IMPLEMENTASI ALGORITMA SINKRONISASI UNTUK SISTEM OFDM PADA DSK TMS320C6713

Transkripsi

1 IMPLEMENTASI ALGORITMA SINKRONISASI UNTUK SISTEM OFDM PADA DSK TMS320C6713 LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh : Nur Ibrahim Laporan Tugas Akhir ini telah diterima, diperiksa, dan disahkan sebagai kolokium untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar SARJANA TEKNIK ELEKTRO pada PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Bandung, Juni 2009 Telah diperiksa, disetujui dan disahkan oleh Dosen Pembimbing Dr. Effrina Yanti Hamid, ST.MT. NIP i

2 ABSTRAKSI IMPLEMENTASI ALGORITMA SINKRONISASI UNTUK SISTEM OFDM PADA DSK TMS320C6713 Sistem OFDM merupakan sistem yang populer saat ini serta diajukan untuk transmisi Next Generation Network. Beberapa penelitian mengimplementasikan sistem OFDM menggunakan platform pengembangan DSP yaitu DSK TMS320C6713. Salah satu bagian yang krusial agar proses transfer data dapat berjalan dengan baik adalah sinkronisasi. Pada tugas akhir ini akan diimplementasikan algoritma sinkronisasi untuk sistem OFDM pada DSK TMS320C6713. Metoda sinkronisasi yang digunakan adalah dengan menggunakan cyclic prefix dan dengan menggunakan pilot symbol. Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam tugas akhir ini antara lain adalah menyisipkan fungsi sinkronisasi pada coding receiver, mengimplementasikan sistem OFDM pada DSK TMS320C6713, mengevaluasi kompleksitas dari masing-masing algoritma sinkronisasi berdasarkan hasil pengamatan, serta membandingkan performansi masing-masing sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi yang berbeda. Berdasarkan hasil pengamatan dan evaluasi, metoda sinkronisasi dengan menggunakan cyclic prefix memiliki kompleksitas yang lebih rendah dibandingkan dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol. Hal ini dapat dilihat dari memori yang digunakan dan waktu eksekusi proses sinkronisasi yang dibutuhkan dengan menggunakan cyclic prefix lebih sedikit dibandingkan dengan menggunakan pilot symbol. Pada metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix, Semakin panjang ukuran cyclic prefix,maka waktu untuk eksekusi proses sinkronisasi pun semakin besar. Sedangkan pada metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol, semakin panjang ukuran pilot symbol, maka semakin besar waktu yang dibutuhkan untuk eksekusi proses sinkronisasi. Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol memiliki performansi yang lebih baik dibandingkan dengan sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix. Kata kunci: sinkronisasi, cyclic prefix, pilot symbol, DSK, OFDM. ii

3 ABSTRACT SYNCHRONIZATION ALGORITHM IMPLEMENTATION FOR OFDM SYSTEM AT DSK TMS320C6713 Nowadays, OFDM system is one of the popular systems. Several researches use DSP develepoment platform, DSK TMS320C6713, to implementation OFDM system. In order to have data transfer process could work properly, One of crucial problem is synchronization. In this final project, synchronization algorithm for OFDM system will be implemented at DSK TMS320C6713. Synchronization methods that will be used is synchronization method using cyclic prefix and synchronization method using pilot symbol. Several steps that has been done in this final project is inserting synchronization function into coding receiver, implementing OFDM system into DSK TMS320C671, evaluating the complexity of each method, and comparing performance of each OFDM system which use different synchronization method. From observation and evaluation result, synchronization method using cyclic prefix have lower complexity. It can be seen from used memory and time consumed for synchronization process using cyclic prefix that fewer than using pilot symbol. OFDM system with synchronization method using pilot symbol have better performance than OFDM system with synchronization method using cyclic prefix Keyword: synchronization, cyclic prefix, pilot symbol, DSK, OFDM iii

