ANALISA UNJUK KERJA SISTEM V-BLAST PADA KANAL FREQUENCY SELECTIVE FADING DALAM RUANGAN DENGAN MENGGUNAKAN MODULASI J-ary QAM

Transkripsi

1 Analsa Unju Kerja Sstem I Gst. Ag. Km. Dafar Djun H. ANALISA UNJUK KEJA SISEM V-BLAS PADA KANAL FEQUENCY SELECIVE FADING DALAM UANGAN DENGAN MENGGUNAKAN MODULASI J-ary QAM I Gust Agung Komang Dafar Djun Hartawan gadafar@yahoo.com Staf Pengajar Program Stud en Eletro, Unverstas Udayana ABSAK Sstem V-BLAS (Vertal BLAS) merupaan salah satu sstem omunas tanpa abel (wreless) yang dapat menngatan apastas sstem dengan menggunaan antena pemancar dan penerma yang lebh dar satu, yang denal dengan mult elemen antenna. Dalam Vertal BLAS n, menggunaan modulas J-ary QAM, dmana masng-masng pemancar dan penerma menggunaan J-ary QAM dan bentu dagram onstelas snyal yang sama. Propagas gelombang rado dar pemancar e penerma pada sstem V-BLAS yang terjad ddalam ruangan (ndoor) dapat menmbulan fadng. Frequency selectve fadng merupaan salah satu bentu fadng yang dapat mengabatan nterferens antar smbol (ISI). Dar hasl peneltan dperoleh bahwa sstem V-BLAS yang menggunaan tngat modulas 4-QAM meml unju erja yang lebh ba dar sstem dengan tngat modulas 8-QAM atau 6-QAM. Seman tngg nla rms delay spread yang dnormalsas, unju erja sstem V-BLAS aan seman buru untu seluruh tngat modulas QAM (J-ary QAM) yang dgunaan. Kata unc: Vertal BLAS, freuens selectve fadng, dan modulas J-ary QAM. PENDAHULUAN Pemaaan antena tunggal untu mengrm nformas melalu gelombang rado, serng dlhat pada sstem omunas tanpa abel (wreless). Namun belaangan n, ada ten baru yang menggunaan mult elemen antena pada edua ss pemancar dan penerma dalam suatu lntasan rado yang denal dengan sebutan BLAS (Bell Layered Space me). BLAS merupaan ten omunas yang dapat menngatan apastas sstem dengan menggunaan jumlah antena pemancar dan penerma lebh dar satu, yang denal dengan mult elemen antena. Ada dua sstem BLAS yatu D-BLAS (Dagonal BLAS) dan V-BLAS (Vertal BLAS). Perbedaan dasar antara D-BLAS dan V- BLAS terleta pada proses pengodean. Dalam D- BLAS, redundans yang ada pada sub deretan data, menggunaan pengodean blo. Strutur ode blo D-BLAS n datur secara dagonal dalam ruang dan watu (space-tme) tap strutur n leb omples dalam mplementasnya. Sstem BLAS yang lebh sedehana yatu pada V-BLAS,dmana proses pengodeannya merupaan operas demultples yang sederhana, lalu bt yang ndependen pada setap sub deretan dubah dalam bentu smbol. da ada bentu pengodean lan yang dperluan dan hanya dlauan dengan pengodean basa, sub deretan n menjad lebh mudah daplasan. Dalam vertal BLAS n, sstem modulasnya menggunaan J-ary QAM. Dengan sstem modulas n deretan bt yang aan drm, dubah dalam bentu smbol-smbol. Jumlah bt dalam smbol tergantung pada jumlah J-ary dar QAM. Masng-masng pemancar menggunaan J-ary QAM yang sama dan bentu onstelas snyal dar setap QAM harus sama untu semua pemancar Propagas gelombang rado dar pemancar e penerma ddalam ruangan pada sstem V-BLAS dapat menmbulan fadng. Frequency selectve fadng merupaan salah satu bentu fadng dmana snyal yang dterma mengalam dstors dan dspers. Hal n dsebaban snyal yang dterma terdr dar beberapa snyal, terjad redaman dan watu tunda, sehngga menmbulan dspers watu dar smbol yang dtransmsan. Perbedaan watu tunda dar smbol-smbol n mengabatan nterferens antar smbol (ISI). Oleh arena tu, perlu adanya evaluas nerja sstem V- BLAS dengan tngat modulas QAM yang berbeda pada anal Frequency selectve fadng untu onds d dalam ruangan (ndoor). Dar peneltan n dharapan memperoleh hubungan antara Sgnal to Nose ato (SN) dengan VSE, rms delay spread yang dnormalsas dengan VSE... INJAUAN PUSAKA. Sstem V-BLAS Sstem BLAS merupaan suatu ten mengrman deretan data tunggal yang dmultplesng dalam M sub deretan dan setap sub deretan, dubah dalam bentu smbol yang dlewatan e masng-masng pemancar. Pemancar dar sampa M beerja secara co chanel dengan ecepatan smbol / smbol per det dengan snronsas watu smbol. Setap pemancar tu enolog Eletro 33 Vol.5 No. Jul Desember 006

