TUGAS AKHIR IDENTIFIKASI BUTA MIMO PADA KANAL RAYLEIGH FADING

TUGAS AKHIR

IDENTIFIKASI BUTA MIMO PADA KANAL

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Oleh :

  THERESIA PRIMA PERMATASARI NIM : 065114006

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  FINAL PROJECT MIMO BLIND IDENTIFICATION OF RAYLEIGH FADING CHANNEL

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Electrical Engineering Study Program THERESIA PRIMA PERMATASARI

  NIM : 065114006

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2011

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

  

MOTTO :

Selalu ada jalan un tuk menggapai mimpi…………

  Hidup membutuhkan kesabaran untuk memetik hasil, kejelian memilih tempat untuk merubah nasib hidup dan daya tahan yang tangguh untuk sampai pada apa yang diimpikan

  Kupersembahkan skripsi ini kepada : Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria, (Alm)Bapakku tersayang, Ibuku tersayang,

  Kakakku Florentina Ika Wahyuningsih dan Falentina Dewi Dwisiswanti, Yustinus Atmadya Gilang Pramana, Dosen dan Almamater Teknik Elektro USD

  

INTISARI

  Dalam sistem komunikasi, tanggapan frekuensi kanal yang tidak diketahui sama sekali dengan bandwidth yang terbatas dapat menyebabkan terjadinya Intersymbol

  

Interferences (ISI). Respon kanal perlu untuk diidentifikasi secara buta untuk mengurangi

ISI yang terjadi tanpa diketahui adanya informasi mengenai data input.

  Sistem identifikasi buta (Blind Identification System) merupakan suatu sistem untuk dapat mengidentifikasi sistem kerja dan juga untuk mengidentifikasi input yang diasumsikan tidak diketahui. Metode identifikasi buta yang akan digunakan adalah metode identifikasi buta two input two output (TITO).

  Hasil pengidentifikasian secara buta mampu menunjukkan kinerja sistem MIMO dan juga memperoleh hasil identifikasi buta pada kanal output 1 dan kanal output 2. Identifikasi buta pada kanal output 1 mendekati sama dengan input yang diasumsikan tidak diketahui, namun pada kanal output 2 hasil yang diperoleh berbanding terbalik dengan

  input yang diasumsikan tidak diketahui.

  Kata kunci : sistem MIMO, kanal Rayleigh, identifikasi buta.

  ABSTRACT

  In a communication system, channel frequency response is not know at all with limited bandwidth can cause Intersymbol Interferences (ISI). Respons channels need to be identified blindly to reduce ISI is know to occur without information about the input data.

  Blind identification system is a sustem to identify the work system and to identify the unknow input is assumed. Blind identification methods to be used is the method of blind identification of two input two output.

  The blind identification of MIMO system is able to show the performance and also obtain results on blind identification channel output 1 and channel output 2. Blind identification on channel output 1 is approxiamately equal to the assumed output unknow, but on channel output 2 results obtained is inversely to the input assumed unknow Keywords : MIMO system, Rayleigh channel, blind identification.

  KATA PENGANTAR

  Puji syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala karunia-Nya sehingga tugas akhir dengan judul

  “ Identifikasi Buta MIMO Pada Kanal Rayleigh Fading ” ini dapat diselesaikan dengan baik.

  Penelitian yang berupa tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Program Studi Teknik Elektro untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Selama menulis tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan bantuan dengan caranya masing-masing, sehingga tugas akhir ini bisa diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Damar Widjaja, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, pengetahuan, diskusi, arahan, kritik, dan saran kepada peneliti sehingga penulisan tugas akhir ini dapat diselesaikan.

  3. Ibu Theresia Prima Ari, S.T.,M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah banyak membantu selama ini.

  4. Bapak dan Ibu Dosen yang telah memberikan semangat, pengetahuan dan bimbingan kepada peneliti selama kuliah.

  5. Laboran Teknik Elektro yang telah banyak membantu selama ini.

  6.

  (Alm) Bapakku yang menjagaku walaupun tidak terlihat.

