Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Discrete Fourier Transform-Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing pada Jaringan Generasi Keempat (4G) T1 612005039 BAB I
BAB I
PENDAHULUAN
Bab satu ini membahas tujuan, latar belakang masalah, dan sistematika penulisan Tugas
Akhir yang berjudul ” Discrete Fourier Transform-Spread Orthogonal Frequency Division
Multiplexing pada Jaringan Generasi Keempat (4G) ”.
1.1 Tujuan
Menjelaskan transmisi Discrete Fourier Transform-Spread Frequency Division
Multiple sebagai proses uplink pada jaringan generasi keempat (4G).
1.2 Latar Belakang Permasalahan
Standard teknologi wireless terus mengalami evolusi menjadi semakin baik, baik
dalam hal penyediaan layanan mobile broadband , kecepatan data dan area akses yang
semakin luas. Hal itu dilihat dari sisi pelanggan, sedangkan dari sisi penyedia
jaringan juga perlu desain jaringan yang lebih sederhana namun dapat bekerja
dengan seoptimal mungkin.
Multiple Access (MA) adalah fungsi dasar dalam sistem wireless cellular. Teknik
MA sendiri dibagi menjadi dua , yaitu pendekatan orthogonal dan non-orthogonal.
Pada pendekatan orthogonal, sinyal dari pengguna yang berbeda adalah saling
tegak lurus, atau dengan kata lain cross correlation kedua sinyal tersebut bernilai nol,
dimana dapat diperoleh dari Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division
Multiple Access (FDMA), dan Orthogonal-FDM (OFDM).
1
2
Sedangkan pendekatan non-orthogonal mengizinkan cross correlation yang
bernilai tidak nol diantara sinyal-sinyal yang berasal dari pengguna yang berbeda, seperti
pada Random Waveform Code Division Multiple Access (CDMA), Trellis Coded Multiple
Access (TCMA), dan Interleave Division Multiple Access (IDMA).
Jaringan 3G menggunakan dua protokol, yaitu High Speed Downlink Packet
Access (HSDPA) dengan kecepatan hingga 10Mbps dan High Speed Uplink Packet
Access (HSUPA) dengan kecepatan hingga 5.5Mbps. Untuk menjalankan protokol
tersebut jaringan 3G menggunakan teknik non-orthogonal CDMA.
Pada sistem CDMA, sinyal-sinyal dari pengguna yang berbeda-beda dan berada dalam sel
yang sama akan saling bercampur satu dengan yang lain (intra-cell interference). Sebagai
tambahan, Base Station (BS) juga menerima gangguan dari pengguna-pengguna pada sel
tetangga (intra-cell interference). Dalam sistem HSUPA, pengontrolan daya secara cepat
sangat dibutuhkan pada saat fluktuasi sesaat yang terjadi pada gangguan multi-user.
Terlebih lagi, sebagai proses transmisi uplink pada sistem HSUPA yang non-orthogonal,
sinyal dari masing-masing pemancar User Equipment (UE) adalah subjek dari pemancar
UE yang lain. Apabila kekuatan sinyal salah satu UE lebih kuat, maka akan sepenuhnya
memonopoli sinyal UE yang lebih lemah.
Jaringan 4G menggunakan teknik orthogonal, yang menggunakan skema
orthogonal multiple access seperti Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal
Frequency Division Multiplex (DFTS-OFDM) atau yang lebih dikenal dengan Single
Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) yang meliputi penyisipan dan
pengalokasian FDMA atau OFDM, pencampuran/ gangguan multi-user tidak terjadi
untuk mobilitas rendah dan kecil kemungkinan terjadi pada mobilitas sedang. Jaringan
3
4G menggunakan OFDM pada downlink dan DFTS-OFDM pada uplink. Oleh karena itu
pada jaringan 4G, ketidakstabilan pada semua pencampuran hanya terjadi dari inter-cell
interference.
Penggunaan OFDM dalam proses downlink serta DFTS-OFDM dalam proses
uplink pada jaringan 4G memiliki keuntungan dibandingkan penggunaan CDMA pada
jaringan 3G. Namun disamping kelebihan yang dimiliki OFDM, ada pula beberapa
kelemahan yang diderita. Salah satunya adalah nilai Peak to Average Power Ratio
(PAPR).
