E019-1 ANALISIS PERBANDINGAN KINERJA M-QAM DAN M-PSK PADA TEKNOLOGI LONG TERM EVOLUTION (LTE)

  

ANALISIS PERBANDINGAN

KINERJA M-QAM DAN M-PSK PADA TEKNOLOGI LONG TERM

_{1) 2) 3)}

EVOLUTION (LTE)

Tjandra Susila , Suhartati Agoes , Inike Zumara

  1), 2) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti

  

E-mail

  3) Alumni Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Industri, Universitas Trisakti

  

Abstrak

Teknologi wireless yang semakin berkembang saat ini memerlukan fleksibilitas dalam hal penerapan

layanan kecepatan transmisi data yang lebih tinggi, cakupan area yang semakin luas, latency yang

lebih rendah, spektrum yang lebih lebar dan teknologi paket radio yang lebih optimal, oleh karena itu

Long Term Evolution (LTE) dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan tersebut.Dalam penelitian

ini, analisis yang dilakukan adalah untuk mengetahui besarnya pengaruh noise atau Symbol Error

Rate (SER) terhadap nilai energi simbol rata-rata (E /N ) dilakukan dengan membandingkan modulasi

_s

16-QAM dengan 16-PSK dan 64-QAM dengan 64-PSK dengan menggunakan perangkat lunak

_-3

Matlab 7.1. Dari hasil penelitian tersebut, untuk mendapatkan nilai SER = 10 modulasi 16-PSK

memerlukan (E /N ) yang lebih besar 4 dB dibandingkan dengan modulasi 16-QAM, sedangkan

_s

modulasi 64-PSK memerlukan (E /N ) yang lebih besar 8 dB dibandingkan dengan modulasi 64-

_s

QAM. Sehingga pada teknologi LTE dipilih modulasi 16-QAM dan 64-QAM yang memerlukan E /N

_s yang lebih kecil yang berarti memerlukan daya pancar lebih kecil.

  Kata kunci : LTE, M-QAM, M-PSK, SER, E /N _s Pendahuluan

  Perkembangan teknologi mobile communication yang semakin pesat memerlukan fleksibilitas dalam hal penerapan layanan kecepatan transmisi data dengan area yang semakin luas.

  

Noise dapat menyebabkan kesalahan pada informasi yang diterima, adanya kerusakan simbol bit

  data yang diterima karena adanya noise. Noise tidak sepenuhnya dapat dihilangkan melainkan hanya dapat dikurangi dengan penggunaan sistem modulasi digital yang tepat melalui perhitungan

  

Symbol Error Rate (SER) (Simon Haykin, 2001). SER adalah jumlah kesalahan simbol yang

  diterima dibagi dengan jumlah total simbol yang dikirimkan. Oleh karena itu, kurva SER dapat digambarkan dalam hubungan SER dengan besar nilai E N (energy per symbol to noise power _s spectral density ratio ) yang dinyatakan dalam deciBell (dB).

  Aplikasi modulasi digital M-QAM dan M-PSK mulai banyak digunakan karena mempunyai kelebihan yang dapat mentransmisikan data dengan kecepatan tinggi, kebal terhadap

  

noise dan dapat memberikan efisiensi spektrum. Hal inilah yang menjadi alasan pemilihan M-

  QAM dan M-PSK untuk diimplementasikan pada teknologi wireless broadband LTE. Oleh karena itu, perlu dilakukan suatu penelitian untuk mengkaji sistem modulasi M-QAM dan M-PSK yang diaplikasikan pada LTE dalam menangani noise saat mentransmisikan data. (Kurniawan Usman et al, 2012; R.Yusup, 2010)

  Studi Pustaka Pengenalan Long Term Evolution (LTE)

  LTE merupakan suatu proyek dalam Third Generation Partnership Project (3GPP) yang

  

dirancang untuk menyediakan efisiensi spektrum yang lebih baik, peningkatan kapasitas radio,

latency dan biaya operasional yang rendah bagi operator serta layanan mobile broadband kualitas

tinggi untuk para pengguna. LTE dapat beroperasi pada salah satu pita spektrum seluler yang telah

  dialokasikan yang termasuk dalam standar IMT-2000 (450, 850, 900, 1800, 1900, 2100 MHz) maupun pada pita spektrum yang baru seperti 700 MHz dan 2,5 GHz.