  7. Ibuku, pahlawan dalam hidupku yang tak henti-hentinya memberikan doa dan selalu menguatkanku.

  8. Kakakku Florentina Ika Wahyuningsih dan Falentina Dewi Dwisiswanti yang selalu memberikan doa dan semangat.

  9. Yustinus Atmadya Gilang Pramana yang telah memberikan arti dan tujuan hidup, semangat dan doa.

  10. Teman-teman Teknik Elektro angkatan 2006 untuk kebersamaan dan dukungannya.

  11. Teman-teman dan Pemilik Kos Wisma Surya yang telah memberikan kekeluargaan selama di Yogyakarta

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN ..................................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ....................................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ........................................... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

  

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................... vii

  

INTISARI ...................................................................................................................... viii

ABSTRACT .................................................................................................................. ix

KATA PENGANTAR .................................................................................................. x

DAFTAR ISI ................................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... xv

DAFTAR TABEL ......................................................................................................... xvii

BAB I: PENDAHULUAN

  1.1. Latar Belakang .......................................................................................... 1

  1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian.................................................................. 2

  1.3. Batasan Masalah ........................................................................................ 2

  1.4. Metodologi Penelitian .............................................................................. 2

  1.5. Sistematika Penulisan ................................................................................ 3

  BAB II: DASAR TEORI

  2.1. Fading ....................................................................................................... 5

  2.1.1.Large Scale Fading ......................................................................... 6

  2.1.2. Small Scale Fading......................................................................... 7

  2.1.2.1. Penyebaran Waktu Tunda (Time Delay Spread)............... 7

  2.1.2.2. Doppler Spread................................................................. 8

  2.2. Kanal Rayleigh fading .............................................................................. 9

  2.2.1. Model Pembangkit Kanal Rayleigh fading .................................... 10

  2.3. Additive White Gaussian Noise (AWGN) ................................................ 12

  2.4. Modulasi .................................................................................................... 14

  2.5. Sistem Modulasi Quadrature Phase Shift Keying ..................................... 14

  2.5.2. Demodulator Quadrature Phase Shift Keying ....................................................... 17

  2.6. Multiple Output Multiple Input ................................................................. 18

  2.6.1. Pemodelan Sistem MIMO Menggunakan Metode STBC……….. 20

  2.6.2. Orthogonalitas STBC Untuk Sistem Estimasi Kanal…………….. 21

  2.6.3. De coder STBC…………………………………………………… 21

  2.7. Sistem Identifikasi Buta Two Input Two Output ....................................... .22

  2.7.1. Kondisi Identifikasi Buta................................................................ 23

  BAB III: RANCANGAN PENELITIAN

  3.1. Model Sistem ........................................................................................... 26

  3.2. Proses......................................................................................................... 26

  3.2.1. Perancangan Diagram Alir Proses MIMO .................................... 27

  3.2.1.1. Subroutine Antena Pengirim ........................................... 27

  3.2.1.1.1 Subroutine Penggunaan Kode Alamouti............28

  3.2.1.2 Subroutine Pembangkit Kanal Rayleigh ............................. 29

  3.2.1.3. Subroutine Antena Penerima ............................................. 30

  3.2.1.3.1 Subroutine Estimasi Kanal.................................30

  3.3. Proses Identifikasi Buta ............................................................................. 31

  3.3.1. Perancangan Diagram Alir Proses Identifikasi Buta .................... 32

  3.3.1.1 Subroutine Identifikasi Buta Kanal Output 1 .................... 32

  3.3.1.2 Subroutine Identifikasi Buta Kanal Output 2 ..................... 33

  BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1. Cara Kerja Sistem ...................................................................................... 35

  4.2. Pengujian Sistem Kerja Pada Proses Awal ............................................... 35

  4.2.1. Program Utama...............................................................................35

  4.2.2. Data Input........................................................................................36

  4.2.3. MIMO 2x2 Pada Kanal Rayleigh....................................................37

  4.2.3.1. Unjuk Kerja Antena Pengirim MIMO 2x2 Pada Kanal

  Rayleigh .............................................................................37

  4.3. Pengujian Sistem Kerja Pada Proses Akhir ............................................... 40

  4.3.1. Pengujian Sistem Kerja Identifikasi Buta ...................................... 40

  4.3.2. Program Akhir.................................................................................40

  4.3.3. Identifikasi Buta Kanal Output 1.....................................................41

  4.3.4. Identifikasi Buta Kanal Output 2.....................................................42

  4.3.5. Penggabungan Kanal Identifikasi Buta............................................43

  4.4. Validasi Hasil Identifikasi Buta ................................................................ .46

  BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1. Kesimpulan ............................................................................................... 48

  5.2. Saran ......................................................................................................... 48

  

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 49

LAMPIRAN ................................................................................................................... L1

  

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 1.1. Pemodelan Sistem .................................................................................... 3Gambar 2.1. Karakteristik Kanal Flat Fading .............................................................. 7Gambar 2.2. Karakteristik Frequency Selective Fading................................................ 8Gambar 2.3. Perbandingan large scale fading dan small scale fading ....................... 9Gambar 2.4. Pembangkit Kanal Rayleigh Menggunakan model ................................. 11Gambar 2.5. Rayleigh Sebagai Fungsi Waktu ............................................................... 11Gambar 2.6. Fungsi Kerapatan Probabilitas Rayleigh .................................................... 12Gambar 2.7. Pemodelan Kanal AWGN......................................................................... 13Gambar 2.8. Fungsi Kerapatan Probabilitas Gaussian dengan σ=1 ............................... 13Gambar 2.9. Diagram Blok Modulasi ............................................................................ 14

