BAB IV HASIL DAN ANALISIS

Transkripsi

1 BAB IV HASIL DAN ANALISIS 4.1 Pendahuluan Pada bab ini akan diuraikan hasil simulasi pengaruh K - factor pada kondisi kanal yang terpengaruh Delay spread maupun kondisi kanal yang dipengaruhi oleh frekuensi Doppler. Kinerja dari keseluruhan system yang digunakan dilihat berdasarkan jumlah bit error rate (BER) pada beberapa SNR yang digunakan. Semakin kecil nilai BER maka kinerja system semakin baik. Untuk mempermudah penulisan makan secara garis besar hasil simulasi akan dibagi menjadi dua bagian besar yaitu pengaruh K factor pada kondisi kanal yang dipengaruhi Delay Spread dan pengaruh K factor pada kondisi kanal yang dipengaruhi oleh frekuensi Doppler. 4.2 Pengaruh K-factor pada Kondisi Kanal yang Dipengaruhi Time Delay Spread Hasil simulasi pengaruh K factor ( perbedaan sudut elevasi pengirim dan penerima) dengan berbagai perbedaan bitrate [ ] Mbps sinyal yang dikirim ditunjukkan oleh Gambar 4.1 Gambar 4.9. Hasil simulasi menunjukkan kinerja BER pada masing- masing K factor dengan perbedaan variasi bitrate pada frekuensi Doppler 50 Hz. Kita akan melihat pengaruh K factor pada kondisi kanal yang dipengaruhi time delay spread dimana Coherence bandwidth sangat berpengaruh pada kondisi kanal seperti ini. 50

2 4.2.1 K factor = 1.4 ( Sudut elevasi 10 0 ) Gambar 4.1 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 1.4 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.1 Perbandingan kinerja BER pada K factor 1.4 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps ) BER pada SNR 20 db Terlihat sangat jauh perbedaan BER saat system bekerja pada bitrate 0.5 Mbps dan bitrate 4 Mbps. Pada bitrate 0.5 Mbps terjadi 108 bit error ketika dilakukan pengiriman bit sebanyak bit. Sedangkan untuk bitrate 4 Mbps terjadi 768 error dengan pengiriman bit yang sama. 51

3 4.2.2 K factor 2.0 (Sudut Elevasi 20 0 ) Gambar 4.2 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 2.0 dengan bitrate yang berbeda. Tabel 4.2 Perbandingan kinerja BER pada K factor 2.0 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps ) BER pada SNR 20 db Pada K factor 2.0 (sudut elevasi 20 0 ) terlihat tidak ada perubahan yang cukup segnifikan mengubah BER walaupun memang terjadi perbaikan BER pada masing- masing bitrate. Namun rentang BER antara bitrate 0.5 Mbps dengan 4 Mbps terlihat sangat jauh dibandingkan dengan sebelumnya. 52

4 4.2.3 K factor = 2.3 ( Sudut elevasi 30 0 ) Gambar 4.3 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 2.3 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.3 Perbandingan kinerja BER pada K factor 2.3 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps ) BER pada SNR 20 db Pada K factor 2.3 (sudut elevasi 30 0 ) memperlihatkan performa yang semakin baik. Pada bitrate 0.5 Mbps terjadi perbaikan 17 bit dibandingkan dengan K factor 2.0 (sudut elevasi 20 0 ) dan 60 bit jika dibandingkan dengan K factor 1.4 (sudut elevasi 10 0 ). 53

5 4.2.4 K factor = 2.7 ( Sudut elevasi 40 0 ) Gambar 4.4 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 2.7 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.4 Perbandingan kinerja BER pada K factor 2.7 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps ) BER pada SNR 20 db Pada K factor 2.7 ( sudut elevasi 40 0 ) juga memperlihatkan performa yang semakin baik. Pada bitrate 0.5 Mbps terlihat perbaikan bit sebanyak 23 bit dibandingkan dengan bitrate pada K factor 2.3. Terlihat juga bahwa ketika bitrate semakin besar maka bit error rate (BER) juga semakin meningkat. 54

6 4.2.5 K factor = 4.6 ( Sudut elevasi 50 0 ) Gambar 4.5 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 4.6 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.5 Perbandingan kinerja BER pada K factor 4.6 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps) BER pada SNR 10 db BER pada SNR 15 db Pada K factor 4.6 (sudut elevasi 50 0 ) perbaikan kinerja system sangat berubah drastis. Terlihat dari grafik untuk keadaan SNR 15 db pada bitrate 0.5 Mbps hanya terdapat 4 bit error ketika kita mengirim bit sebanyak bit. Kondisi ini sangat jauh berbeda jika dibandingkan dengan bitrate pada K factor sebelumnya (sudut elevasi kurang dari 50 0 ). 55