  Arsitektur jaringan Long Term Evolution

  Jaringan LTE memiliki arsitektur dirancang untuk tujuan mendukung trafik packet

  

switching dengan mobilitas tinggi, quality of service (QoS), dan latency yang kecil sehingga semua

  layanan termasuk layanan voice menggunakan koneksi paket. Arsitektur jaringan LTE dirancang sesederhana mungkin, yang hanya terdiri dari dua node yaitu eNodeB dan mobility management entity/gateway (MME/GW).

  Gambar 1. Arsitektur jaringan Long Term Evolution (LTE). Arsitektur jaringan LTE seperti pada Gambar 1 terdiri dari beberapa eNB (eNode B) yang menyediakan akses dari UE ke EUTRAN. Sesama eNB saling berhubungan satu sama lain melalui

  

interface yang disebut X2. MME/S-GW menyediakan koneksi antara eNB dengan interface yang

  disebut S1. X2 dan S1 keduanya mendukung UE dan S-GW. Keduanya juga menyediakan dynamic

  

scheduling dari UE dan juga data stream. eNode B merupakan merupakan radio base station yang

  mengontrol semua fungsi yang berhubungan dengan radio di bagian sistem yang tetap. Khusus untuk base station (BS) seperti eNodeB didistribusikan melalui area coverage jaringan, tiap eNodeB yang letaknya berdekatan pada antena radio yang sebenarnya.

  Adaptive Modulation Coding (AMC)

  Modulasi adaptif memungkinkan LTE mengatur pola sinyal modulasi bergantung pada kondisi signal to noise ratio (SNR) radio link, di mana pada kondisi radio link dengan kualitas yang baik, digunakan pola modulasi yang terbaik pula, sehingga memberikan sistem dengan kapasitas yang lebih besar. Akibat adanya sinyal fade, modulasi pada LTE dapat beralih ke pola modulasi dengan kualitas yang lebih rendah untuk menjaga kestabilan kualitas hubungan. Sebagai sarana untuk mendapatkan pola modulasi yang tetap maka dalam perhitungannya digunakan parameter pada kondisi yang paling buruk.(Lingga Wardhana, 2011)

  Modulasi adaptif seperti 64 QAM digunakan di lokasi yang dekat dengan BS dimana kualitas sinyal paling baik dan modulasi ini terdegradasi ke level yang lebih rendah seperti QPSK sesuai dengan penurunan kualitas sinyal dan untuk memperoleh jangkauan yang lebih jauh. QPSK termasuk kategori low order modulasi karena QPSK hanya terdiri dari 4 simbol (simbol yang berdekatan berbeda phasa 90 derajat ) dan setiap simbol terdiri dari 2 bit. Selain itu, QPSK digunakan pada saat kondisi kanal antara pengirim dan penerima dalam kondisi buruk (nilai SNRnya rendah). Kelebihan modulasi QPSK yaitu lebih tahan terhadap interferensi dan kelemahannya adalah laju bit yang rendah.

  Gambar 2 menunjukkan diagram konstelasi QPSK.

  Gambar 2. Diagram Konstelasi Modulasi QPSK Sinyal QPSK dapat dituliskan seperti persamaan (1) sebagai berikut: (Sandy Siburian, 2011).

  E

  2 π ^{s  } +

  dimana 0 ≤ t ≤ T s , i = 1, 2, 3, 4 (1)

  S t f t i cos

  2

  2

  1 _{QPSK c} ( ) = π ( − ) T _{s  }

4 Dimana: E s = Energi simbol

  T s = durasi simbol Sedangkan probabilitas kesalahan simbol (SER) yang dimiliki QPSK dapat dirumuskan seperti persamaan (2) di bawah ini: (Simon Haykin, 2001).

   E  _{s  } π  

  (2)

  P erfc sin _{e  } ≈  

  N

  4    

  Modulasi 16-QAM adalah modulasi QAM yang memiliki 16 simbol yang masing-masing simbol mengandung 4 bit data yang berbeda yang akan ditransmisikan (0000, 0001, 0010........1111). Hasil 16 simbol ini diperoleh melalui 3 perubahan amplitudo dan 12 perubahan sudut fasa yang berbeda. Konstelasi 16-QAM dapat digambarkan pada Gambar 3 di bawah ini:

  Gambar 3 Diagram Konstelasi 16-QAM Berdasarkan Gambar 3 diatas, dengan modulasi 16-QAM, maka dibuat kelompok bit

  (word) yang terdiri dari 4 bit, yang tergantung dari kombinasi 0 dan 1 pada setiap word, sehingga setiap word dapat dikorespondensikan ke setiap konstelasi. Probabilitas kesalahan 3simbol (SER) untuk modulasi 16-QAM dapat dirumuskan seperti persamaan (3) di bawah ini: (Simon Haykin, 2001).

