Simulasi Komunikasi Digital Pada Kanal Flat Fading Dengan Diversitas Ruang Menggunakan Turbo Decoding.

(1)

ABSTRAK

Tujuan dasar komunikasi adalah pengiriman data atau informasi dari satu tempat ke tempat lain. Pada kenyataannya, transmisi data atau informasi yang diterima tidak sama dengan informasi yang dikirim. Hal ini dikarenakan adanya error saat pengiriman informasi.

Teknik Estimasi Fasa dalam Tugas Akhir ini dimaksudkan untuk melakukan proses sinkronisasi pada sinyal informasi atau data yang diterima di receiver. Caranya yakni dengan memperolehnya langsung dari sinyal carrier yang termodulasi, sehingga diperoleh sinyal informasi atau data yang murni.

Turbo Coding merupakan teknik pengkodean kanal (channel coding) dengan kinerja yang sangat baik dan potensial dikembangkan beberapa tahun belakangan ini. Teknik pengkodean ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1993 dan dinyatakan mampu mendekati batas kinerja teoritis, yaitu mencapai BER 10−5_{pada E}

b/N0 sebesar 0,7 dB.

Pada dasarnya Turbo Code merupakan kode-kode konvolusi terangkai secara sistematis yang tersusun paralel. Di sisi encoder, bit-bit informasi sebagai masukan encoder pertama dilakukan proses interleaver sehingga menghasilkan bit acak sebagai masukan encoder berikutnya sehingga menghasilkan sinyal yang terdiri dari bit informasi diikuti bit paritinya. Pada Tugas Akhir ini, decoder yang digunakan menggunakan penerapan algoritma MAP.

(2)

ABSTRACT

Basic purpose of communication is to send data or information from one place to other place. In fact, the transmission data or information is not as same as the received one. This is because error when transmission information happen.

In this Final Project, an estimation phase technique is meant to be synchronize the process on information signal or data at the receiver. An estimation phase technique is implemented on a modulated carrier signal, so that produces an information signal or a pure data.

Turbo code is a channel coding scheme that is a most exciting and potentially important development in coding theory in many years. It is introduced firstly in 1993 and claimed to achive near limit error correction performance with required Eb/ No of 0.7 dB for BER of 10−5.

In fact, turbo code is a parallel concatenated recursive systematic convolutional code. The information bits at the input of the first encoder are scrambled by the interleaver before entering the next encoder. The codewords of parallel concatenated code consist of the information bits followed by parity check bits of all encoders. In this Final Project, this decoder was implemented by the MAP algorithm.

(3)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN SURAT PERNYATAAN

ABSTRAK ………....……….………….i

ABSTRACT ………....……….…………ii

KATA PENGANTAR ………...………...…iii

DAFTAR ISI ………...v

DAFTAR GAMBAR ………...vii

BAB I PENDAHULUAN ……….……….1

I.1 Latar Belakang ….……….1

I.2 Identifikasi Masalah ………….……….2

I.3 Tujuan ……….……….2

I.4 Pembatasan Masalah ……….……….2

I.5 Sistematika Penulisan ……….……….3

BAB II DASAR TEORI ……….……….4

II.1 Sistem Komunikasi Digital ....……….……….4

II.2 Kanal ..….…..……...……….……….5

II.2.1 Kanal Fading ……....………...7

II.2.2 Karakteristik Fading ...……...………...9

II.3 Pengkodean Kanal (Channel Code) …..………...9

II.4 Kode Turbo (Turbo Code) ……...………...9

II.4.1 Turbo Encoder ………....10

II.4.1.1 Recursive Systematic Convolutional Encoder (RSC Encoder)…...…...11

II.4.1.2 Interleaver ...12

II.4.2 Turbo Decoder ……….………...12

II.4.2.1 Algoritma Log-MAP ……….………...13

II.5 Diversitas ……….…………...14

II.5.1 Teknik-Teknik Diversitas ……….………...14

(4)

BAB III PERANCANGAN ………...17

III.1 Perancangan Sistem ………...17

III.2 Cara Kerja Sistem ………...17

BAB IV SIMULASI DAN ANALISA ………...19

IV.1 Tampilan BER (Bit Error Rate) Hasil Simulasi ………...19

IV.1.1 Tampilan BER pada Kanal Flat Fading dengan Diversitas menggunakan Turbo Decoding (asumsi F_DT=0.01) …………...19

IV.1.2 Tampilan BER pada Kanal Flat Fading dengan Diversitas menggunakan Turbo Decoding (asumsi F_DT=0.05) …………...20

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………...22

V.1 Kesimpulan ………...22

V.2 Saran ………...22

DAFTAR PUSTAKA ...23 LAMPIRAN A: LISTING PROGRAM

(5)