2 Analsa Unju Kerja Sstem I Gst. Ag. Km. Dafar Djun H. sendr merupaan pemancar dengan modulas QAM. Pemancar-pemancar tersebut merupaan suatu vetor dmana omponen omponen setap M-vetor yang dtransmsan adalah smbol-smbol yang dperoleh dar onstelas QAM. Dasumsan bahwa onstelas yang dgunaan setap sub deretan sama dan pengrman tu datur dalam bentu bursts L symbol. Daya yang deluaran oleh setap pemancar sebandng dengan /M sehngga daya total yang dradasan adalah M dan onstan. Blo dagram sstem V-BLAS dengan jumlah pemancar M, jumlah penerma N dan vetor smbol a [a,a,a 3,a M ] dapat dlhat d gambar. Untu esederhanan analsa system, maa anal dasumsan flat fadng dan fungs transfer anal matr dnyataan dengan H NxM, dmana omponen matr h nm merupaan fungs transfer dar pemancar m e penerma n. Penerma dar sampa N penerma dengan demodulas QAM basa dan beerja secara co chanel. Setap penerma aan menerma snyal yang dradas dar seluruh M pemancar. data Vect or Enc oder a a a 3 a M ch Scaterng Envronment M N Gambar.. Blo dagram sstem V-BLAS. Proses detes pada V-BLAS Dalam proses detes vetor smbol dar satu pengrman, perlu asums snronsas smbol. Msalan a [a,a,,a M ] menyataan vetor suatu smbol yang drm, lalu vetor smbol yang dterma adalah[] r H a + v () dengan H fungs transfer anal matr v vetor nose yang omponennya terdstrbus gaussan. Ja urutan vetor smbol dterma merupaan omponen vetor smbol a, yang dmsalan sebaga S {,,, M }. Maa, proses detesnya dapat djelasan sebaga berut:. Nullng V-BLAS Sgnal Processng data Masng-masng sub-deretan secara bergantan destmas sebaga snyal yang dngnan (snyal yang teruat), sedangan snyal yang lannya (snyal yang lebh lemah) dnyataan sebaga snyal nterferens, yatu: y w r () dengan y sub deretan data e w vetor nullng. Slcng Snyal yang telah destmas, ddetes untu mendapatan bt-bt data, yatu slce y untu mendapatan â : Q(y ) (3) â dengan Q(.) menyataan operas quantsas (slcng) yang sesua dengan onstelas yang dgunaan. 3. Cancellaton Snyal nterferens dar omponen vetor smbol a yang sudah ddetes durangan dar vetor snyal yang dterma. Asumsan bahwa â a, cancel a dar vector terma r untu menghaslan vetor terma yang termodfas, r. r r ˆ a ( H ) (4) dmana ( H ) menyataan olom e- dar H. Untu omponen,... M dlauan dengan cara yang sama sepert proses sampa 3, sehngga dperoleh vetor smbol yang dterma, yatu r,... r M SN untu omponen e- dar vetor smbol a yang telah ddetes dperoleh dar[] < a > ρ σ w (5) Proses detes dengan memperhatan urutan detes yang optmal secara lengap dapat d jelasan dengan prosedur reursf, sepert pada persamaan d bawah: nsalsas: (6a) G H + (6b) arg mn ( G (6c) ) j j reursf w ( G ) (6d) y w r (6e) â Q(y ) (6f) r a ˆ + ( ) (6g) enolog Eletro 34 Vol.5 No. Jul Desember 006

3 Analsa Unju Kerja Sstem I Gst. Ag. Km. Dafar Djun H. G H (6h) ± + + arg mn ( + ) j j {... } G (6) + (6j) dengan (G ) j merupaan G pada bars e-j. Notas ± H sepert persamaan datas, terdr dar H sebaga matrs yang dperoleh dar olom,,, - dar matrs H yang dbuat nol dan tanda + menyataan pseudonverse. Persamaan (6c) dan (6) dgunaan untu menentuan orderng yang optmal, persamaan (6d) sampa persamaan (6g) dpaa untu poses nullng, slcng dan cancellaton. Sedangan perhtungan pseudonverse yang baru untu teras selanjutnya menggunaan persamaan (6h). Pseudonverse yang baru n, ddapat dar H yang olom-olom,,, - telah djadan nol. Hal n