   

  3

  1 E _s

  (3)

    P erfc _e ≈

   

  2

10 N

   

  Modulasi 64 QAM adalah modulasi QAM yang memiliki 64 simbol yang masing-masing simbol mengandung 6 bit data yang berbeda yang akan ditransmisikan (000000, 000001, 000010........111111). Hasil 64 simbol ini diperoleh melalui 9 perubahan amplitudo dan 52 perubahan fasa pada carrier.

  Modulasi 64-QAM mempunyai kekurangan yaitu dalam menentukan decision threshold yang rentan terhadap gangguan non linier dari kanal, karena itu modulasi 64-QAM lebih sensitif terhadap distorsi atau noise. Konstelasi 64-QAM digambarkan seperti pada Gambar 4 berikut:

  Gambar 4. Diagram Konstelasi 64-QAM Probabilitas kesalahan simbol (SER) untuk modulasi 64-QAM dapat dirumuskan seperti persamaan (4) dibawah ini:

7 N

  Hasil dan Pembahasan

  Bersambung

  0,33 4,3 x 10 ^-3 24 0,27 1,2 x 10

• ^-3 25 0,22 2 x 10 ^-4

  2,70 x10 ^-8 0,38 0,01 23 1,00 x10

• ^-4 4,00 x10 ^-10

  0,49 0,06 21 0,002 7,84 x10

• ^-7 0,43 0,03 22 5,00 x10 ^-4

  0,58 0,15 19 0,014 1,01 x10

• ^-4 0,53 0,09 20 0,006 1,16 x10 ^-5

  10 0,38 0,24 0,83 0,87 11 0,32 0,17 0,80 0,78 12 0,27 0,11 0,78 0,69 13 0,22 0,07 0,75 0,59 14 0,17 0,04 0,72 0,49 15 0,12 0,02 0,69 0,39 16 0,08 7,16x10 ^-3 0,66 0,31 17 0,05 2,32 x10

• ^-3 0,62 0,22 18 0,03 5,73 x10 ^-4

  2 0,72 0,86 0,93 1,38 3 0,69 0,79 0,92 1,33 4 0,66 0,72 0,91 1,28 5 0,62 0,64 0,90 1,23 6 0,58 0,56 0,89 1,17 7 0,54 0,48 0,87 1,10 8 0,48 0,39 0,86 1,03 9 0,43 0,31 0,84 0,95

  64-PSK 64-QAM 0,78 0,98 0,94 1,45 1 0,75 0,92 0,94 1,42

  SER (Symbol Error Rate) 16-PSK 16-QAM

  E s /N [dB]

  Tabel 1. Nilai SER terhadap E _s /N untuk modulasi 16-PSK dengan 16-QAM dan 64-PSK dengan 64-QAM.

  Perbandingan perhitungan nilai Symbol Error Rate (SER) terhadap E s /N dengan menggunakan alat bantu program Matlab 7.1 (Krishna Sankar, 2011) seperti terdapat pada Tabel 1.

     

     

  3. Melakukan perhitungan SER dengan menggunakan alat bantu Matlab versi 7.1

  2. Penentuan parameter yang digunakan dalam menghitung probabilitas Symbol Error Rate (SER)

  Metodologi penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Mengkaji masalah dengan berbagai referensi (buku dan jurnal) yang mendukung.

  Metodologi Penelitian

  bersifat mengganggu sinyal asli, serta kehadirannya tidak bisa diprediksi. Hal ini dapat menyebabkan kesalahan pada informasi yang diterima dan besar noise tidak dapat ditentukan secara pasti tetapi hanya dapat dirumuskan probabilitas ataupun kisaran nilai (range) nya saja.

  Noise merupakan sinyal lain yang tidak diharapkan dalam sistem telekomunikasi karena

  (4)

  E P erfc ^s _e

  4

  1

  42

  × ≈

  4. Menganalisis hasil perhitungan SER dengan membandingkan modulasi yang digunakan 16-PSK dengan 16-QAM, 64-PSK dengan 64-QAM 5. Mengambil kesimpulan dari hasil penelitian ini.