  Gambar 2.10.Bandwidth Sinyal QPSK............................................................................ 15 Gambar 2.11.Blok Diagram Modulator QPSK ............................................................... 15 Gambar 2.12.Diagram Konstelasi Dari Sinyal QPSK ..................................................... 17 Gambar 2.13.Blok Diagram Demodulator QPSK .......................................................... 17

Gambar 2.14. Sistem Kerja MIMO ................................................................................. 19Gambar 2.15. MIMO STBC Antena 2x2 ........................................................................ 20Gambar 2.16. Model TITO .............................................................................................. 23Gambar 3.1. Model Sistem ............................................................................................ 26Gambar 3.2. Proses MIMO............................................................................................ 26Gambar 3.3. Diagram Alir Proses MIMO Dengan Metode STBC 2x2 ........................ 27Gambar 3.4. Diagram Alir Subroutine Antena Pengirim .............................................. 28Gambar 3.5. Diagram Alir Subroutine Penggunaan Kode Alamaouti .......................... 29Gambar 3.6. Penerimaan Sinyal Pada Antena Penerima ............................................... 31Gambar 3.7. Diagram Alir Subroutine Antena Penerima .............................................. 31Gambar 3.8. Proses Identifikasi Buta ............................................................................ 32Gambar 3.9. Diagram Alir Proses Identifikasi Buta ...................................................... 32Gambar 3.10. Diagram Alir Proses Subroutine Identifikasi Buta Kanal Output 1 ......... 33Gambar 3.11. Diagram Alir Proses Subroutine Identifikasi Buta Kanal Output 2 ......... 34Gambar 4.1. Proses Awal dan Proses Akhir .................................................................. 35Gambar 4.2. Panjang Data Input ................................................................................... 36Gambar 4.3. Data Biner 1 .............................................................................................. 36Gambar 4.4. Data Biner 0 .............................................................................................. 37Gambar 4.5. Serial to Paralel ....................................................................................... 37Gambar 4.6. Data Ganjil Pada Kanal 1 ......................................................................... 38Gambar 4.7. Data Ganjil Pada Kanal 2 ......................................................................... 38Gambar 4.8. h

  11 saat t .................................................................................................... 39

Gambar 4.9. h saat t ..................................................................................................... 39

  21 Gambar 4.10. h saat t + T .............................................................................................. 39

  12 Gambar 4.11. h 22 saat t + T .............................................................................................. 39

Gambar 4.12. Perbandingan Antara Kanal Sesungguhnya dan Kanal Hasil Estimasi .... 41Gambar 4.13. Hasil Identifikasi Buta Kanal Output 1 .................................................... 42Gambar 4.14. Hasil Identifikasi Buta Kanal Output 2 .................................................... 43Gambar 4.15. Penggabungan Kanal Output 1 dan Kanal Output 2 1024 bit .................. 44Gambar 4.16. Penggabungan Kanal Output 1 dan Kanal Output 2 1200 bit .................. 45

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 4.1. Tabel Nilai BER 1024 bit ............................................................................. 44Tabel 4.2. Tabel Nilai BER 1200 bit ............................................................................. 45Tabel 4.3. Perbandingan antara data input dan hasil identifikasi .................................. 46

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Sistem komunikasi bergerak diyakini akan memegang peranan yang semakin . penting dalam memenuhi kebutuhan telekomunikasi Teknologi komunikasi bergerak (mobile communication), terutama yang menggunakan teknologi jaringan wireless berkembang secara cepat. Hal ini disebabkan semakin meningkatnya kebutuhan masyarakat untuk berkomunikasi secara bergerak [1]. Meningkatnya kebutuhan masyarakat dalam berkomunikasi dapat menimbulkan suatu problem yaitu peningkatan permintaan user pada kapasitas kanal yang menggunakan bandwidth terbatas.

  Dalam sistem komunikasi, tanggapan frekuensi kanal yang tidak diketahui sama sekali dengan bandwidth yang terbatas dapat menyebabkan terjadinya Intersymbol

  

Interferences (ISI). ISI menyebabkan kesalahan penerjemahan bit dari informasi yang

  diterima pada sisi penerima. Respon kanal perlu untuk diidentifikasi secara buta untuk mengurangi ISI yang terjadi tanpa diketahui adanya informasi mengenai data input [2].

