PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI SISTEM

Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

BAB III PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI SISTEM

Dalam bab ini akan didesain pemodelan layer fisik transfer data upstream jaringan HFC dengan menggunakan spesifikasi DOCIS 2.0. Kemudian akan ditambahkan sistem OFDM pada model tersebut. Kedua model itu akan dianalisa respon sistem terhadap kanal, kanal tersebut meliputi microreflections, Thermal noise, Narowband Ingress noise dan Impuls Noise. Blok spesifikasi DOCSIS 2.0 dapat dilihat pada gambar berikut dibawah ini: RS Gambar model sistem arah Upstream DOCSIS 2.0 [1] Data dari transmitter akan dikodekan menggunakan pengkodean Reed- Solomon, kode tersebut merupakan standar yang harus dipenuhi sesuai dengan sistem DOCSIS 2.0. Setelah mengalami proses pengkodean, data tersebut akan diacak menggunakan interleaver dan scrambler. Mapping data menggunakan menggunakan modulasi QPSK dan16QAM. Proses hanya sampai tahap Baseband. Keluaran dari sistem ini akan melalui kanal microreflections, thermal noise, narrowband ingress dan impuls noise.

3.1. Pemodelan DOCSIS 2.0 TDMA

1. Blok Bernaulli data Source

Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. Blok ini berfungsi menghasilkan bilangan biner 0,1 yang yang memiliki peluang kemunculan yang sama antara bilangan “0” dan “1”. Bit yang dihasilkan adalah sebanyak jumlah bit yang disimulasikan. Keluaran dari generator bit sesuai dengan persamaan berikut ini : [ ] ; untuk 0 1 1 b n n N  = ≤ ≤ −   0.2 Dengan N adalah jumlah bit, dan b[n] adalah bit ke-n dari keluaran generator bit. Pembangkitan bilangan biner ini dengan memanfaatkan fungsi randint pada Matlab 6.5.

2. Blok Reed-Solomon

Pengkodean reed-solomon digunakan pada pengkodean terluar outer code. Panjang codeword inputan pengkodean luar sepanjang 16 simbol,dan agar didapat kemampuan koreksi sebesar 8 symbol maka harus ditambahkan 4 simbol pada inputan pengkodean ini, sehingga keluaran codeoword-nya sepanjang 24 simbol,. Parameter-parameter yang harus diperhatikan pada pengkodean reed- solomon antara lain adalah jumlah simbol output n, jumlah simbol input k, jumlah bitsimbol m, polinomial primitif yang digunakan, kemampuan koreksi error t, dan generator polinomialnya. Jenis kode reed-solomon yang digunakan dalam simulasi adalah RS30,16. Penentuan parameter pengkodean adalah sebagai berikut :  Jumlah simbol output n = 30  Jumlah simbol input k = 16  Jumlah bitsimbol m = 8  Generator Polinomial = px = x 8 + x 4 + x 3 + x 2 +1  Kemampuan koreksi t simbol = n-k2 = 7 3. Blok Interleaver[1] Interleaver yang digunakan pada simulasi adalah tipe fixed mode, dengan jumlah kolom x baris adalah 84 x 30. Dengan penulisan secara horisontal dan pembacaan akan dilakukan secara vertikal. 4. Blok Scrambler [1] Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. Codeword atau paket stream data akan diacak dengan penambahan modulo- 2 dari data dengan keluaran dari register pseudorandom binary sequence generator. Metode pengacakan yang digunakan merupakan sequence polynomial x 15 + x 14 +1 dengan 15-bit yang dapat diprogram. Proses pengacakan dapat dilihat pada gambar dibawah ini: X Gambar blok scrambler Pada awal pengiriman paket data, isi dari register pseudorandom binary sequence dibersihkan dan lalu diisikan kembali dengan nilai 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 ,dan untuk pengiriman selanjutnya isi dari register tersebutakan diacak kembali. 5. Blok Symbol Mapper [1] Pada proses ini data digital berupa bit-bit keluaran dari blok scrambler akan di mapping-kan dengan dua teknik modulasi, yaitu menggunakan modulasi QPSK dan 16QAM. Untuk modulasi QPSK deretan bit akan dipetakan ke dalam diagram konstelasi dengan nilai inphase dan quadrature +1 dan -1. Sedangkan untuk 16QAM akan memiliki nilai inphase dan quadrature ±1 dan ±3.