  26 0,16 27 0,12 28 0,08 29 0,05 30 0,03 31 0,014 32 5.7 x 10 ^-3 33 1.9 x 10

• ^-3 34 5 x 10 ^-4 35 1 x 10 ^-4

  36

  37

  38

  39

  40 Dari hasil perhitungan nilai Symbol Error Rate (SER) terhadap E s /N dengan alat bantu program Matlab 7.1 yang terdapat pada Tabel 1 menunjukkan bahwa pada Gambar 5 di bawah merupakan grafik representasi nilai-nilai sebagai hasil perhitungan SER untuk modulasi 16-PSK dengan 16-QAM.

  

Symbol error probability curve for 16-PSK and 16-QAM m odulation

theory-16PSK theory-16QAM

10 Es/No [dB]

  15

  20

  10

  10 ^-5

  10 ^-4

  10 ^-3

  10 ^-2

  10 ^-1

  Sy m b o l E rr o r R a te [ S E R ]

  5

  Gambar 5. Grafik perhitungan nilai SER terhadap E _s /N untuk modulasi 16-PSK dan modulasi 16-QAM

  Pada perhitungan nilai SER dengan menggunakan modulasi 64-PSK dan modulasi 64- QAM, level bit modulasi yang digunakan adalah 6 bit, sedangkan nilai E s /N besarnya bervariasi dari 0-40 dB. Perbandingan nilai SER modulasi 64-PSK dan modulasi 64-QAM terdapat pada Tabel 1 dengan grafik representasi nilai-nilai SER tersebut seperti pada Gambar 6 di bawah ini.

  25

  

Symbol error probability curve for 64-PSK and64-QAM m odulation

  10 theory-64PSK

• _-1 theory64QAM

  10 ] R E S _-2 [

  10 te a R r o rr E _-3 l

  10 o b m Sy

• _-4

  10 _-5

  10

  5

  10

  15

  

20

  25

  30

  35

  40 Es/No [dB] Gambar 6. Grafik perhitungan nilai SER terhadap E s /N untuk modulasi 64-QAM dan 64-PSK.

  Grafik pada Gambar 6 diatas menghasilkan bahwa dengan menggunakan modulasi 64- QAM memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan modulasi 64-PSK karena nilai SER yang dihasilkan lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan modulasi 64- PSK. Hal ini disebabkan karena titik-titik simbol modulasi 64-PSK memiliki jarak lebih dekat satu sama lain dibandingkan titik-titik simbol dengan modulasi 64-QAM.

  Kesimpulan

  1. Dari hasil perhitungan didapat bahwa M-ary QAM untuk 16-QAM dan 64-QAM mempunyai nilai SER lebih rendah dibandingkan M-ary PSK untuk 16-PSK dan 64-PSK

  2. Simbol modulasi 64 (64-PSK dan 64-QAM) mempunyai nilai SER yang lebih tinggi dibandingkan simbol modulasi 16 (16-PSK dan 16-QAM) sehingga lebih rentan terhadap

  noise .

  3. Modulasi 16-PSK memerlukan daya lebih besar 4dB dibandingkan dengan modulasi 16- _-3 QAM untuk nilai SER 10

  4. Modulasi 64-PSK memerlukan daya lebih besar 8 dB dibandingkan dengan modulasi 64- _-3 QAM untuk nilai SER 10 .

  Daftar Pustaka

  1. Haykin, Simon. “Communication System”. Fourth Edition.John Wiley and Sons. 2001

  2. R.Yusup. “Lapisan Teknologi Long Term evolution (LTE) di PT.Telkom R&D Center

  Bandung ”. Bandung. 2010

  3. Sankar, Krishna. “Comparing 16 PSK vs 16 QAM for symbol error rate”. 2008. From

   15

  Desember 2011 4.

   Siburian,Sandy. “Evaluasi Kinerja MIMO-OFDM dengan Modulasi Adaptif pada Long Term Evolution dalam arah Downlink”. 2011. From , 13 Desember

  2011 5. Usman, Kurniawan, dkk “Fundamental Teknologi Seluler Long Term Evolution (LTE)”. Rekayasa Sains. Jakarta. 2012

  6. Wardhana, Lingga. “2G/3G RF Planning and Optimization for Consultant”.Jakarta.2011