  Sistem identifikasi buta (Blind Identification System) merupakan suatu sistem untuk dapat mengidentifikasi sistem kerja dan juga untuk mengidentifikasi input yang diasumsikan tidak diketahui. Untuk itu diperlukan suatu sistem penerima yang dapat melakukan estimasi terhadap perubahan kanal agar penerima dapat mengetahui perubahan karakteristik kanal tersebut. Hal ini mendorong dilakukannya berbagai penelitian untuk dapat mengestimasi respon kanal secara buta tanpa memboroskan bandwidth kanal yang ada dengan menggunakan multiple element antenna (MEA). Multiple Input Multiple

  

Output (MIMO) merupakan salah satu sistem yang berbasis MEA yang menerapkan sistem

array pada sisi pemancar dan sisi penerima umtuk memperoleh efisiensi spektrum tinggi.

  Aplikasi dari MIMO dapat diterapkan pada kanal flat fading. Kanal Rayleigh merupakan salah satu jenis dari kanal flat fading. Flat fading terjadi jika kanal radio bergerak memiliki gain konstan dan respon fase linier terhadap bandwidth yang lebih besar daripada bandwidth sinyal transmisi [3]. Penelitian kali ini membahas mengenai identifikasi buta MIMO pada kanal Rayleigh fading yang bertujuan untuk menganalisa suatu proses pengiriman hingga penerimaan, sehingga dapat mengetahui perubahan kanal yang terjadi.

  1.2 Tujuan dan Manfaat

  Tujuan yang akan dicapai yaitu menganalisa unjuk kerja dari sistem identifikasi buta MIMO pada kanal Rayleigh fading dengan metode yang ada melalui simulasi dengan program komputasi.

  Penelitian ini dapat dimanfaatkan untuk referensi dalam sistem penerima komunikasi MIMO, terutama aplikasi pada sistem yang kondisi kanalnya tidak diketahui. Penelitian ini juga bisa digunakan sebagai referensi bagi perencanaan sistem komunikasi wireless 3G/4G berbasis MIMO.

  1.3 Batasan Masalah

  Dalam tugas akhir ini permasalahan dibatasi sebagai berikut : 1. Model kanal yang dianalisis adalah kanal Rayleigh fading 2. Menggunakan MIMO orde banyak 3.

  Menggunakan modulasi QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

  1.4 Metodologi Penelitian

  Metodelogi yang digunakan pada tugas akhir ini adalah: a. Studi Pustaka

  Metode ini merupakan sumber utama dalam penulisan penelitian yang sumbernya diperoleh dari jurnal-jurnal, internet, dan handbook untuk mampelajari hal-hal mengenai kanal Rayleigh fading, identifikasi secara buta, dan implementasi simulasi berbasis program komputasi.

  b.

  Pemodelan Sistem Pemodelan sistem identifikasi buta MIMO pada kanal Rayleigh fading ditunjukkan pada Gambar 1.1.

  Multiple Rayleigh Multiple Identifikasi Data Data

  Input Fading Output Buta Output

  Input

Gambar 1.1 Pemodelan sistem

  Data yang dikirimkan akan diproses melalui MIMO yang melewati kanal

  Rayleigh, kemudian data ouput dari MIMO akan menjadi data input pada proses

  identifikasi buta c. Perancangan Algoritma dan Simulasi

  Model sistem yang telah diperoleh akan diimplementasikan dan disimulasikan dengan pemograman komputasi.

  d.

  Analisa Data Proses simulasi yang dilakukan dengan perangkat lunak. Kemudian dilakukan pengujian dan analisa terhadap hasil yang telah didapatkan.

  e.

  Pengambilan Kesimpulan Membuat kesimpulan dari hasil analisa yang telah dilakukan.

1.5 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

  BAB I: PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang masalah, tujuan dan manfaat, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI Bab ini berisi teori-teori yang mendukung kerja sistem dan teori yang digunakan dalam perancangan.

  BAB III : RANCANGAN PENELITIAN Bab ini berisi penjelasan alur perancangan sistem MIMO dan identifikasi buta. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi pembahasan program, hasil simulasi , dan pembahasan data yang diperoleh. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi ringkasan hasil penelitian yang telah dilakukan dan usulan yang berupa ide-ide untuk perbaikan atau pengembangan terhadap penelitian yang telah dilakukan.

BAB II DASAR TEORI Bab ini membahas teori-teori yang melandasi permasalahan pada tugas akhir ini. Teori dasar yang diberikan meliputi fading, kanal Rayleigh fading, Additive White Gaussian Noise (AWGN), modulasi, sistem modulasi Quadrature Phase Shift Keying

  (QPSK), Multiple Input Multiple Output (MIMO) dan identifikasi buta (blind identification ).

