Analisa Kinerja Kode Konvolusi pada Sistem Parallel Interference Cancellation Multi Pengguna aktif Detection

Transkripsi

1 Analisa Kinerja Kode Konvolusi pada Sistem Parallel Interference Cancellation Multi Pengguna atif Detection CDMA dengan Modulasi Quadrature Phase Shift Keying Berbasis Perangat Luna Saretta Nathaniatasha Prawindrijo 1, Yoedy Moegiharto 2 1 Mahasiswa Politeni Eletronia Negeri Surabaya, Jurusan Teni Teleomuniasi 2 Politeni Eletronia Negeri Surabaya Institut Tenologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Surabaya sarettaprawindrijo@yahoo.com Abstra Pada tugas ahir ini aan dilauan analisa terhadap inerja ode onvolusi pada sistem Parallel Interference Cancellation Multipengguna atif Detection CDMA dengan menggunaan modulasi QPSK. Encoder ode onvolusi digunaan di sisi transmitter dengan rate 1/3 dan decoder di sisi receiver menggunaan algoritma viterbi. Hasil berupa urva nilai terhadap fungsi SNR. Kinerja dengan ode onvolusi pada sistem PIC lebih bai 7 db dibanding tanpa ode onvolusi untu nilai. Untu sistem PIC MUD stage 3 lebih bai 5 db dibanding stage 2 dan 3 db dibanding stage 1. Penggunaan ode onvolusi dengan rate 1/3 lebih bai 4 db dibanding rate ½. Penerapan pada pengguna atif 12 lebih bai dibanding 16 pengguna arena main banya pengguna maa nilai SNR yang diperluan semain besar. Kata unci : Kode Konvolusi, PIC,, QPSK 1. Pendahuluan Berembangnya tenologi teleomuniasi pada sistem seluler membuat jumlah pengguna atif bertambah yang mengaibatan semain sempitnya pita freuensi yang tersedia arena hanya menggunaan satu anal freuensi. Untu mengatasi masalah semain banyanya pengguna atif tersebut muncul suatu teni yang dinamaan spread spectrum, yaitu teni yang memunginan pengunaan pita freuensi yang terbatas oleh banya pengguna atif secara bersamaan dengan tiap pengguna atif memilii ode yang berbeda. Metode ases jama seperti ini disebut dengan Code Division Multiple Access (CDMA). Karena menggunaan satu anal untu banya pengguna atif, sistem CDMA dapat menimbulan interferensi antar pengguna atif, yaitu masalah Multiple Access Interference (MAI). Untu mengatasi masalah MAI ini diperluan adanya pendetesi pengguna atif agar dapat mengetahui informasi yang diiriman berasal dari pengguna atif yang mana. Maa ita menggunaan sebuah Multipengguna atif Detection (MUD) yang berjenis Parallel Interference Cancellation (PIC) pada penerima. Sinyal informasi yang diiriman melalui media transmisi udara aan diterima oleh penerima berupa penjumlahan dari banya sinyal, bai yang dipancaran secara langsung (LOS) atau yang berasal dari pantulan multipath. Pantulan ini menyebaban uat sinyal informasi yang diterima oleh penerima aan bervariasi dengan cepat, sinyalsinyal tersebut dapat saling menguatan ataupun saling melemahan, yang disebut dengan fading. Dalam masalah fading ini digunaan teni convolutional code. 2. Teori Penunjang 2.1 CDMA (Code Division Multiple Access) CDMA merupaan sistem mobile omuniasi dimana semua pengguna atif dapat beromuniasi dengan menggunaan anal freuensi dan watu yang sama. Penggunaan freuensi yang sama menyebaban pita freuensi semain sempit etia jumlah pengguna bertambah, sehingga aan timbul interferensi antar pengguna yang disebut dengan istilah Multiple Access Interference (MAI). Untu menghadapi masalah tersebut digunaan teni spread spectrum yang memunginan banya pengguna atif menggunaan anal yang sama tetapi dengan ode yang berbeda. Kode-ode yang digunaan dalam metode spread spectrum berbeda untu setiap periodenya yang disebut pseodo random. Gambar 1. Blo Diagram CDMA Sinyal CDMA yang diterima : r K t A b s t nt 1.(1) 2.2 PIC (Parallel Interference Cancellation) PIC adalah salah satu dari pendeatan pendetesian non-linear multiuser atif, dan dengan hal ini dapat memperoleh peningatan yang nyata dengan perhitungan omplesitas yang rendah dan pende/singat dalam memproses delay. Pada 1