7 4.2.6 K factor = 6.4 ( Sudut elevasi 60 0 ) Gambar 4.6 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 6.4 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.6 Perbandingan kinerja BER pada K factor 6.4 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps) BER pada SNR 10 db BER pada SNR 15 db Pada K factor 6.4 (sudut elevasi 60 0 ) untuk bitrate yang sama yaitu pada bitrate 0.5 Mbps SNR 10 db memperlihatkan performa yang hampir sama dengan kondisi pada K factor 2.7 (sudut elevasi 40 0 ) pada SNR 20 db yaitu memiliki BER= = 25 x Terjadi gain SNR sebesar 10 db. 56

8 4.2.7 K factor = 9.2 ( Sudut elevasi 70 0 ) Gambar 4.7 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 9.2 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.7 Perbandingan kinerja BER pada K factor 9.2 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps ) BER pada SNR 10 db Jika pada K factor 6.4 (sudut elevasi 60 0 ) untuk bitrate 0.5 Mbps grafik simulasi menunjukkan kinerja system dengan BER= 29 x 10-4 pada SNR 10 db maka pada K factor 9.2 (sudut elevasi 70 0 ) menunjukkan performa yang hampir sama yaitu menunjukkan kinerja system dengan BER = 27 x 10-4 pada SNR 10 db untuk bitrate 2 Mbps. 57

9 4.2.8 K factor = 12.2 ( Sudut elevasi 80 0 ) Gambar 4.8 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 12.2 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.8 Perbandingan kinerja BER pada K factor 12.2 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps ) BER pada SNR 10 db Pada K factor 12.2 (sudut elevasi 80 0 ) menunjukkan perilaku yang sama dengan kondisi pada K factor 9.2 (sudut elevasi 90 0 ) yaitu pada SNR 10 db, 58

10 kinerja system untuk bitrate 2 Mbps pada K factor 12.2 dan bitrate 0.5 Mbps pada K factor 9.2 menunjukkan BER = 16 x K factor = 16.8 ( Sudut elevasi 90 0 ) Gambar 4.9 Grafik kinerja BER terhadap SNR pada K factor 16.8 dengan bitrate yang berbeda Tabel 4.9 Perbandingan kinerja BER pada K factor 16.8 dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps ) BER pada SNR 10 db

11 Pada K factor 16.8 ( sudut elevasi 90 0 ) menunjukkan performa system yang paling baik diantara semua. Juga pada kondisi bitrate dari 0.5 Mbps 2 Mbps menunjukkan kinerja system sama yaitu BER= 9 x 10-4 dan pada bitrate 4 Mbps kinerja system mengalami penurunan sebesar dua kali bit error dari keadaan pada bitrate 0.5 Mbps 2 Mbps. Dari keseluruhan system terlihat bahwa berubahnya K factor akan mempengaruhi kinerja system. Semakin besar bertambahnya K factor juga akan mempengaruhi semakin besar perbaikan pada system. Namun yang menarik dilihat adalah pengaruh K factor ini pada kondisi dimana kondisi kanal dipengaruhi oleh multipath time delay spread. Pada kondisi ini kita akan melihat pengaruh K factor pada kondisi kanal yang mengalami flat fading maupun frekuensi selective fading. Pada simulasi ini akan dilihat pengaruh multipath delay karena berubahnya laju bit atau bitrate sinyal yang dikirim. Gambar 4.10 Fading skala kecil berdasarkan Multipath Time Delay Spread Kanal multipath dapat diturunkan dari power delay profile yang merupakan daya relatif antara sinyal yang diterima pada waktu tunda tertentu (delay) bila dibandingkan dengan daya referensi. Power delay profile didapatkan dengan mengambil nilai rata-rata suatu daya sesaat pada suatu area lokal untuk menunjukkan nilai rata-rata power delay profile skala kecil. 60