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Elemen Dasar Sitem Komunikasi Dijital ………4

Gambar II.2 Binary Symetric System ....………6

Gambar II.3 Contoh Probabilitas Transisi State Fasa pada Model Markov Diskrit (8-state fasa) ...………8

Gambar II.4 Skematik dari Turbo Encoder ...10

Gambar II.5 Contoh Skematik RSC Encoder dengan m = 2 ……...…11

Gambar II.6 Skematik Turbo Decoder ………..13

Gambar II.7 Equal Gain Combiner ………..16

Gambar II.8 Selection Combiner ...16

Gambar III.1 Blok Diagram Sistem ...17

Gambar IV.1 Tampilan BER (asumsi F_DT =0.01) ……...…………...19

(6)

(7)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Peningkatan kebutuhan pertukaran informasi merupakan karakteristik dari peradaban dunia modern yang kian berkembang maju, hal ini sekaligus berimbas masuk dalam segala aspek kehidupan manusia. Untuk itu diperlukan transfer informasi dari sumber menuju tujuan dengan berbagai macam mekanisme dan teknik sehingga diperoleh kualitas dari bit-bit atau bagian informasi yang diterima sesuai dengan informasi yang dikirim. Pada sistem telekomunikasi, informasi yang dikirim umumnya akan mengalami berbagai gangguan baik itu yang berasal dari dalam maupun dari luar sistem, yang menyebabkan penurunan keandalan informasi. Oleh karena itu diperlukan suatu cara untuk mengatasi kendala tersebut, diantaranya dengan meningkatkan daya sinyal pengirim sehingga diperoleh Signal to Noise Ratio (SNR) yang tinggi. Dapat juga dengan menggunakan suatu proses pengkodean informasi sehingga kesalahan yang muncul dapat dikoreksi.

Proses pengkodean informasi dapat dilakukan dengan bermacam-macam cara, dengan memperhitungkan berbagai macam hal antara lain struktur data, tipe informasi yang akan dikirimkan, rate data yang diperlukan, pembatasan daya dan bandwidth yang digunakan, jenis aplikasi yang disediakan serta efisiensi yang diperlukan. Dari teori-teori yang ada tentang koreksi kesalahan terdapat banyak kode yang bisa digunakan, akan tetapi pada aplikasi yang membutuhkan kemampuan koreksi kesalahan yang tinggi biasanya diperlukan pengkodean yang panjang sehingga menyebabkan struktur encoding / decoding yang kompleks.

Untuk mengatasi kendala tersebut di atas, salah satu solusinya yakni dengan menggunakan channel coding yang menggunakan kode-kode terangkai sehingga diperoleh kesalahan bit yang rendah dengan tingkat kompleksitas dekoder yang rendah.

Kontrol kesalahan (error control) merupakan mekanisme untuk mendeteksi dan mengoreksi kesalahan yang terjadi pada pentransmisian

(8)

frame informasi. Metode yang dikembangkan antara lain Automated Repeat Request (ARQ) dan Forward Error Correction (FEC). Pada metode ARQ digunakan pengiriman kembali frame-frame data yang oleh penerima dapat terdeteksi kesalahannya, sedangkan metode FEC menggunakan mekanisme encoding-decoding tertentu sehingga dari bit-bit yang diterima dapat diperkirakan bagaimana bit-bit terkirimnya tanpa harus dilakukan pengiriman ulang. Keuntungan metode ARQ dari metode FEC adalah adanya error deteksi yang lebih handal daripada error koreksi sedangkan kerugiannya adalah adanya pengulangan frame data yang menyebabkan penurunan efisiensi penggunaan kanal transmisi.

Pada tahun 1993, Berrou, Glavieux dan Thitimajshima mengembangkan suatu teknik pengkodean kanal yang dapat mengoreksi kesalahan sinyal yang telah diterima di receiver menggunakan kode-kode konvolusi terangkai secara paralel (Parallel Concatenated Convolutinonal Code) dengan kemampuan koreksi error yang cukup baik dan kompleksitas dekodernya relatif sederhana. Teknik pengkodean ini disebut Turbo Code.

I.2 Identifikasi Masalah

Bagaimana proses dan kinerja komunikasi data digital melewati kanal flat fading dengan menambahkan diversitas ruang menggunakan teknik pengkodean kanal berupa turbo decoding?

I.3 Tujuan

Mengetahui dan menganalisa proses dan kinerja komunikasi data digital melewati kanal flat fading dengan menambahkan diversitas ruang menggunakan teknik pengkodean kanal berupa turbo decoding

(9)

3. Teknik Estimasi Fasa yang dilakukan langsung diperoleh dari sinyal carrier yang termodulasi.

4. Pemrograman menggunakan Matlab 6.5

I.5 Sistematika Penulisan

Laporan Tugas Akhir ini terurai menjadi lima bab utama. Untuk memperjelas penulisan laporan ini, akan diterangkan secara singkat sistematika beserta uraian dari masing-masing bab, yaitu :

1. BAB I PENDAHULUAN

Bab ini akan menjelaskan mengenai latar belakang penulisan laporan Tugas Akhir, mengidentifikasi masalah dan tujuan penyusunan laporan Tugas Akhir, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan Tugas Akhir ini.