PAPR itu sendiri adalah pengukuran bentuk sinyal dengan cara penghitungan puncak
amplitude dari bentuk sinyal tersebut dibagi dengan nilai Root Mean Square (RMS) dari
bentuk sinyal tersebut.
DFTS-OFDM memiliki satu kelebihan dibandingkan dengan OFDM, yaitu
DFTS-OFDM memiliki nilai PAPR yang lebih kecil dikarenakan struktur dari DFTSOFDM itu sendiri.
Alasan pada transmisi uplink diperlukan nilai PAPR yang rendah adalah apabila
pada transmisi uplink nilai PAPR tinggi maka akan menyebabkan borosnya baterai pada
pengguna (UE). Hal ini perlu dihindari agar tidak merugikan pengguna.
Penjelasan mengenai DFTS-OFDM yang digunakan pada transmisi uplink
jaringan 4G masih jarang, dikarenakan di Indonesia pada khususnya jaringan 4G belum
dapat direalisasikan. Sedangkan untuk kepentingan telekomunikasi nantinya jaringan 4G
amatlah penting, dikarenakan kebutuhan masyarakat akan akses komunikasi yang cepat
dan mudah makin lama makin meningkat. Entah untuk kepentingan bersama seperti
pekerjaan yang mengharuskan pengiriman data dari satu perusahaan ke perusahaan lain
4
dengan cepat dan mudah, ataupun kepentingan pribadi seperti dapat menghubungi sanak
saudara yang berada jauh di luar kota bahkan luar negeri.
Pada paper-paper yang telah dipublikasikan, masih jarang yang membahas
DFTS-OFDM untuk proses uplink pada jarigan 4G secara mendetail, seperti paper
dengan judul “Lapisan Fisik Pada Teknologi Long Term Evolution di PT. Telkom R&D
Centre Bandung ” serta “Comparison of Single-Carrier FDMA vs. OFDMA as 3GPP
Long-Term Evolution Uplink” yang hanya membahas secara garis besar DFTS-OFDM.
Oleh karena ketidakadaan penjelasan menyeluruh mengenai DFTS-OFDM serta
nilai PAPR rendah yang dapat dihasilkan oleh DFTS-OFDM, maka penulis memutuskan
untuk membuat tugas akhir ini. Dengan adanya tugas akhir ini maka penulis berharap
dapat menjelaskan secara lebih detail apa itu DFTS-OFDM, mengapa digunakan pada
transmisi uplink jaringan 4G beserta nilai PAPR pada DFTS-OFDM. Dan juga karena
keinginan penulis untuk menjadikan tugas akhir ini sebagai jembatan bagi teknologiteknologi telekomunikasi yang nantinya pasti akan menggunakan sistem yang lebih
mumpuni daripada sistem DFTS-OFDM yang sekarang ini.
1.3 Sistematika Penulisan
1. Pendahuluan
1.1 Tujuan
1.2 Latar Belakang Masalah
1.3 Sistematika Penulisan
2. Dasar Teori
2.1 Perkembangan Telekomunikasi
5
2.1.1
Proses uplink pada Jaringan 3G
2.1.2
Jaringan Long Term Evolution (LTE)
2.1.2.1 LTE sebagai Kandidat Jaringan 4G
2.1.2.2 Proses uplink pada Jaringan LTE
2.1.3
Proses uplink pada Jaringan 4G
2.2 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
2.2.1
Prinsip Dasar OFDM
2.2.2
Sistematika OFDM
2.2.2.1 Demodulasi OFDM
2.2.2.2 Implementasi OFDM menggunakan IFFT/FFT
2.2.2.3 Penyisipan Cyclic Prefix
2.2.3
OFDM untuk downlink pada Jaringan 4G
2.3 Peak to Average Power Ratio (PAPR)
2.3.1
Definisi PAPR
2.3.2
PAPR pada OFDM
3. Discrete Fourier Transform Spread – Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(DFTS-OFDM)
3.1 Prinsip Dasar DFTS-OFDM
3.2 Analisis Matematis DFTS-OFDM
3.3 Penerima DFTS-OFDM
3.4 Jenis Pemetaan DFTS-OFDM
3.5 DFTS-OFDM untuk uplink pada Jaringan 4G
3.6 Desain Simulasi
6
4. PAPR pada DFTS-OFDM
4.1 PAPR pada DFTS-OFDM
4.2 Analisis Matematis PAPR pada DFTS-OFDM
4.3 Desain Simulasi
5. Kesimpulan
PENDAHULUAN
Bab satu ini membahas tujuan, latar belakang masalah, dan sistematika penulisan Tugas
Akhir yang berjudul ” Discrete Fourier Transform-Spread Orthogonal Frequency Division
Multiplexing pada Jaringan Generasi Keempat (4G) ”.