12 Untuk membandingkan kanal multipath yang berbeda-beda dan mendesain suatu sistem wireless maka dibutuhkan parameter utama pembentuknya yaitu mean excess delay, rms delay spread dan excess delay spread (X db). Parameter diatas dapat diturunkan dari suatu power delay profile. Suatu kanal pita lebar pada umumnya ditentukan oleh mean excess delay( τ ) dan rms delay spread(σ t ). Mean excess delay didefenisikan sebagai : a τ P( τ )τ k τ= = 2 k k k k k 2 ak P( τ k) k k (4.1) Rms delay spread didefenisikan sebagai : 2 2 σ t = τ ( τ ) (4.2) dimana : a τ P( τ )τ 2 k τ = = k k k k k 2 ak P( τ k) k k (4.3) Dari model Davis [3] yang digunakan sebagai parameter dalam simulasi diperoleh Rms delay spread (σ t ) = 0.21 ns dengan frekuensi korelasi 0.9. maka Coherence Bandwidth dapat dinyatakan sbb: B c 1 50σ = 1 = ns MHz τ Coherence bandwidth didefenisikan sebagai karakteristik kanal yang memberikan respon flat pada rentang frekuensi tertentu. Flat memiliki pengertian bahwa kanal akan melewatkan seluruh komponen frekuensi tersebut dengan gain dan fasa yang linier. 61

13 Pada simulasi yang dilakukan bandwidth sinyal yang dikirim akan merepresentasikan kondisi kanal yang terjadi. Jika Bandwidth sinyal (Bs) lebih kecil dari Coherence Bandwidth (Bc) maka terjadi flat fading dan sebaliknya jika Bs lebih besar dari Bc maka terjadi frequency selective fading. Berikut tabel yang menunjukkan perilaku sinyal pada kondisi kanal sbb: Tabel 4.10 Perilaku kanal dengan bitrate yang berbeda Bitrate (Mbps) Bandwidth Sinyal (MHz) Coherence BW (MHz) Perilaku Kanal Flat fading Flat fading Frequency Selective fading Frequency Selective fading Dari keseluruhan hasil simulasi terlihat bahwa semakin meningkat bitrate maka semakin buruk kinerja system. Pada K factor dengan sudut elevasi antara menunjukkan bahwa ketika bitrate dinaikkan dua kali ( dari 0.5 Mbps menjadi 1 Mbps) maka BER bertambah menjadi dua kali. Jika bitrate dinaikkan menjadi 4 kali (menjadi 2 Mbps) maka BER bertambah empat kali BER semula. Namun ketika bitrate dijadikan delapan kali bitrate semula ( 4 Mbps) maka BER bertambah cukup signifikan dari 8-10 kali BER semula. Ini disebabkan karena sinyal bekerja pada kondisi kanal yang frequency selective fading menyebabkan adanya penyebaran waktu dari symbol-simbol yang dikirim melalui kanal mengakibatkan terjadinya ISI. ISI inilah yang menyebabkan BER setiap grafik meningkat. Namun pada K factor dengan sudut elevasi diatas 40 0 peningkatan bitrate justru tidak meningkatkan BER secara signifikan (pada bitrate 1, 2 Mbps). Pada kondisi bitrate 4 Mbps barulah terasa peningkatan BER dua kali BER 62

14 semula. Kondisi ini juga sama seperti pada K factor dengan sudut elevasi dibawah 50 0 yaitu karena sinyal bekerja pada kanal yang frequency selective fading (2,4 Mbps) dengan perbedaan Bandwidth sinyal dan Coherence Bandwidth yang cukup besar sehingga menyebabkan adanya penyebaran waktu dari symbolsimbol yang dikirimkan. Dengan membandingkan bitrate pada masing-masing K factor. Kita juga dapat melihat overlap kinerja pada masing-masing bitrate pada K factor. Sebagai contoh BER sekitar 25 x 10-3 pada SNR 20 db dapat kita peroleh pada bitrate 1 Mbps pada K factor 1.4 (sudut elevasi 10 0 ), 2 Mbps pada K factor 2.0 (sudut elevasi 20 0 ), 4 Mbps pada K factor 2.7 (sudut elevasi 40 0 ). Untuk BER 50 x 10-4 dapat menggunakan bitrate sebesar 1 Mbps untuk SNR 20 db pada K factor 2.7 (sudut elevasi 40 0 ), bitrate 2 Mbps untuk SNR 10 db pada K factor 6.4 (sudut elevasi 60 0 ), bitrate 4 Mbps untuk SNR 10 db pada K factor 9.2 (sudut elevasi 70 0 ). Dengan kinerja yang sama pada K factor 2.7 dapat menggunakan bitrate dua kali lebih besar untuk K factor 6.4 dan empat kali lebih besar untuk K factor 9.2 dengan menurunkan SNR sebesar 10 db. 4.3 Pengaruh K-factor pada Kondisi Kanal yang Dipengaruhi Doppler Spread Hasil simulasi menunjukkan kinerja BER pada masing- masing K factor dengan perbedaan variasi frekuensi Doppler. Kita akan melihat pengaruh K factor pada kondisi kanal yang dipengaruhi Doppler spread dimana Coherence time (Tc) sangat berpengaruh pada kondisi kanal seperti ini. 63