3.2. Pemodelan OFDM dalam standar DOCSIS 2.0 TDMA

Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. RS Gambar blok setelah penambahan sistem OFDM Penambahan blok hanya dilakukan setelah blok terakhir pada standar DOCSIS yaitu blok symbol mapper. Penambahan blok tersebut dikelompokkan menjadi :

3.3.1. Blok-blok Pemancar OFDM

1. Serial to Paralel Converter

Data serial dari proses pemappingan sinyal diubah menjadi data paralel sesuai dengan jumlah subcarier yang digunakan. Jumlah bit pada masing- masing lengan paralel disesuaikan dengan teknik modulasi yang digunakan.

2. Penambahan zero pad

Zeropad berfungsi untuk menambahkan nilai nol sampai panjang barisnya sesuai dengan jumlah point IFFT. Jika output pada Serial to Paralel adalah matriks Lx1, dimana L 64 jumlah point IFFT, maka penambahan zero pad adalah sebesar 64 – L, hal tersebut dilakukan agar masukan IFFT sesuai dengan jumlah point IFFT, yaitu sebesar 64. Penambahan zero pad ini berfungsi sebagai oversampling. Penambahan zeropad yang paling baik adalah sebanyak dua kalinya, sehingga didapatkan frekuensi sampling yang baik meskipun harus mengabaikan lebar bandwidth.

3. IFFT Inverse Fast Fourier Transform

IFFT berfungsi sebagai Inverse Discrite Fourier Transform IDFT, tetapi dengan kecepatan proses perhitungan yang lebih tinggi daripada IDFT. IFFT Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. juga berfungsi sebagai OFDM Baseband Modulator, yang sekaligus menjamin ke-orthogonal-an antar subcarrier. Masukan dan keluaran IFFT adalah kompleks. Pendekatan untuk proses OFDM dengan Inverse Discrite Fourier Transform IDFT sebagai vektor C adalah : [ ] [ ] ∑ ∑ − = − = = = 1 2 2 1 1 1 N n t f j n N nm j N n n m m c e C N e C N C π π Dimana : m = subcarier dari o sampai N-1 n f = t N n ∆ m t = t m ∆ t ∆ = jarak dalam domain waktu antar aliran data m c Proses IDFT Inverse Discrite Fourier Transform bisa diimplementasikan menggunakan IFFTInverse Fast Fourier Transform. Untuk efisiensi dalam komputasi, N selalu menggunakan power of two. Jadi proses IFFT yang dilakukan sebanyak 64 subcarier.

4. Penambahan cyclic prefix

Blok ini berfungsi untuk menambahkan guard interval yang merupakan pengkopian beberapa sample simbol akhir Penambahan ini dilakukan sebelum masuk ke lengan PS, jadi penambahannya adalah vektor lengan satu dan seterusnya. Misalkan inputan dari blok ini adalah vektor 32 x 1, dan sebagai sebagai cyclic prefix adalah 8 sample terakhir, maka vektor yang dikopi adalah pada kolom 25:32, yang kemudian diletakkan pada awal simbol, ini berarti menggunakan 1:4 cyclic prefix.

5. Paralel to Serial Converter

Blok ini berfungsi mengubah vektor kolom N x 1 menjadi vektor 1x1. jadi masukan blok ini dapat dianggap sebagai data paralel, kemudian keluarannya berupa data serial. Dimana M=2L+1. Sinyal yang telah dikonversi menjadi serial, maka akan memiliki sample time yang lebih kecil, atau rate yang lebih tinggi. Jika sample time yang masuk blok Ts dengan rate R, maka sample time setelah keluar dari blok adalah T s M dengan Rate RxN. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

3.3.2. Blok-blok Penerima OFDM

1. Serial to Paralel Converter

Deretan simbol OFDM yang masih berupa deret serial harus diubah dahulu menjadi data paralel sebanyak jumlah lengan FFT yaitu 64 lengan.