2 sistem DS-CDMA dimana terdapat K pengguna atif memancaran informasi merea secara synchronous bersama dengan Additive White Gaussian Noise (AWGN) dalam satu channel. Gambar 2. Sema PIC (Parallel Interference Cancellation) Sinyal output pada stage 1 dinyataan seperti: y 1 y K i1 i i y i.(2) 2.3 Convolutional Code a. Convolutional Encoder Kode onvolusional dihasilan dengan melewatan urutan informasi yang aan diirim melalui sebuah shift register. Secara umum shift register terdiri dari K (-bit) tahap dan n fungsi aljabar linear generator. input data e encoder yang burupa bilangan biner, digeser e dalam dan sepanjang shift register bit pada watu itu. Jumlah bit output untu setiap urutan input -bit adalah n bit. Parameter K disebut panjang batas dari ode onvolusional. Pada rangaian onvolusional encoder ini terdapat dua omponen dasar yaitu shift register dan gerbang ex-or, dimana gerbang ex-or ini berupa omponen adder. Seperti gambar dibawah ini merupaan contoh dari bentu rangaian convolutional encoder generator yang terdiri dari 2 buah shift register. yang dietahui agar pada decoder dapat diperoleh urutan bit yang benar. State Kini Tabel 1 State dari ode onvolusi (2,1,2) Input 0 1 Output/State Output/State Transisi Transisi 00/00 10/10 11/00 01/10 11/01 01/11 00/01 10/11 b. Deconvolutional Decoder Salah satu teni forward error correction untu ode onvolusi adalah algoritma viterbi. Convolutional code dengan viterbi decoder adalah sebuah FEC teni yang sesuai dengan sebuah sinyal yang berada dalam saluran Addictive White Gaussian Noise (AWGN). Cara erja dari dari algoritma viterbi sendiri adalah dengan mencari jara minimum terecil yang memilii nilai aumulasi error matris yang terecil. Algoritma viterbi biasanya menggunaan trellis diagram untu penggambarannya. Untu mendapatan nilai aumulasi error matrix yang terecil dari eluaran encoder ode onvolusi diperluan data tentang state output dari enoder ode onvolusi tersebut. Gambar 4 aan mengambaran tentang hubungan state selanjutnya dan output pada encoder ode onvolusi jia diberi input bernilai 1 atau jia input bernilai 0. Pada gambar tersebut jia input bernilai 1 maa aan digambaran dengan garis lurus dan tebal, jia input bernilai 0 maa digambaran dengan garis putus-putus. Gambar 4. Hubungan input,output,state dan next state pada encoder ode onvolusi Gambar 3. Rangaian Convolutional Encoder generator dengan =1/2 Keluaran dari onvolusional encoder yang emudian melalui proses modulasi dan diiriman melalui anal, emudian pada sisi penerima melalui proses demodulasi dan emudian masu pada deonvolusional deoder. Pada bagian encoder ini harus dimulai dan diahiri pada state Dengan mengetahui hubungan antara input,output, state dan next state maa aan mengerti bagaimana mencari aumulasi error yang terecil yang sesuai dengan encodernya. 2.4 Modulasi Pada modulasi Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), sebuah sinyal pembawa sinusoidal diubah-ubah fasenya dengan menjaga tetap onstan amplitudo dan frewensinya. Istilah quadrature mengartian 4 emunginan fase (4-PSK) yang dimilii oleh sinyal pembawa pada satu watu. 2

3 Empat fasa tersebut masing-masing beraitan dengan satu dari (0º, 90º, 180º, 120º). Dalam setiap periode watu, fasa dapat berubah seali. Karena ada 4 emunginan fasa, terdapat 2 bit informasi yang terandung dalam setiap slot watu, (00, 01, 10, 11) yang dinamaan dibit. Setiap dibit membangitan satu dari 4 emunginan fasa. Laju perubahan (baud) dalam sinyal tersebut menentuan bandwidth sinyal, tetapi bit rate QPSK dua ali baud rate. Tabel 2 Kemunginan Keadaan pada QPSK Tahap Data 0º Biner 00 90º Biner º Biner º Biner 11 Tahapan pada QPSK juga dapat dilihat pada diagram onstelasi yang terdapat 4 titi tahap. Dengan empat tahap, QPSK dapat mengodean dua bit per simbol, yang ditunjuan pada diagram untu meminimalan. Gambar 5. Diagram onstelasi QPSK 3. Perencanaan Sistem Dalam sistem