1.1 Tujuan
Menjelaskan transmisi Discrete Fourier Transform-Spread Frequency Division
Multiple sebagai proses uplink pada jaringan generasi keempat (4G).
1.2 Latar Belakang Permasalahan
Standard teknologi wireless terus mengalami evolusi menjadi semakin baik, baik
dalam hal penyediaan layanan mobile broadband , kecepatan data dan area akses yang
semakin luas. Hal itu dilihat dari sisi pelanggan, sedangkan dari sisi penyedia
jaringan juga perlu desain jaringan yang lebih sederhana namun dapat bekerja
dengan seoptimal mungkin.
Multiple Access (MA) adalah fungsi dasar dalam sistem wireless cellular. Teknik
MA sendiri dibagi menjadi dua , yaitu pendekatan orthogonal dan non-orthogonal.
Pada pendekatan orthogonal, sinyal dari pengguna yang berbeda adalah saling
tegak lurus, atau dengan kata lain cross correlation kedua sinyal tersebut bernilai nol,
dimana dapat diperoleh dari Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division
Multiple Access (FDMA), dan Orthogonal-FDM (OFDM).
1
2
Sedangkan pendekatan non-orthogonal mengizinkan cross correlation yang
bernilai tidak nol diantara sinyal-sinyal yang berasal dari pengguna yang berbeda, seperti
pada Random Waveform Code Division Multiple Access (CDMA), Trellis Coded Multiple
Access (TCMA), dan Interleave Division Multiple Access (IDMA).
Jaringan 3G menggunakan dua protokol, yaitu High Speed Downlink Packet
Access (HSDPA) dengan kecepatan hingga 10Mbps dan High Speed Uplink Packet
Access (HSUPA) dengan kecepatan hingga 5.5Mbps. Untuk menjalankan protokol
tersebut jaringan 3G menggunakan teknik non-orthogonal CDMA.
Pada sistem CDMA, sinyal-sinyal dari pengguna yang berbeda-beda dan berada dalam sel
yang sama akan saling bercampur satu dengan yang lain (intra-cell interference). Sebagai
tambahan, Base Station (BS) juga menerima gangguan dari pengguna-pengguna pada sel
tetangga (intra-cell interference). Dalam sistem HSUPA, pengontrolan daya secara cepat
sangat dibutuhkan pada saat fluktuasi sesaat yang terjadi pada gangguan multi-user.
Terlebih lagi, sebagai proses transmisi uplink pada sistem HSUPA yang non-orthogonal,
sinyal dari masing-masing pemancar User Equipment (UE) adalah subjek dari pemancar
UE yang lain. Apabila kekuatan sinyal salah satu UE lebih kuat, maka akan sepenuhnya
memonopoli sinyal UE yang lebih lemah.
Jaringan 4G menggunakan teknik orthogonal, yang menggunakan skema
orthogonal multiple access seperti Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal
Frequency Division Multiplex (DFTS-OFDM) atau yang lebih dikenal dengan Single
Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) yang meliputi penyisipan dan
pengalokasian FDMA atau OFDM, pencampuran/ gangguan multi-user tidak terjadi
untuk mobilitas rendah dan kecil kemungkinan terjadi pada mobilitas sedang. Jaringan
3
4G menggunakan OFDM pada downlink dan DFTS-OFDM pada uplink. Oleh karena itu
pada jaringan 4G, ketidakstabilan pada semua pencampuran hanya terjadi dari inter-cell
interference.
Penggunaan OFDM dalam proses downlink serta DFTS-OFDM dalam proses
uplink pada jaringan 4G memiliki keuntungan dibandingkan penggunaan CDMA pada
jaringan 3G. Namun disamping kelebihan yang dimiliki OFDM, ada pula beberapa
kelemahan yang diderita. Salah satunya adalah nilai Peak to Average Power Ratio
(PAPR).
PAPR itu sendiri adalah pengukuran bentuk sinyal dengan cara penghitungan puncak
amplitude dari bentuk sinyal tersebut dibagi dengan nilai Root Mean Square (RMS) dari
bentuk sinyal tersebut.