2. Penghilangan cyclic prefix

Pengambilan guard interval yang terdapat pada deretan simbol OFDM yang diterima dari proses transmisi.

3. FFT Fast Fourier Transform

Data paralel yang didapat kemudian dikonversi dari domain waktu ke dalam domain frekuensi dengan jumlah point FFT yang digunakan sama dengan jumlah point pada IFFT yang digunakan pada blok pengirim.

4. Penghilangan zero pad

Pengambilan zero pad yang terdapat pada deretan simbol OFDM yang diterima setelah melalui blok FFT.

5. Penghilangan sinyal Pilot

Pengambilan sinyal pilot yang terdapat pada data yang telah diterima setelah melalui blok pengambilan zeropad. Meskipun data masih berupa data paralel tetapi data ini merupakan data asli.

6. Paralel to Serial Converter

Blok ini berfungsi mengubah vektor kolom N x 1 menjadi vektor 1x1. jadi masukan blok ini dapat dianggap sebagai data paralel, kemudian keluarannya berupa data serial sesuai dengan inputan pada pengirim.

3.3. Pengaturan Parameter Simulasi

3.3.1. Diagram Alir Proses Simulasi

Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. START Diagram Alir Proses Simulasi

3.3.2. Simulasi sistem OFDM pada HFC denagn standar HFC.

a Perancangan Sistem Simulasi sistem OFDM pada jaringan HFC yang berdasar atas spesifiaksi DOCSIS adalah sebagai berikut : 1. Sistem menggu nakan fc=10 MHz dengan bandwidth kanal sebesar 800KHz. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. 2. Parameter untuk DOCSIS sendiri menggunakan pengkodean RS30,16 dengan GF256. Interlevaer memiliki fixed blok dengan nilai 48 x 50. Menggunakan 2 teknik modulasi yaitu QPSK dan 16 QAM. Blok scrambler memiliki register pseudorandom binary sequence sebesar 15 bit. 3. Parameter OFDM adalah sistem memiliki 30 subcarier dengan jumlah IFFT 64 lengan. Nilai simbollengan berdasarkan jenis modulasi yang digunakan. Penambahan zero pad sebanyak jumlah lengan IFFT – jumlah sub carier 4. Koefisien dan nilai parameter pada kanal HFC berdasar atas nilai yang didapat dari referensi standar yang bersangkutan. Berdasarkan spesifikasi di atas, maka kita dapat menentukan jenis-jenis small scale fading transmisi OFDM pada HFC, Sistem yang diinginkan : Bit rate R : 1,6 Mbpd dan 3,2 Mbps Delay spread yang dapat ditoleransi τ : 1,5 µ s Bandwidth BW : 800 KHz BW kanal = KHz s 600 6 , 5 , 1 1 1 ≈ = = µ τ DOCSIS  Bc = 800 KHz BcBW kanal maka merupakan selective fading, Sedangkan OFDM  KHz KHz KHz subcarier BWtotal f 26 66 , 26 30 800 ≈ = = = ∆ s KHz f T s µ 5 , 37 26 1 1 = = ∆ = BWkanal f ∆ ,maka flat fading b Pemodelan dan pembangkitan noise kanal 1. Thermal Noise Thermal noise ini merupakan jenis noise yang bersifat Additive White Gaussian Noise yaitu noise dengan rapat spektral daya yang rata flat pada semua frekuensi. Pada simulasi, noise AWGN dibangkitkan menggunakan fungsi awgn. Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. data_awgn = awgndata_tx,snr, ’measured’ , ’db’ . Gambar pemodelan noise thermal pada HFC 2. Narrowband ingress noise Ingress noise yaitu komponen gangguan pada sinyal narrowband radio frequency RF yang berasal dari luar sistem. Nilai Amplitudo ingres diberikan sebesar 10 dB dengan band 20kHz dari total BW transmit. h t A ing Gambar model Ingress noise [16] 3. Impuls noise. Impulse noise merupakan noise yang munculnya secara random dan nilainya tidak tetap non stasioner yang berasal dari peristiwa-peristiwa elektromagnetik yang sifatnya sementara. Pada noise impuls memiliki tiga parameter yaitu : amplitudo level tegangan, lebar impuls, periode burst dan waktu delay antar impuls. Pada simulasi, noise impuls tidak muncul secara burst. Parameter Keterangan nilai imp T Lebar impuls 100 ns imp A Amplitudo impuls 2 dB imp P Periode burst 20 s µ imp d Delay impuls pertama 5 s µ imp h Merepresentasikan bentuk noise - Klasifikasi noise impuls Sedangkan model dari noise impuls sendiri dapat dilihat pada gambar dibawah ini: Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. h imp t Gambar model impuls noise 4. Microreflections Microreflections timbul dikarenakan media transmisi yang tidak matching sehingga menyebabkan pemantulan sinyal. Fenomena Microreflections merupakan sinyal multipath. Model microreflections adalah penjumlahan sinyal langsung diterima pada beban dengan sinyal-sinyal pantul yang memiliki redaman dan delay yang berbeda-beda, baik untuk echo pertama, echo kedua dan seterusnya. Gambar dibawah ini merupakan model delay line dengan bobot yang berbeda. 0,5 us 0,5 us -10 dB -20 dB -30 dB Output 0,5 us Input Gambar model struktur dari microreflections Secara umum parameter simulasi dapat ditulis sebagai berikut 1 fc = 10 MHz dengan BW kanal 800 KHz 2 Bit Rate : 1,6 Mbps QPSK dan 3,2 Mbps 16QAM 3 Generator data : a. Jumlah data : Z x 128 = 10000 x 128 = 1280000 bit b. Keluaran : 1280000 x 1 vektor kolom 4 Reed Solomon Encoder a. Jumlah simbol input : 16 b. Jumlah simbol output : 30 Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. c. Jumlah bitsimbol : 8 bit d. Keluaran : 2400 x Z x 1 vektor kolom 5 Interleaver a. Jumlah baris x kolom : 48 x 50 b. Keluaran : 2400000 x 1 vektor kolom 6 Scrambler a. Panjang inisialisasi : 15 bit b. Nilai inisialisasi : [1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0] 7 Mapper a. Keluaran QPSK : 1200000 x 1 vektor b. Keluaran 16QAM : 600000 x 1 vektor 8 Parallel to Serial a. Jumlah sub carrier : 30 b. Nilai tiap lengan : 4.Z QPSK = 40000 x 1 vektorkolom : 2.Z 16QAM= 20000 x 1 vektorkolom 9 Penambahan zero a. Jumlah : 34 vektor kolom b. Keluaran keseluruhan : 64 x nilai simbol tiap lengan 10 IFFT dan FFT a. Jumlah : 64 vektor kolom 11 Penambahan cyclic prefix a. 16 QAM : 1:3, 1:6. 1:9 b. 64 QAM : 1:3, 1:6, 1:9 12 Parallel to Serial a. Jumlah : 2560000 bit QPSK : 1280000 bit 16QAM 13 Impuls Kanal a. Amplitudo impuls : -3 dBv dan 2 dBv b. Lebar impuls : 100 ns c. Periode burst : 20 s µ d. Delay impuls pertama : 5 s µ 14 Narrowband ingress noise Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010. a. Lebar band ingress : 20 Khz dari BW transmit. b. Gain constant noise : 3 dBv dan 6 dBv c. Periode muncul ingress : muncul setiap pengiriman bit. 15 Microreflections untuk single echo a. 1 st echo : -10 dB terdelay 0,5 s µ b. 2 nd echo : -20 dB terdelay 1 s µ c. 3 rd echo : -30 dB terdelay 1,5 s µ Samuel Firmantua Panggabean : Analisis Kinerja Sistem OFDM Pada Jaringan Hfc Dengan Menggunakan Spesifikasi Docsis, 2010.

BAB IV ANALISIS KINERJA SISTEM HASIL SIMULASI