15 Gambar 4.11 Grafik kinerja BER terhadap frekuensi Doppler dengan Variasi K factor pada Rb=1 Mbps Gambar 4.12 Grafik kinerja BER terhadap frekuensi Doppler dengan Variasi K factor pada Rb= 2 Mbps 64

16 Gambar 4.13 Grafik kinerja BER terhadap frekuensi Doppler dengan Variasi K factor pada Rb= 4 Mbps Doppler spread dan coherence time merupakan parameter yang menjelaskan informasi tentang keadaan kanal yang berubah terhadap waktu baik yang disebabkan oleh pergerakan penerima maupun pergerakan benda-benda pada kanal tersebut. Doppler spread, B D, merupakan pengukuran pelebaran spektral frekuensi yang disebabkan oleh sifat kanal yang berubah terhadap waktu. Doppler spread juga didefenisikan sebagai rentang frekuensi dimana spektrum Doppler yang diterima tidak nol. Ketika suatu sinyal dikirimkan dengan frekuensi carrier, f c, maka sinyal akan memiliki komponen pada rentang f c -f d dan f c +f d, dimana f d adalah pergeseran Doppler (Doppler Shift). Nilai dari f d tergantung dari kecepatan dari penerima dan sudut θ antara arah pergerakan penerima dan arah gelombang yang akan diterima. Jika bandwidth sinyal baseband jauh lebih besar dibandingkan B D, maka efek dari pergeseran Doppler dapat diabaikan. 65

17 Coherence time, T c, merupakan representasi waktu dari pergeseran Doppler dan digunakan untuk menjelaskan karakteristik kanal yang berubah pada domain waktu. Coherence time dan Doppler spread memiliki nilai yang saling berkebalikan satu sama lain. T C 1 (4.4) f m Jika coherence time didefinisikan sebagai waktu dimana fungsi korelasi waktu diatas 50%, maka dapat diambil pendekatan nilai coherence time sebagai berikut : T C 9 16π f (4.5) m Dari keseluruhan system terlihat bahwa berubahnya K factor akan mempengaruhi kinerja system. Semakin besar bertambahnya K factor juga akan mempengaruhi semakin besar perbaikan pada system. Namun yang menarik dilihat adalah pengaruh K factor ini pada kondisi dimana kondisi kanal dipengaruhi oleh Doppler spread. Diilustrasikan oleh gambar berikut ini. Gambar 4.14 Fading skala kecil berdasarkan Doppler Spread Pada simulasi yang dilakukan variasi frekuensi Doppler akan merepresentasikan kondisi kanal yang terjadi. Jika perioda symbol lebih kecil dari coherence time maka kondisi kanal mengalami slow fading dan sebaliknya jika 66

18 peroda symbol lebih besar dari coherence time maka kondisi kanal mengalami fast fading. Berikut tabel yang menunjukkan perilaku sinyal pada kondisi kanal sbb: Tabel 4.11 Perilaku kanal dengan frekuensi Doppler yang berbeda Frekuensi Doppler Maksimum (Hz) T C 9 (ms) 16π f m Perioda Symbol Perilaku Kanal Ts (µs) Slow fading Slow fading Slow fading Slow fading Slow fading Slow fading Slow fading Dengan kata lain untuk symbol rate yang tinggi seperti pada system transmisi OFDM hampir terpenuhi setiap saat kondisi slow fading. Pada Gambar 4.11 terlihat bahwa pengaruh frekuensi Doppler sangat terasa terutama pada nilai SNR 15 db. Pada nilai SNR ini, naiknya nilai frekuensi Doppler mengakibatkan kinerja BER semakin buruk. Hal ini wajar terjadi karena frekuensi Doppler sebanding dengan pergerakan pengirim atau penerima dalam mengirimkan ataupun menerima data. Semakin besar laju pergerakan ini mengakibatkan spread antara frekuensi carrier yang dikirimkan dengan frekuensi yang diterima semakin besar sehingga mengakibatkan adanya fluktuasi phasa sinyal yang memicu terjadinya error. Namun semakin bertambahnya K factor (sudut elevasi semakin besar) sangat berpengaruh pada perbaikan kinerja system dengan semakin menurunnya nilai BER. 67