dsebaban olom tersebut berhubungan dengan omponen vetor a yang sudah destmas dan d cancellng..3 anggapan Impuls dar Kanal Multpath Dalam sstem V-BLAS n, mengasumsan bahwa anal tda bervaras watu,sehngga persamaan tanggapan mpuls dar pemancar e-m e penerma e-n dberan persamaan[7]: 6 nm (t) h nmδ(t t ) h nm h nm h (7) dengan adalah proses random Gaussan dengan rata-rata nol dan tda berorelas, t adalah excess delay dar lntasan yang e-..4 Power Delay Profle Secara umum Power Delay Profle (PDP) merupaan hubungan antara daya yang dterma dengan excess delay. Excess delay adalah delay relatf dar suatu omponen multpath yang dbandngan dengan omponen lntasan yang pertama dterma.. Dalam peneltan n menggunaan Power Delay Profle (PDP) d dalam ruangan (ndoor). PDP yang ada ddalam ruangan (ndoor) dapat dlhat pada abel. [] abel PDP pada anal d dalam ruangan Path, Path delay, t (ns) p(t ) [db] Parameter Delay Spread Sebuah snyal yang drman oleh pemancar, aan mengalam pelebaran d penerma yang dsebut dengan delay spread. Delay spread n dapat menmbulan nterferens antar smbol, arena setap smbol aan salng bertumbuan antara smbol sebelum dan sesudahnya. Parameter delay spread yang serng dtuls dalam bentu root mean square (rms) adalah rms delay spread yang dberan persamaan[8]: σ τ τ (τ) (8) _ dengan τ merupaan mean excess delay yang dnyataan dengan persamaan P( τ ) τ τ P( τ ) (9) dan τ P( τ ) τ P( τ ).6 Kecepatan Bt Delay spread, jumlah pemancar dan tngat modulas yang dgunaan pada sstem V-BLAS mempengaruh ecepatan bt. Dar hal tersebut, ecepatan bt dalam sstem n dapat dnyataan dalam suatu persamaan sebaga berut: b s (log J ). M (0) dengan s adalah ecepatan smbol ( s / s ), J adalah tngat modulas QAM, dan M adalah jumlah pemancar. 3. MEODOLOGI PENELIIAN Untu mengevaluas unju erja sstem V- BLAS pada anal pada anal frequency selectve fadng (FSF) dengan tngat modulas QAM yang berbeda,maa dlauan smulas. Smulas n menggunaan model-model anal untu onds ddalam ruangan. Dsampng tu sstem V-BLAS menggunaan tngat modulas J-QAM yang berubah (J4,8,dan6) dmana jumlah antena pemancar(m) dan penerma(n) dbuat tetap yatu pada M dan N4. Nla SN bervaras dar 0 db sampa dengan 5 db dengan perubahan 5 db, sedangan nla rms delay spread yang dnormalsas juga bervaras dar 0 (onds flat fadng) sampa dengan 0,3 dengan perubahan 0, HASIL SIMULASI 4. Sstem V-BLAS dengan perubahan tngat modulas J-QAM Unju erja V-BLAS pada anal frequens selectve fadng dengan menggunaan tngat modulas pada J-QAM yang berbeda dapat dlhat pada Gambar 4.. enolog Eletro 35 Vol.5 No. Jul Desember 006

4 Analsa Unju Kerja Sstem I Gst. Ag. Km. Dafar Djun H. Bt Error ate Flat Fadng Indoor Channel 4 QAM 8 QAM 6 QAM Pada anal flat fadng dapat dlauan dengan memperhatan bahwa s >> σ rms atau s >> 3,84 ns untu onds ddalam ruangan. Bla mengasumsan nla 0,x s σ rms maa nla ecepatan smbolnya s ˆ,60x0 7 smbol per det (ddalam ruangan ). Kecepatan bt ( b ) dhtung dengan menggunaan persamaan (0) dengan tngat modulas QAM yang berbeda dan jumlah pemancar (M), nla b dapat dlhat pada abel. abel. Kcepatan bt ( b ) sstem V-BLAS pada anal Flat Fadng d dalam ruangan SN (db) Gambar 4. Graf unju erja sstem V-BLAS ddalam ruangan Nla rms delay spread pada anal rado d dalam ruangan dperoleh dar Power Delay Profle (PDP) pada anal U sesua dengan abel dengan menggunaan persamaan (8) yatu sebesar 3,84 ns. ms delay spread yang dnormalsas merupaan perbandngan antara rms delay spread dengan perode smbol ( s ). Gambar 4. menggunaan nla rms delay spread yang dnormalsas sama dengan 0,. 