2.1 Fading

  Fading merupakan karakteristik utama dalam propagasi radio bergerak. Fading

  dapat didefinisikan sebagai perubahan fase, polarisasi dan atau level dari suatu sinyal terhadap waktu. Definisi dasar dari fading yang paling umum adalah yang berkaitan dengan mekanisme propagasi yang melibatkan refraksi, refleksi, difraksi, hamburan, dan redaman dari gelombang radio [4]. Kinerja dari suatu sistem komunikasi dapat turun akibat adanya fading. Faktor

• – faktor yang mempengaruhi fading [5] : a.

  Propagasi Multipath Adanya objek yang menyebabkan pantulan dan hamburan pada saluran mengakibatkan berkurangnya energi sinyal pada amplitudo dan fasa. Efek ini menjadikan sinyal yang diterima pada penerima bervariasi yang mengakibatkan fluktuasi sinyal sehingga terjadi fading dan distrosi. Propagasi multipath juga mengakibatkan perbedaan waktu yang menyebabkan timbulnya intersymbol interference (ISI).

  b.

  Kecepatan Penerima Gerak relatif antara pengirim dan penerima menghasilkan modulasi frekuensi random berkaitan dengan pergeseran frekuensi Doppler yang berbeda untuk tiap lintasan

  multipath.

  c.

  Kecepatan Objek Pemantul Jika objek disekitar penerima bergerak lebih cepat dari pergerakan penerima itu sendiri, maka pergerakan objek tersebut akan lebih besar pengaruhnya pada terjadinya

  fading. d.

  Bandwidth Sinyal Transmisi Jika bandwidth sinyal yang ditransmisikan lebih besar dari bandwidth saluran multipath , maka sinyal yang diterima akan mengalami distrosi.

  Dalam sistem komunikasi bergerak, perambatan sinyal antara pemancar dan penerima melalui berbagai lintasan yang berbeda. Lintasan yang berbeda-beda tersebut mengakibatkan kuat sinyal penerima menjadi bervariasi. Fenomena ini disebut sebagai

  

multipath atau lintasan jamak. Multipath merupakan hal yang harus dihindari dalam sistem

  komunikasi wireless karena dapat memberikan kerugian dalam sistem transmisi. Multipath pada kanal radio menyebabkan beberapa hal [6] : a.

  Perubahan kekuatan sinyal secara cepat pada jarak tempuh atau interval waktu yang pendek.

  b.

  Frekuensi modulasi yang acak akibat dari Doppler Shift yang bervariasi pada sinyal multipath yang berbeda.

  c.

  Penyebaran waktu (dispersion/echoes) akibat dari delay propagasi pada multipath.

  Secara umum fading dapat dibedakan menjadi dua yaitu large scale fading dan

  

small scale fading. Large scale fading berkaitan dengan prediksi pathloss, sedangkan small

scale fading berkaitan dengan lintasan jamak (multipath) antara pemancar dan penerima.

  dapat dibedakan berdasarkan penyebaran waktu tunda (time delay

  Small scale fading spread ) dan Doppler Spread.

2.1.1 Large Scale Fading

  Large scale fading didefinisikan sebagai rata-rata daya yang hilang akibat transmisi

  sinyal pada jarak yang jauh, akibat keberadaan obyek-obyek pemantul dan penghalang pada kanal propagasi serta pengaruh kontur bumi. Model ini digunakan untuk memprediksi rata-rata kekuatan sinyal antara pengirim dan penerima. Distribusi large scale fading memilik probability density function (pdf) dari suatu variabel random yang terdistribusi lognormal sebagai berikut [7] ₂

   ( m m )      ₂

  1 ^{2 }  m    p ( m )  e

  (2.1)  _m 2 e dengan m adalah variabel normal random kuat sinyal (dBm), m adalah rata-rata kuat sinyal (dBm), dan  adalah standar deviasi. _m

2.1.2 Small Scale Fading

  Propagasi sinyal dari pengirim menuju ke penerima dalam lingkungan wireless, akan mengalami berbagai gangguan. Sehingga penerima akan menerima sinyal hasil penjumlahan dari berbagai lintasan akibat mengalami gangguan. Sinyal tersebut akan mengalami variasi amplitude dan fasa yang acak sepanjang periode waktu yang cukup singkat. Sinyal yang diterima penerima adalah sinyal yang telah mengalami distrosi akibat efek kanal atau biasa disebut small scale fading [5]. Small scale fading dapat dibedakan berdasarkan penyebaran waktu tunda (time delay spread) dan Doppler Spread.

2.1.2.1 Penyebaran Waktu Tunda ( Time Delay Spread) a.

  Flat Fading

  Flat fading terjadi jika kanal radio bergerak memiliki gain konstan dan respon fase linier terhadap bandwidth yang lebih besar daripada bandwidth sinyal transmisi [3].

