BAB III PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI SISTEM

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN MODEL DAN SIMULASI SISTEM 3.1 Pendahuluan Berikut diagram blok pemodelan ytem yang akan diimulaikan. Seluruh ytem dimodelkan dengan meggunakan program Matlab. Parameter yang diukur adalah BER terhadap SNR etiap imulai yang dilakukan. Gambar 3.1 Blok Pemodelan Simulai 35

2 3.2 Blok Sitem Pengiriman Blok pengirim item OFDM yang akan diimulaikan terdiri dari pembangkitan bit-bit informai, konveri erial ke paralel, modulai, penyiipan inyal pilot, modulator IFFT, penyiipan guard interval cyclic prefix, dan paralel to erial converter. Berikut gambar blok Sitem pengiriman. Blok Sitem Pengiriman Bit bit Informai Konveri Serial ke Paralel Modulai inyal Penyiipa n imbol Pilot IFFT Penyiipa n Guard Interval Paralel Ke Serial Gambar 3.2 Blok Sitem Pengiriman Maing-maing blok ytem diata akan diuraikan lebih jela ebagai berikut: Pembangkitan Bit Informai Pembangkitan bit informai dilakukan ecara random atau acak yang terditribui uniform dengan nilai antara 0 dan 1. Level threhold yang digunakan adalah titik 0.5, jadi jika nilai acak yang dibangkitkan lebih kecil dari 0.5 maka nilai akan dikirimkan dengan bit 0 edangkan jika bit acak yang dibangkitkan lebih bear atau ama dengan 0.5, maka nilai akan dikirimkan dengan bit 1. 36

3 3.2.2 Konveri Serial ke Paralel Blok erial ke paralel berfungi untuk mengubah aliran data yang terdiri dari atu bari dan beberapa kolom menjadi beberapa bari dan beberapa kolom. Hail dari konveri erial ke paralel berupa matrik bit-bit dengan jumlah bari menyatakan jumlah ubcarrier yang akan digunakan dan jumlah kolom menyatakan jumlah imbol data yang dikirimkan pada tiap ubcarrier Modulai Sinyal Setelah melalui erial to paralel, maka inyal akan memauki blok modulai. Pada blok ini inyal akan di-mapping euai dengan jeni mapping yang digunakan. Pada imulai ini jeni mapping yang digunakan adalah QPSK (Quadrature Phae Shift Keying). QPSK menggunakan empat titik pada diagram kontelai, yang dipiahkan dengan jarak angular yang ama dalam lingkaran. Dengan empat faa, QPSK dapat mengkodekan 2 bit per imbol untuk meminimai BER dengan dua kali rate dibandingkan dengan BPSK. Gambar 3.3 Diagram Kontelai untuk Modulai QPSK 37

4 Hail analii menyatakan bahwa QPSK dapat digunakan untuk melipatgandakan data rate dibandingkan dengan item BPSK dengan tetap menjaga bandwidth inyal atau menjaga data rate BPSK tetapi menurunkan bandwidth yang diperlukan hingga etengahnya. Probabilita BER untuk QPSK ama dengan pada BPSK 2E b P = b Q (3.1) N 0 menjadi: Namun, dengan dua bit per imbol, maka ymbol error rate meningkat P = 1 (1 Pb 2 ) = 2Q E N o Q 2 E N 0 (3.2) Implementai QPSK lebih general dari implementai BPSK dan juga mengindikaikan implementai orde PSK yang lebih tinggi. Simbol pada diagram kontelai dalam inyal inu dan coinu dapat ditulikan ebagai berikut: 2E π i ( = co 2π f ct + (2i 1), i = 1,2,3,4 (3.3) T 4 Peramaan ini memerlukan empat faa, yakni π/4, 3π/4, 5 π/4, dan 7 π/4, dan menghailkan ignal pace dua dimeni dengan unit fungi bai ebagai berikut: 2 φ 1( = co(2πf c (3.4) T 38

5 yang merupakan komponen in-phae dan 2 φ 2 ( = in(2πf c (3.5) T yang merupakan komponen kuadrature Dengan demikian, kontelai inyal akan terdiri dari empat titik ignal pace, yakni: ( ± E 2, ± E / 2) / Faktor ½ mengindikaikan total daya dibagi ecara eimbang antara dua carrier Penyiipan Simbol Pilot Teknik etimai yang digunakan pada imulai ini adalah etimai koheren. Etimai koheren yang dimakud adalah ejumlah ymbol refereni diiipkan ke dalam bit-bit informai yang dikirimkan. Symbol refereni terebut merupakan ymbol pilot. Pada imulai ini penyiipan pilot dilakukan pada domain frekueni. Symbol pilot diiipkan pada frekueni ubcarrier tertentu dengan demikian pada frekueni ubcarrier tertentu tidak lagi mengirim ymbolymbol informai akan tetapi digunakan untuk mengirim ymbol refereni (ymbol pilo. Untuk lebih jelanya penempatan ymbol dapat direpreentaikan melalui gambar berikut. 39