4. Sstem V-BLAS sebaga fungs rms delay spread yang dnormalsas Unju erja V-BLAS sebaga fungs dar rms delay spread yang dnormalsas dapat dlhat pada Gambar J-ary s (x0 6 b SN (db) QAM Smbol/s) (Mbps) BEx0-3 4 ˆ 6,04 ˆ 04, 8,4 8 ˆ 6,04 ˆ 56,3,4 6 ˆ 6,04 ˆ 08,3 5 Bla menggunaan rms delay spread yang dnormalsas sama dengan 0, maa perode smbol ( s ) d dalam ruangan, s 9, ns. In berart nla ecepatan smbol ( s ) rsebut adalah 5,08x0 7 smbol per det (d dalam ruangan) sehngga b dapat dtentuan, sepert yang terlhat pada abel 3. abel 3. Kecepatan bt ( b ) sstem V-BLAS pada anal Frequens Selectve Fadng d dalam ruangan J-ary QAM s (x06 smbol/s) b (Mbps) 4 5,08 08,3 4,5 8 5,08 3,5 6 5,08 46,7 5 SN(dB) BE5x0-0 - Bt Error ate QAM 8 QAM 6 QAM rms delay spread yang dnormalsas Gambar 4. Graf unju erja sstem V-BLAS ddalam ruangan Smulas yang dtunjuan pada Gambar 4., nla SN dbuat tetap, yatu sama dengan 5 db. 4. Kecepatan Bt Dalam menentuan ecepatan bt ( b ) pada sstem V-BLAS, yang dlauan terlebh dahulu adalah menghtung s dmana s / s 5. KESIMPULAN Berdasaran analsa hasl smulas yang dlauan pada peneltan n, dapat dambl beberapa esmpulan antara lan:. Sstem V-BLAS pada anal flat fadng yang menggunaan tngat modulas QAM yang sama, meml unju erja yang lebh ba dar sstem V-BLAS pada anal FSF untu onds ddalam ruangan (ndoor).. Untu SN dan rms delay spread yang dnormalsas dengan nla yang sama, seman besar tngat modulas QAM (J-ary QAM) yang dgunaan oleh sstem V-BLAS, menjad seman buru unju erjanya 3. Seman tngg rms delay spread yang dnormalsas, unju erja sstem V-BLAS aan seman buru untu seluruh tngat modulas QAM (J-ary QAM) yang dgunaan. 4. Sstem V-BLAS pada anal flat fadng meml unju erja yang hampr sama dengan enolog Eletro 36 Vol.5 No. Jul Desember 006

5 Analsa Unju Kerja Sstem I Gst. Ag. Km. Dafar Djun H. sstem V-BLAS pada FSF, untu rms delay spread yang dnormalsas yang mendeat nla nol. 6. DAFA PUSAKA []. P. W. Wolnansy, G. J. Foschn, G. D. Golden, and. A. Valenzuela (998), V-BLAS: An archtecture for realzng very hgh data rates over the rch-scatterng wreless channel, n Proc. ISSSE-98, Psa, Italy,Invted Paper. []. G. J. Foschn (996), Layered space-tme archtecture for wreless communcaton n a fadng envronment when usng multple antennas, Bell Lab. ech. J., vol., no., pp [3]. G. J. Foschn and M. J. Gans (998), On lmts of wreless communcatons n a fadng envronment when usng multple antennas, Wreless Personal Commun., vol. 6, no. 3, pp [4]. G. D. Golden, G. J. Foschn,. A. Valenzuela, and P. W. Wolnansy (999), Detecton algorthm and ntal laboratory results usng V- BLAS space-tme communcaton archtecture, Electron. Lett., vol. 35, no., pp [5]. G. J. Foschn, G. D. Golden,. A. Valenzuela, and P. W. Wolnansy (999),. Smplfed processng for hgh spectral effcency wreless communcaton employng mult-element arrays, IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 7, pp [6]. J. C.-I. Chuang (999), he effects of tme delay spread on portable rado communcatons channels wth dgtal modulaton, IEEE J. Select. Areas Commun.,vol. 7, pp. 3. [7]. Nejb Boubaer, Khaled Ben Letaef, and oss D. Murch (00), Performance of BLAS Over Frequency-Selectve Wreless Communcaton Channels. IEEE rans. Comm., vol. 50, no., pp [8]. heodore S. appaport (996), Wreless Communcaton Prncples and Practse, Prentce Hall P Upper Sadle ver, New Jersey 07458,. [9]. John G. Proas (983), Dgtal Communcaton, McGraw-Hll Publshng Company. [0]. John G Proas, Masoud Saleh (000), Contemporary Communcaton System Usng MALAB, Broos/Cole. []. Nur Ad Sswandar(003), Analsa orelas spatal propagas anal rado,7 GHz dalam ruang menggunaan antena array planar sntets, hess S- IS eleomunas Multmeda []. K.Sam Shanmugam,Arthur M. Brepohl (988), andom Sgnals: Detecton, Estmaton, and Data Analyss, John Wley & Sons. enolog Eletro 37 Vol.5 No. Jul Desember 006