  Karakteristik kanal flat fading dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Karakteristik kanal flat fading [3] sinyal yang dikirimkan, s(t), bila dilewatkan pada kanal

  Amplitude h(τ,t) yang memiliki

  penguatan yang berubah terhadap waktu, akan berubah menjadi sinyal terima r(t). Namun sinyal r(t) ini memiliki spektrum sinyal transmisi yang tidak berubah, dan ditunjukkan pada Gambar 2.1.

  Pada umumnya, distribusi amplitude pada flat fading mengikuti distribusi Rayleigh. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sinyal yang melalui kanal flat fading mempunyai kriteria sebagai berikut [3]

  B << B dan T

  (2.2)

  s c s >> τ s dengan T s adalah periode simbol, B s adalah lebar pita frekuensi sinyal, B c adalah coherence bandwidth frekuensi kanal dan adalah rms ( root mean square ) delay spread.

  τ s b.

  Frequency Selective Fading Jika kanal memiliki gain konstan dan respon fase linier terhadap bandwidth yang lebih kecil daripada bandwidth sinyal transmisi, maka kanal mengalami frequency selective

  

fading, sehingga respon impulse kanal tiap frekuensi akan berbeda [3]. Karakteristik kanal

  dapat dilihat pada Gambar 2.2. Sinyal mengalami frequency

  frequency selective fading selective fading jika [3] B s > B c dan T s < s

  (2.3)

  σ

Gambar 2.2. Karakteristik frequency selective fading [3]

2.1.2.2 Doppler Spread a.

  Fast Fading Pada fast fading, respon impulse kanal berubah dengan cepat dalam satu durasi simbol [3]. Hal ini diakibatkan karena coherence time lebih kecil daripada periode simbol sinyal yang ditransmisikan. Hal ini terjadi karena dispersi frekuensi (juga disebut time

  

selective fading ) akibat doppler spreading yang pada akhirnya akan menyebabkan distorsi

  sinyal. Sinyal mengalami fast fading jika [3]

   T s > T c dan B s < B D

  (2.4) dengan T c adalah coherence time, T s adalah periode simbol, B s adalah bandwidth sinyal, B D adalah doppler spread. b.

  Slow Fading Pada slow fading, laju perubahan respon impuls kanal lebih lambat daripada durasi simbol sinyal yang ditransmisikan. Dalam domain frekuensi, hal ini diakibatkan karena

  

coherence time lebih besar daripada periode simbol sinyal yang ditransmisikan. Sinyal

  mengalami slow fading jika [3]

   T s << T c dan B s >> B D (2.5)

  Perbandingan antara large scale fading dan small scale fading dapat dilihat pada Gambar

  2.3. Gambar 2.3.(a) menunjukkan daya yang diterima sinyal r(t), akan berubah-ubah tergantung jarak panjang gelombang dari antena. Gambar 2.3.(b) terjadi jika large scale

  

fading m(t) , dihilangkan untuk melihat small scale fading r (t) , maka yang terlihat adalah

o adanya daya yang konstan [8].

Gambar 2.3. Perbandingan large scale fading dan small scale fading

  (a) large scale fading (b) small scale fading [8]

2.2 Kanal Rayleigh Fading

  Dalam kanal radio bergerak, distribusi Rayeligh merupakan salah satu distribusi yang dapat menjadi model untuk mewakili fading, sehingga fading yang memiliki distribusi Rayleigh disebut Rayleigh fading. Pada rayleigh fading, sinyal datang yang melalui jalur yang berbeda-beda tersebut, memberikan sejumlah energi yang sama terhadap sinyal gabungan yang ada pada penerima. Sinyal yang dipengaruhi Rayleigh

  fading mempunyai fungsi rapat probabilitas (probability density function

• – pdf ) seperti

  yang ditunjukkan dalam persamaan [9] : (2.6)

  2

  dengan r adalah deteksi penuh, σ adalah nilai rms tegangan sinyal sebelum deteksi, dan σ daya waktu rata-rata sinyal terima sebelum deteksi.

  Rayleigh Fading

2.2.1 Model Pembangkit Kanal

  Pembangkit untuk kanal Rayleigh menggunakan model Jakes. Gambar 2.4 menunjukkan model Jakes yang digunakan [10]. Berdasarkan model Jakes tersebut, a c dan

  2

  a yang merupakan variable acak dengan mean , ditentukan sebagai

  s

  nol dan variansi σ berikut _N 2 o

  a  ( cos  cos  t  _{c n n n n 1} 2 cos  cos  t ) (2.7)  

  N _{o N o}

  2 a  ( cos cos t  2 sin cos t ) (2.8) _{s n n n}    

   n ¹ 

  N  _o

  1 _{2 2} ( a )  ( a ) _{c s}

    (2.9)

2 N o adalah osilator frekuensi rendah yang frekuensinya sama dengan n .

  ω 2  n  cos( )

  (2.10)   n=1,2,3,…,N o _{n d}

  N ₁

  n

  1  dimana    /

  4 , N  _{1 o n o d d} 2 (

  2 N  1 ) ,   , N  , dan   2  f

  N _o 2 (( N / ₁ 2 )  1 ) merupakan frekuensi pergeseran Doppler.

