR yang tinggi memiliki beberapa efek
negatif yang tidak dapat diabaikan sehingga diperlukan suatu teknik untuk mereduksinya sehingga dapat mengurangi degradasi performansi OFDM dan efisiensi penggunaan PA
meningkat. DFTS-OFDM yang memanfaatkan modulasi single carrier dan bekerja pada ranah
frekuensi ini memiliki keunggulan dibandingkan OFDM, yaitu sinyal DFTS-OFDM memiliki nilai PAPR yang lebih rendah. DFTS-OFDM mendapat perhatian yang beasr
sebagai alternative pengganti OFDM, khususnya pada komunikasi uplink dimana nilai PAPR yang rendah sangat menguntungkan untuk komunikasi mobile terutama konsumsi
daya. DFTS-OFDM menjadi kandidat kuat untuk proses komunikasi uplink pada Jaringan Generasi Keempat.
Gambar 4.4 Proses pengiriman data pada DFTS-OFDM
[10]
Pada DFTS-OFDM simbol-simbol data pada ranah waktu diubah ke dalam ranah frekuensi oleh DFT sebelum melalui proses modulasi. Subcarrier-subcarrier yang
orthogonal membuat tiap user menempati subcarrier yang berbeda-beda pada ranah frekuensi, sama dengan proses yang terjadi pada OFDM. Dikarenakan oleh keseluruhan
sinyal yang dikirim adalah sinyal single carrier, maka PAPR akan lebih rendah dibandingkan dengan OFDM yang menghasilkan sinyal multicarrier.
Pada Gambar 4.4 terlihat proses menghasilkan simbol-simbol DFTS-OFDM hasil transmisi. Terdapat M subcarrier, dimana N M subcarrier ditempati oleh data
masukan. Pada ranah waktu, data masukan memiliki durasi simbol sebesar T detik dan durasi simbol tersebut dikompres menjadi
X Y
I Z
[ . setelah melewati modulasi DFTS- OFDM.
Gambar 4.5 Metode Pemetaan pada Subcarrier
[7]
Terdapat dua metode dalam memilih subcarrier untuk proses pengiriman data. Pada Gambar 4.5 kiri adalah proses pemetaan Distributed dimana keluaran DFT dari
data masukan dialokasikan di seluruh bandwidth dengan zeros pada setiap subcarrier yang tidak terpakai, sedangkan pada Gambar 4.5 kanan adalah proses pemetaan
Localized dimana subcarrier yang ditempati oleh keluaran DFT adalah yang berasal dari
data masukan. Kemudian setelah proses pemetaan subcarrier,data dalam ranah frekuensi diubah kembali menjadi data dalam ranah waktu oleh IDFT.
4.2 Analisis Matematis PAPR pada DFTS-OFDM
Kategori