ini sinyal setelah dibangitan secara random, sebelum data masu edalam encoder, aan dilauan pembagian anal sesuai dengan modulasinya. Untu modulasi QPSK, data aan dibagi e dalam 2 fase, yaitu Q-phase dan I-phase. Selanjutnya pada proses encoder, data aan melewati ode onvolusi dengan rate 1/3. Lalu data aan dispreading oleh Pseudonoise code yaitu goldcode dengan panjang 31 chip. Hasil dari spreading data dengan Pncode itu selanjutnya aan melewati anal, sehingga aan dijadian dalam satu fase untu ditransmisian. Data aan diiriman melalui anal AWGN sehingga data informasi bercampur dengan noise mengalami error. Pada sisi receiver sinyal informasi yang bercampur noise tersebut aan dibagi lagi menjadi 2 fase embali sebelum masu e proses dispreading dengan ode yang sama atau identi dengan yang digunaan pada sisi pemancar. Setelah itu data aan dilewatan e decoder ode onvolusi untu mendapatan data asli. Gambar 6. Blo diagram perancangan sistem visualisasi Gambar 7. Blo diagram perancangan sistem simulasi 3

4 4. Pengujian Sistem Untu tabel 3 di bawah ini merupaan nilai dari PIC MUD CDMA dengan modulasi QPSK pada anal Rayleigh Fading. Beriut ini adalah grafi perbandingan dari nilai penggunaan ode onvolusi pada sistem dengan yang tida menggunaan terhadap fungsi SNR : perbandingan PIC MUD QPSK pada stage 3 pada anal Rayleigh Fading dengan onvolusi tanpa onvolusi Dari gambar 9 dapat dilihat bahwa dari stage 1, stage 2 dan stage 3 telah memenuhi standart omuniasi suara pada SNR urang dari 20 db. Di mana untu stage 1 mencapai nilai pada SNR 15 db, untu stage 2 pada SNR 13 db dan untu stage 3 pada SNR 10 db. Selisih antara nilai yang sama dicapai oleh stage 1 dan stage 2 sebesar 2 db, dan pada stage 1 dan stage 3 adalah 5 db. Sehingga untu mendapatan tegangan noise yang sama, amplitudo untu stage 3 lebih ecil 3x dibandingan amplitudo yang diperluan stage 1. Beriut grafi perbandingan dari nilai nilai Kode Konvolusi PIC MUD CDMA QPSK antar anal perbandingan onvolusi rate 1/3 PIC MUD CDMA QPSK antar anal Rayleigh AWGN Gambar 8. Grafi perbandingan nilai PIC MUD CDMA dengan menggunaan dan tanpa menggunaan ode onvolusi Dari gambar 8 terlihat bahwa penggunaan ode onvolusi pada sistem berpengaruh pada nilai yang dihasilan, yaitu menjadi lebih bai arena nilai standar omuniasi suara telah dicapai pada saat SNR sebesar 10 db, sedangan pada sistem yang tida menggunaan ode onvolusi baru mencapai pada SNR 17 db. Dengan adanya selisih sebesar 7 db ini, dapat dihitung dan dietahui bahwa besar tegangan yang dibutuhan sistem ode onvolusi untu mendapatan nilai noise yang sama lebih besar 5x dibandingan dengan sistem yang tida menggunaan ode onvolusi. Beriut grafi perbandingan dari nilai dari Kode Konvolusi PIC MUD CDMA QPSK antar stage perbandingan onvolusi rate 1/3 PIC MUD CDMA QPSK pada anal Rayleigh Fading 10 db 17 db stage 1 stage 2 stage Gambar 10. Perbandingan dari nilai Kode Konvolusi PIC MUD CDMA QPSK antar anal Dari gambar 10 dapat dilihat bahwa penggunaan anal AWGN menghasilan yang lebih bai daripada sistem yang menggunaan anal Rayleigh Fading. Nilai db dicapai oleh sistem Rayleigh Fading pada saat SNR urang lebih 9 db, sedangan sistem yang menggunaan anal AWGN mencapai nilai db pada saat SNR urang dari 6 db. Beriut grafi perbandingan dari nilai nilai Kode Konvolusi PIC MUD CDMA QPSK antar rate perbandingan onvolusi PIC MUD QPSK pada Rayleigh Fading rate 1/2 rate1/3 10 db 13 db 15 db 11 db 15 db Gambar 9. Grafi perbandingan nilai dari Kode Konvolusi PIC MUD CDMA QPSK antar stage Gambar 11. Perbandingan dari nilai Kode Konvolusi PIC MUD CDMA QPSK antar rate 4