2. BAB II DASAR TEORI

Bab ini memberikan penjelasan singkat mengenai teori-teori penunjang antara lain mengenai kanal Flat fading, Turbo code, Estimasi Fasa, Teknik Diversitas, yang kesemuanya itu akan menjadi dasar dari perancangan sistem dalam Tugas Akhir ini.

3. BAB III PERANCANGAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan implementasi dari sistem pengiriman dan penerimaan data atau informasi yang akan dibuat. 4. BAB IV SIMULASI DAN ANALISA

Pada bab ini akan menampilkan dan menganalisa hasil pengujian terhadap sistem pengiriman dan penerimaan data atau informasi yang telah dirancang.

5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini menyimpulkan hasil perancangan dan memberikan saran-saran mengenai hal-hal yang mungkin harus ditambah atau dikurangi pada simulasi yang telah dibuat untuk mendapatkan hasil yang lebih baik.

(10)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan

1. Simulasi komunikasi digital pada kanal flat fading dengan diversitas ruang menggunakan turbo decoding telah dapat disimulasikan.

2. Adanya diversitas ruang pada kanal flat fading turut memperbaiki kinerja kanal flat fading itu sendiri. Hal ini ditunjukkan dengan penurunan BER (Bit Error Rate) jika ditambahkan diversitas ruang.

V.2 Saran

Bisa dikembangkan dan diujikan sistem komunikasi digital yang sama seperti pada Tugas Akhir ini, namun pada kanal dengan karakteristik Fast Fading.

(11)

DAFTAR PUSTAKA

1. Akihisha, Ushirokawa., Toshihiko, Okamura., Norifumi, Kamiya, and Branka, Vucetic., “Principles of Turbo Codes and Their Application to Mobile Communication”, JEICE Trans. Fundamental. Vol E81-A, No. 7 July 1998.

2. C. Komninakis, “Joint Channel Estimation and Decoding for Wireless Channel”, Ph.D. thesis, University of California, Los Angeles, December 2000.

3. Haykin, Simon., “Communication Systems”, John Wiley and Sons, 1990 4. Matthew C. Valenti, “An Introduction to Turbo Codes”, Bradley Department

Of Electrical Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia USA.

5. Proakis, John G., “Digital Communication, 3rd ed”, McGraw-Hill, New York, 1995.

6. Rappaport, Theodore S., “Wireless Communication”, Prentice Hall, New Jersey, 1996.

6. Rudito, Putratama., “Simulasi Kode-Kode Konvolusional yang Dirangkaikan Secara Paralel dan Serial dengan Pengkodean Iterasi”, Tugas Akhir, Institut Teknologi Bandung, 1999.

7. Sweeney, Peter., “Error Control Coding an Intoduction”, Prentice Hall International (UK) Ltd, 1991.

8. Sergio Benedetto, “Design of Parallel Concatenated Convolutional Codes” IEEE Transaction On Communication, Vol. 44, No. 5, May 1996.

(1)

Universitas Kristen Maranatha vi

(2)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Kontrol kesalahan (error control) merupakan mekanisme untuk mendeteksi dan mengoreksi kesalahan yang terjadi pada pentransmisian

(3)

Universitas Kristen Maranatha 2

frame informasi. Metode yang dikembangkan antara lain Automated Repeat

Request (ARQ) dan Forward Error Correction (FEC). Pada metode ARQ

digunakan pengiriman kembali frame-frame data yang oleh penerima dapat terdeteksi kesalahannya, sedangkan metode FEC menggunakan mekanisme

encoding-decoding tertentu sehingga dari bit-bit yang diterima dapat diperkirakan

bagaimana bit-bit terkirimnya tanpa harus dilakukan pengiriman ulang. Keuntungan metode ARQ dari metode FEC adalah adanya error deteksi yang lebih handal daripada error koreksi sedangkan kerugiannya adalah adanya pengulangan frame data yang menyebabkan penurunan efisiensi penggunaan kanal transmisi.

error yang cukup baik dan kompleksitas dekodernya relatif sederhana. Teknik

pengkodean ini disebut Turbo Code.

I.2 Identifikasi Masalah

Bagaimana proses dan kinerja komunikasi data digital melewati kanal flat

fading dengan menambahkan diversitas ruang menggunakan teknik pengkodean

kanal berupa turbo decoding?