4 KATA PENGANTAR Assalammu alaikum Warohmatullahi Wabarakatuh. Puji dan syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT, karena dengan rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir yang berjudul Implementasi Algoritma Sinkronisasi Untuk Sistem OFDM Pada DSK TMS320C6713. Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan pendidikan tingkat sarjana di Program Studi Teknik Elektro, Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi Bandung. Pengerjaan tugas akhir ini bertujuan untuk menambah wawasan dan ilmu penulis mengenai metoda sinkronisasi pada sistem OFDM dan penggunaan DSK TMS320C6713 dalam pemrosesan real-time. Dalam mengerjakan tugas akhir ini, penulis mendapatkan bantuan, motivasi dan masukan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Ibu Dr. Effrina Yanti Hamid, ST.MT, selaku pembimbing penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. Terima kasih atas segala ilmu, pengetahuan, dorongan, masukan, dan waktu yang senantiasa Ibu berikan dengan tanpa pamrih sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. 2. Bapak penulis, Rachmat Harimurti, dan Mama, Eha Julaeha, yang senantiasa memberikan cinta, kasih sayang, motivasi serta doa yang tak pernah putus untuk penulis. Tak lupa untuk adik-adik penulis, Nur Muhammad Karim dan Nur Muhammad Azis. 3. Seluruh staff dosen dan tata usaha Program Studi Teknik Elektro ITB. 4. Sahabat sahabat penulis, Ferdi, Dwi Pambudi, Amalia, Irsalina, Fina, Dimas dan keluarga, Fitri, Renita, Agung, Fajar, Afif, Vika, Anto, Devi, Devid, Edit, Riri, Puput, Ayu, Dito, Shinta, Anggaditya, Heldi, Ibu-ibu EL 04 lainnya dan segenap keluarga besar Teknik Elektro Angkatan 2004 lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas persahabatan yang indah yang terjalin selama ini. Terima kasih pula atas dukungan dan semangat yang diberikan sehingga penulis dapat mengikuti sidang sebagai persyaratan kelulusan. Mari kita jaga silaturahmi yang indah ini selamanya. Dan tak lupa sahabat penulis lainnya, Rachmani F.A. iv

5 dan keluarga, Juju Juarsih, Mufraeli, Yahya, Bebeh, Luky, Ajeng, Setyo dan segenap anggota Keluarga Remaja Islam Salman (KARISMA) ITB dan SMAN 3 Bandung Angkatan lulus Segenap pihak lain yang tidak sempat penulis sebutkan. Penulis menyadari bahwa isi yang terkandung dalam laporan ini masih sangat sederhana dan jauh dari kesempurnaan. Untuk itu kritik dan saran yang bersifat konstruktif sangat penulis harapkan. Semoga laporan ini tidak hanya bermanfaat bagi penulis tapi juga bagi siapa saja yang meluangkan waktu membaca laporan ini. Wassalammu alaikum Warohmatullahi Wabarokatuh. Bandung, Juni 2009 Penulis v

6 DAFTAR ISI ABSTRAKSI... ii ABSTRACT... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR SINGKATAN... xiii BAB PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Batasan Masalah Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB DASAR TEORI Modulasi Multicarrier Garis Besar Sistem OFDM Convolutional Coding dan Viterbi Decoding Interleaving dan Deinterleaving Mapping dan Demapping IFFT dan FFT Estimasi Kanal Cyclic Prefix Upsampling dan Pulse Shaping Filter Sinkronisasi Sinkronisasi dengan metode menggunakan cyclic prefix Sinkronisasi dengan metode menggunakan pilot symbol Struktur Frame vi

7 Protokol Transmisi Training Sequence Length Frame Pilot Frame BAB IMPLEMENTASI DSP Pengenalan DSK TMS320C Arsitektur DSK TMS320C Peta Memori DSK TMS320C Fitur-fitur DSK TMS320C Memori Flash SDRAM AIC23 Stereo Codec Daughter Card Interface Complex Programmable Logic Device (CPLD) Voltage Power Supply +5 Volt LED dan DIP switch Code Composer Studio Mekanisme Transfer Data DSP Berbasis Sample dan DSP Berbasis Frame Triple Buffering Direct Memory Access Desain Sistem OFDM Transmitter Receiver Arsitektur Sistem OFDM pada Layer Pemrosesan Sinyal Mapping Constellation Mapper Channel Mapper IFFT FFT Demapping vii