5 Gambar 11 merupaan hasil perbandingan simulasi sistem dengan membandingan rate dari ode onvolusi yang digunaan., yaitu rate ½ dan rate 1/3. Sistem yang menggunaan rate ode onvolusi 1/3 menghasilan yang lebih bai daripada sistem yang menggunaan rate ode onvolusi 1/2. Nilai db dicapai oleh sistem rate 1/3 pada saat SNR urang dari lebih 10 db, sedangan sistem yang menggunaan rate ½ mencapai nilai db pada saat SNR lebih dari 15 db. Hal ini diarenaan pada ode onvolusi rate 1/3 menghasilan bit output lebih banya, yaitu 3xbit input. Sesuai dengan teori yang ada, semain banya bit yang diproses, maa hasil yang didapatan lebih bai. Beriut grafi perbandingan dari nilai nilai Kode Konvolusi PIC MUD CDMA QPSK antar pengguna atif perbandingan onvolusi PIC MUD QPSK pada anal Rayleigh Fading antar user Gambar 12. Perbandingan dari nilai Kode Konvolusi PIC MUD CDMA QPSK antar pengguna atif Gambar 12 merupaan hasil perbandingan simulasi sistem dengan membandingan pengguna atif dari program simulasi yang digunaan. Sistem yang menggunaan pengguna atif paling sediit, yaitu 12 pengguna menghasilan yang lebih bai daripada sistem yang lainnya. Nilai db dicapai oleh sistem 12 pengguna pada saat SNR urang dari 10 db, sedangan sistem 14 dan 16 pengguna mencapai nilai db pada saat SNR lebih dari 10 db. Sesuai dengan teori yang ada, semain sediit pengguna yang atif, maa hasil yang didapatan lebih bai. 5. Kesimpulan 12 user 14 user 16 user Berdasaran hasil analisa dan pembahasan dari sistem onvolusi, diperoleh esimpulan sebagai beriut : 1. Penggunaan ode onvolusi pada sistem Parallel Interference Cancellation Multipengguna atif Detection melalui anal flat Rayleigh Fading dengan modulasi QPSK aan menghasilan nilai yang lebih bai 7 db bila dibandingan dengan sistem PIC MUD yang tida menggunaan ode onvolusi. Hal ini mengindiasian bahwa inerja ode onvolusi dapat mengatasi interferensi yang disebaban oleh fading pada saat melalui anal Flat Rayleigh Fading yang bersifat meredam sinyal yang diterima sehingga berpengaruh besar pada sinyal informasi yang ditransmisian. 2. Kinerja pada sistem ode onvolusi dengan sistem Parallel Interference Cancellation MUD CDMA di sisi penerima yang menggunaan modulasi QPSK melalui anal flat Rayleigh Fading didapatan semain tinggi tingatan stage, maa nilai yang dihasilan aan semain bai. Hal ini dapat terlihat pada nilai dari stage 3 yang lebih bai 5 db dibandingan dengan PIC stage 2 dan 3 db dengan PIC stage 1. Sehingga terbuti bahwa sistem PIC MUD dapat mengatasi adanya pengaruh MAI pada penerima. 3. Penggunaan ode onvolusi rate 1/3 pada sistem Parallel Interference Cancellation MUD CDMA menghasilan inerja yang lebih bai 5 db dibandingan penggunaan ode onvolusi rate ½. Hal ini diarenaan penggunaan rate 1/3 aan diproses bit yang lebih banya pada proses encoder, sehingga semain banya bit data yang diproses, maa besar esalahan yang dihasilan aan semain ecil. 4. Kinerja ode onvolusi pada sistem PIC stage 3 dengan modulasi QPSK melalui anal Flat Rayleigh Fading untu jumlah pengguna atif yang berbeda-beda menunjuan bahwa semain banya pengguna atif yang digunaan maa inerja sistem secara eseluruhan menjadi semain buru. Sehingga untu apasitas pengguna semain banya diperluan nilai SNR yang lebih besar pula untu mencapai. DAFTAR PUSTAKA [1] Leija-Hernández, G, Performance Analysis of Convolutional Coding in CDMA Communication Systems, Journal of Vectorial Relativity [2] Duel-Hallen, Alexandra and Holtzman, Jac, Multipengguna atif Detection for CDMA Systems, IEEE Personal Communication, April [3] Divsalar, Dariush, Improved Parallel Interference Cancellation for CDMA, IEEE Personal Communication, Februari [4] Dinganar, Asif and Anil Kumar, Ravi, Digital Communications-Multipengguna atif Detection for Synchronous CDMA, ECPE [5] Proais, John G., Digital Communications, McGraw-Hill Boo Company, [6] R.Michael Buehrer, d, A Simulation Comparison of Multipengguna atif Receivers for Cellular CDMA, IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, VOL 49, NO.4, [7] Soo Cho.Yong, d, MIMO-OFDM Wireless Communication with MATLAB, John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd, 2 Clementi Loop. # 02-01, Singapore,