Gambar 2.4 Pembangkit kanal Rayleigh menggunakan model Jakes [10]Gambar 2.5 menunjukkan sebuah sinyal terselubung yang terdisribusi secara Rayleigh sebagai fungsi waktu [11]. Fungsi kerapatan probabilitas Rayleigh dapat dilihat padaGambar 2.6 [12] .Gambar 2.5 Rayleigh sebagai fungsi waktu [11]Gambar 2.6 Fungsi kerapatan probabilitas Rayleigh [12]

2.3 Additive White Gaussian Noise

  Additive White Gaussian Noise (AWGN) merupakan thermal noise yang terdistribusi normal dengan nilai rata-rata nol, serta bersifat menambahkan level sinyal.

Noise pada kanal dapat merusak sinyal, karena sinyal yang diterima pada penerima tidak

  lagi sama dengan sinyal yang dikirimkan. Model kanal AWGN dapat dilihat pada Gambar

  2.7. Sinyal yang diterima dalam selang waktu 0 < t < T, merupakan sinyal yang dikirimkan ditambahkan noise kanal dimana diasumsikan tidak ada redaman pada kanal, maka sinyal dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut [12]

  r(t) = S 1 (t) + n(t) , 0 < t < T (2.11)

  dengan S

  1 merupakan sinyal yang dikirimkan dan n(t) adalah noise kanal sebagai sebuah

  proses acak zero mean gaussian. Secara teoritis noise kanal sering dimodelkan dengan distribusi gaussian dengan rata-rata (mean) sama dengan nol dan dikarakteristikan secara statistik dengan fungsi rapat probability density function (pdf) sebagai berikut [12] ₂

   

  1 1 r   p(r) = exp 

  (2.12)  

   

  2 

   2       

  2

  dengan p(r) adalah variansi dari level sinyal,fungsi adalah probabilitas kemunculan, σ kerapatan probabilitas gaussian dengan σ = 1 ditunjukkan pada Gambar 2.8.

  Sinyal kirim (S

  1 (t) + n(t)) noise (n)

• 1 ) Sinyal terima (S

Gambar 2.7 Pemodelan kanal AWGNGambar 2.8 Fungsi kerapatan probabilitas gaussian dengan

  σ = 1 [12] Karakteristik spectral yang utama dari thermal noise adalah bahwa power spectral density (psd) bernilai konstan untuk semua nilai frekuensi. Atau sumber thermal noise mengeluarkan jumlah daya noise yang sama untuk satu unit bandwidth pada semua frekuensi. Oleh karena itu model sederhana untuk thermal noise diasumsikan mempunyai

  G (f) flat untuk semua frekuensi mempunyai persamaan sebagai

  power spectral density n

  berikut [12]

  N

  G n (f) = watt / Hz (2.13)

  2

  dengan faktor 2 menyatakan bahwa G n (f) adalah two-side power spectral density. Pada saat daya noise memiliki spectral density yang uniform seperti di atas, maka noise tersebut dapat dikategorikan sebagai white noise. Noise AWGN berarti memiliki pdf terdistribusi gaussian dan psd konstan untuk semua frekuensi.

  2.4 Modulasi

  Modulasi adalah proses untuk mengubah sinyal baseband menjadi sinyal bandpass [13]. Diagram blok teknik modulasi dapat dilihat pada Gambar 2.9. Pada proses modulasi terdapat modulator dan demodulator. Pada model modulasi baseband, modulator bertugas untuk memodulasi pulsa digital. Sedangkan demodulator bertindak sebagai detektor.

Gambar 2.9 Diagram blok dari modulasi [13]

  Pada sistem komunikasi biner, data biner terdiri dari deretan bit „0‟ dan „1‟. Kedua data tersebut ditransmisikan dalam dua bentuk gelombang sinyal s (t)

  1

  (t) untuk digit „0‟ dan s untuk digit „1‟. Demodulator sinyal yang terdapat pada sisi penerima bertugas memproses sinyal yang telah rusak karena proses di kanal.

  2.5 Sistem Modulasi Quadrature Phase Shift Keying

  Modulasi digital merupakan proses penumpangan sinyal digital (bit stream) ke dalam sinyal carrier. Phase Shift Keying (PSK) merupakan salah satu teknik modulasi digital, dimana sinyal informasi digital yang dikirimkan ditumpangkan pada fasa sari sinyal pembawa [14].