8 Channel Demapper Constellation Demapper Sinkronisasi Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol BAB PENGUJIAN DAN EVALUASI Pengujian Pengujian hasil simulasi pengiriman data Pengamatan Bentuk Sinyal Evaluasi Kompleksitas Evaluasi waktu eksekusi proses sinkronisasi Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix Evaluasi memori yang digunakan untuk proses sinkronisasi Performansi Sistem OFDM dengan BPSK mapper Sistem OFDM dengan QPSK mapper Sistem OFDM dengan QPSK mapper Sistem OFDM dengan QPSK mapper BAB KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Carrier dibagi menjadi beberapa subcarrier `` 4 Gambar 2.2 Spektrum Frekuensi OFDM 5 Gambar 2.3 Perbandingan antara SCM, MCM dan OFDM [1] 5 Gambar 2.4 Sistem OFDM berbasis Discrete Fourier Transform 6 Gambar 2.5 Teknik modulasi OFDM dapat dilakukan dengan IDFT di transmitter 8 Gambar 2.6 Teknik demodulasi OFDM dapat dilakukan dengan DFT di receiver 9 Gambar 2.7 Convolution coding [2] 9 Gambar 2.8 Interleaving [2] 11 Gambar 2.9 Karakteristik twiddle factor 12 Gambar 2.10 FFT Decimation-in-time 8-point 16 Gambar 2.11 Model Sistem dengan sinyal-sinyal 16 Gambar 2.12 Tiga diagram penempatan pilot yang berbeda [3] 18 Gambar 2.13 Struktur cyclic prefix 19 Gambar 2.14 Korelasi antara deretan M sampel terakhir dengan cyclic prefix [3] 21 Gambar 2.15 Aliran data pada sistem OFDM 21 Gambar 2.16 Timing synchronization 22 Gambar 2.17 Frame OFDM 23 Gambar 2.18 Permulaan transmisi OFDM [5] 24 Gambar 2.19 Protokol transmisi [5] 25 Gambar 2.20 Struktur dari training sequence [5] 25 Gambar 3.1 Komponen dasar Sistem DSP 28 Gambar 3.2 Diagram blok DSK TMS320C6713 [3] 30 Gambar 3.3 Bentuk fisik DSK TMS320C6713 [3] 31 Gambar 3.4 Peta memori DSK TMS320C6713 [3] 32 Gambar 3.5 Interface codec pada DSK TMS320C Gambar 3.6 Pemrosesan DSP berbasis sampel 37 Gambar 3.7 Pemrosesan DSP berbasis frame 37 ix

10 Gambar 3.8 Struktur Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan cyclic prefix 39 Gambar 3.9 Struktur Sistem OFDM dengan metoda sinkronisasi menggunakan pilot symbol 39 Gambar 3.10 Konstelasi QPSK Mapper 42 Gambar 3.11 Proses QPSK Mapper 42 Gambar 3.12 Proses Channel Mapper 44 Gambar 3.13 Proses IFFT 45 Gambar 3.14 Proses FFT 46 Gambar 3.15 Proses Channel Demapper 47 Gambar 3.16 Proses QPSK Demapper 48 Gambar 3.17 Diagram alir receiver pada mode start-up 49 Gambar 3.18 Pendeteksian energi di receiver 49 Gambar 3.19 Sebuah frame OFDM diletakkan di tengah-tengah buffer DSP [5] 50 Gambar 3.20 Metoda sinkronisasi ini menggunakan korelasi antara training sequence dengan sinyal output dari filter 51 Gambar 3.21 Contoh Hasil Korelasi 51 Gambar 4.1 Tampilan CCS untuk data yang dikirim 52 Gambar 4.2 Tampilan CCS untuk data yang diterima Gambar 4.3 Tampilan CCS untuk data yang dikirim dan diterima 53 Gambar 4.4 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM Gambar 4.5 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada OFDM Gambar 4.6 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM Gambar 4.7 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada OFDM Gambar 4.8 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM Gambar 4.9 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada OFDM Gambar 4.10 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM Gambar 4.11 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada OFDM x

11 Gambar 4.12 Hubungan antara cyclic prefix dengan clock pada OFDM Gambar 4.13 Hubungan antara cyclic prefix dengan waktu eksekusi pada OFDM Gambar 4.14 Hubungan antara pilot symbol dengan clock pada OFDM Gambar 4.15 Hubungan antara pilot symbol dengan waktu eksekusi pada OFDM Gambar 4.16 Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan BPSK mapper 68 Gambar 4.17 Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan QPSK mapper 68 Gambar 4.18 Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan 8-QAM mapper 69 Gambar 4.19 Grafik BER vs SNR sistem OFDM dengan menggunakan 16-QAM mapper 69 xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Bit-reverse untuk FFT 8-point 15 Tabel 3.1 Mekanisme Triple Buffering 38 Tabel 4.1 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM Tabel 4.2 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM Tabel 4.3 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM Tabel 4.4 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM Tabel 4.5 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM Tabel 4.6 Waktu eksekusi proses sinkronisasi pada OFDM xii

13 DAFTAR SINGKATAN CCS CP DFT DSK DSP EDMA FFT ICI IDFT IFFT ISI ISR JTAG OFDM PC QAM USB Code Composer Studio Cyclic Prefix Discrete Fourier Transform DSP Starter Kit Digital Signal Processor Enhanced Direct Memory Access Fast Fourier Transform Intercarrier Interference Inverse Discrete Fourier Transform Inverse Fast Fourier Transform Intersymbol Interference Interrupt Service Routine Joint Test Action Group Orthogonal Frequency Division Multiplexing Personal Computer Quadrature Amplitude Modulation Universal Serial Bus xiii