DFTS-OFDM memiliki satu kelebihan dibandingkan dengan OFDM, yaitu
DFTS-OFDM memiliki nilai PAPR yang lebih kecil dikarenakan struktur dari DFTSOFDM itu sendiri.
Alasan pada transmisi uplink diperlukan nilai PAPR yang rendah adalah apabila
pada transmisi uplink nilai PAPR tinggi maka akan menyebabkan borosnya baterai pada
pengguna (UE). Hal ini perlu dihindari agar tidak merugikan pengguna.
Penjelasan mengenai DFTS-OFDM yang digunakan pada transmisi uplink
jaringan 4G masih jarang, dikarenakan di Indonesia pada khususnya jaringan 4G belum
dapat direalisasikan. Sedangkan untuk kepentingan telekomunikasi nantinya jaringan 4G
amatlah penting, dikarenakan kebutuhan masyarakat akan akses komunikasi yang cepat
dan mudah makin lama makin meningkat. Entah untuk kepentingan bersama seperti
pekerjaan yang mengharuskan pengiriman data dari satu perusahaan ke perusahaan lain
4
dengan cepat dan mudah, ataupun kepentingan pribadi seperti dapat menghubungi sanak
saudara yang berada jauh di luar kota bahkan luar negeri.
Pada paper-paper yang telah dipublikasikan, masih jarang yang membahas
DFTS-OFDM untuk proses uplink pada jarigan 4G secara mendetail, seperti paper
dengan judul “Lapisan Fisik Pada Teknologi Long Term Evolution di PT. Telkom R&D
Centre Bandung ” serta “Comparison of Single-Carrier FDMA vs. OFDMA as 3GPP
Long-Term Evolution Uplink” yang hanya membahas secara garis besar DFTS-OFDM.
Oleh karena ketidakadaan penjelasan menyeluruh mengenai DFTS-OFDM serta
nilai PAPR rendah yang dapat dihasilkan oleh DFTS-OFDM, maka penulis memutuskan
untuk membuat tugas akhir ini. Dengan adanya tugas akhir ini maka penulis berharap
dapat menjelaskan secara lebih detail apa itu DFTS-OFDM, mengapa digunakan pada
transmisi uplink jaringan 4G beserta nilai PAPR pada DFTS-OFDM. Dan juga karena
keinginan penulis untuk menjadikan tugas akhir ini sebagai jembatan bagi teknologiteknologi telekomunikasi yang nantinya pasti akan menggunakan sistem yang lebih
mumpuni daripada sistem DFTS-OFDM yang sekarang ini.
1.3 Sistematika Penulisan
1. Pendahuluan
1.1 Tujuan
1.2 Latar Belakang Masalah
1.3 Sistematika Penulisan
2. Dasar Teori
2.1 Perkembangan Telekomunikasi
5
2.1.1
Proses uplink pada Jaringan 3G
2.1.2
Jaringan Long Term Evolution (LTE)
2.1.2.1 LTE sebagai Kandidat Jaringan 4G
2.1.2.2 Proses uplink pada Jaringan LTE
2.1.3
Proses uplink pada Jaringan 4G
2.2 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
2.2.1
Prinsip Dasar OFDM
2.2.2
Sistematika OFDM
2.2.2.1 Demodulasi OFDM
2.2.2.2 Implementasi OFDM menggunakan IFFT/FFT
2.2.2.3 Penyisipan Cyclic Prefix
2.2.3
OFDM untuk downlink pada Jaringan 4G
2.3 Peak to Average Power Ratio (PAPR)
2.3.1
Definisi PAPR
2.3.2
PAPR pada OFDM
3. Discrete Fourier Transform Spread – Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(DFTS-OFDM)
3.1 Prinsip Dasar DFTS-OFDM
3.2 Analisis Matematis DFTS-OFDM
3.3 Penerima DFTS-OFDM
3.4 Jenis Pemetaan DFTS-OFDM
3.5 DFTS-OFDM untuk uplink pada Jaringan 4G
3.6 Desain Simulasi
6
4. PAPR pada DFTS-OFDM
4.1 PAPR pada DFTS-OFDM
4.2 Analisis Matematis PAPR pada DFTS-OFDM
4.3 Desain Simulasi
5. Kesimpulan