  Modulasi sinyal digital multilevel, dalam prosesnya akan menyebabkan terjadinya simbolisasi kelompok- kelompok bit (dibit, tribit,…) sehingga bit stream data disimbolkan

  n dalam kelompok n- bit, maka akan diperlukan 2 simbol untuk merepresentasikannya.

  Selanjutnya simbol-simbol tersebut akan memodulasi kelakuan sinyal pembawa (amplitudo, frekuensi, fasa, atau kombinasinya) tujuannya adalah untuk menghemat penggunaan bandwidth.

  Pada modulasi QPSK sinyal pembawa merepresentasikan empat keadaan fasa untuk menyatakan empat simbol. Satu simbol QPSK terdiri dari dua bit (dibit) yaitu „00‟, kecepatan bit informasinya sebesar dua kali kecepatan simbolnya. pada modulasi QPSK,

  m

  besarnya m=2 (2 =4) sehingga bandwidth yang dibutuhkan untuk perubahan fasa setiap detik dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Bandwidth sinyal QPSK [14]

  Quadrature Phase Shift Keying

2.5.1 Modulator

  Blok diagram modulator QPSK dapat dilihat pada Gambar 2.11. Gambar 2.11 menunjukkan data awal masukkan diproses oleh bit splitter sehingga dihasilkan dua buah aliran data yang terdiri dari aliran data ganjil ( In Phase ) dan aliran data genap (Quadrature).

Gambar 2.11 Blok diagram modulator QPSK [14]

  Kemudian masing-masing aliran data akan memodulasi sinyal carrier yang beda fasa antara keduanya sebesar π/2. Sinyal carrier untuk data ganjil memilik persamaan cos

  c t, sedangkan sinyal carrier c t. perkalian

  2πf untuk data genap memiliki persamaan sin 2πf antara data masukan dengan sinyal carrier akan menghasilkan sinyal BPSK (Binary Phase

  

Shift Keying ). Sinyal BPSK-I akan dihasilkan dari perkalian sinyal carrier c t dengan

  cos 2πf aliran data ganjil. Sedangkan sinyal BPSK-Q akan dihasilkan dari perkalian sinyal carrier sin 2πf c t dengan aliran data genap. Persamaan matematisnya sebagai berikut [14]

  S BPSK-Q (t) = d Q (t) sin ω c t = V sin (ω c t +

  2

  s

  ; i = 1,2,3,4 dimana E s adalah energy persimbol modulasi, T s adalah durasi simbol modulasi.

  S QPSK (t)=

        

                  

       ' 315 10 '

  2

  1

  1 ' 225 00 '

  1

  T E _{c s s}

  1 ' 135 01 '

  2

  1

  1 ' 11 '

  45

  2

  1

  1

  j j j j

  (2.17) 0 ≤ t ≤ T

  2 cos 2   i f

  ϕ)

  ' 1 ' ' ' _{I I}

  (2.14) dengan   

       

    

  ' 1 ' ' ' _{Q Q}

  d d S BPSK-I (t) = d I (t)cos ω c t = V cos (ω c t +

  ϕ)

  (2.15) dengan   

       

    

  d d S QPSK

  2 ) 1 (

  (t)= S BPSK-Q

  (t) + S BPSK-I

  (t) (2.16)

  Sinyal QPSK didapatkan dengan menjumlahkan antara sinyal BPSK-I dengan sinyal BPSK-Q pada blok adder. Diagram konstelasi dari sinyal QPSK dapat dilihat pada

Gambar 2.12. Secara umum persamaan sinyal QPSK sebagai berikut [14]

   S QPSK (t)=

   

   

   

  (2.18)

Gambar 2.12 Diagram konstelasi dari sinyal QPSK [14]

2.5.2 Demodulator Quadrature Phase Shift Keying

  Prose pengembalian data yang dikirim transmitter dimulai dari diterimanya sinyal oleh antena receiver dapat dilihat pada Gambar 2.13. Persamaan matematis dari sinyal tersebut sebagai berikut [14]

  i c t + q c t) (2.19) S’(t)=S (t).cos (2πf ϕ)+S (t).sin (2πf

Gambar 2.13 Blok diagram demodulator QPSK [14]

  Kemudian untuk mendapatkan data genap dan data ganjil, sinyal dengan persamaan di atas masing-masing dikalikan dengan sinyal carrier yang sama pada saat diproses pada modulator. Pada blok diagram sinyal carrier akan dihasilkan kembali setelah sinyal penerimaan diproses melalui carrier recovery. Dari hasil perkalian tersebut akan didapatkan pada lengan in phase sinyal, dengan persamaan sebagai berikut [14]

  1