6 Gambar 3.4 Pengalokaian Simbol Pilot pada Frekueni Subcarrier Tertentu Invere Fat Fourier Tranform (IFFT) Blok IFFT pada ytem OFDM bertujuan untuk membangkitkan frekueni ubcarrier yang aling orthogonal dan mengubah dari domain frekueni ke domain waktu. Jumlah titik IFFT pada implementai bernilai, dengan n adalah bilangan bulat poitif. Titik IFFT bia diet ama dengan jumlah ubcarrier yang digunakan atau lebih bear dari jumlah ubcarrier. Jika jumlah ubcarrier kurang dari, maka perlu adanya penambahan zeropadding pada imulai Matlab Penyiipan Guard Interval (GI) Pada imulai ini Guard Interval yang digunakan bertipe Cyclic Prefix (telah dijelakan pada ubbab 2.2). Panjang Cyclic Prefix yang digunakan adalah ¼ dari panjang ymbol OFDM dan ditempatkan di depan ymbol. Tujuan penyiipan Guard Interval ini adalah mencegah ISI dan ICI ehingga imulai dapat berjalan dengan baik. 40

7 3.2.7 Konveri Paralel ke Serial Sebelum memauki kanal tranmii, ymbol OFDM dalam bentuk tream parallel dikonveri ke bentuk tream erial inyal baeband OFDM. 3.3 Blok Kanal Tranmii Pemodelan kanal yang digunakan dalam imulai ini adalah model kanal AWGN dan model kanal Rician fading karena acuan penelitian pada kanal HAPS. Repon Impul dari kanal adalah karakteritik dari kanal yang terdiri dari informai yang diperlukan untuk menganalii dan melakukan imulai berbagai jeni tranmii radio yang melalui kanal terebut. Dari analii pada keadaan ebenarnya di lapangan maka kanal radio dapat dimodelkan ebagai filter linier dengan repon impul yang berubah terhadap waktu dan tergantung dari kecepatan penerima. Dari [9 ] kita peroleh repon impul kanal Rician bb: 1 Lim L 1 h( = ale K + 1 L L l= 1 0 ( 2πf t co( θ )) K d l j( 2πf dt co( θ e ) + K + 1 j 41

8 Diaumikan bahwa tidak ada korelai antara inyal pantul dan inyal dominan dan peramaan terditribui uniform pada (-π,π) ehingga peramaan berubah menjadi : π 1 h( = a e K + 1 θ π j 2πfdt coθ dθ + K K e j2πf dt coθ Setelah mengetahui model repon impul kanal Rician. Akan dibuat pendekatan matemati yang merepreentaikan penelitian yang dilakukan. Dimana proe ytem komunikai yang dibuat adalah melihat perilaku kanal Rician yang terpengaruh K factor dalam proe pengiriman ymbol- ymbol OFDM [9 ]. Dimana : x( h( = inyal OFDM yang dikirim = kanal Rician x( = inyal keluaran OFDM Dengan pendekatan x ( inyal OFDM yang dikirim: j2πft x( = b c e 0 t < T c Dimana: b c = ymbol yang dikirimkan ebanyak c ubcarrier 42

9 f = f 0 + cδf = ubcarrier ke c f 0 = frekueni ubcarrier yang pertama. Δ f = jarak antara frekueni ubcarrier 1/T T = interval waktu Setelah melewati kanal yang time - varying dengan repon impul h( t, τ ) maka inyal akan diterima bb: x ( = h( t, τ ) x( t τ ) dτ Aumikan kanal yang non-time diperive tetapi mengalami time-varying, maka repon kanal dapat dituli bb: h ( t, τ ) = a( δ ( τ ) Sehingga inyal yang diterima menjadi: x ( = a( x( Dimana: a ( = time varying path gain x ( = inyal OFDM yang dikirim 43

10 Nilai a( dapat dilihat pada kotak diata.setelah inyal didemodulai pada penerima inyal dapat direpreentaikan bb: b q = T 1 T j 2πf qt 0 x( e dt = a( 1 T T 1 j2 ( q c) Δft a( bqdt + bce π T T 0 0 c q dt 3.4 Blok Sitem Penerimaan Setelah bit informai yang dikirim melalui blok kanal tranmii, inyal OFDM yang dikirim diterima pada blok ytem penerimaan ehingga menjadi bit informai yang dikehendaki. Tahapan-tahapan pada blok ytem penerimaan merupakan operai kebalikan dari emua operai yang dilakukan pada blok ytem pengiriman hanya ditambahkan blok etimai kanal untuk melihat repon dari 44

11 kanal Rician HAPS yang digunakan. Untuk lebih jelanya berikut gambar blok ytem penerimaan. Blok Sitem Penerimaan Serial Ke paralel Pengeluar an Guard interval FFT Pengeluar an Simbol Pilot Etimai Kanal Demodula i Sinyal Konveri Paralel Ke erial Output bit bit informai Gambar 3.5 Blok Sitem Penerimaan Konveri Serial ke Paralel Pada blok ini inyal yang telah melalui kanal tranimii dikonveri kembali dari tream erial ke bentuk parallel ehingga proe ymbol-ymbol yang diterima dapat diolah pada blok-blok operai elanjutnya Pengeluaran Guard Interval (GI) Pada blok ini ymbol yang telah diiipkan Cyclic Prefix pada blok penyiipan Guard Interval dibuang kembali ehingga akan diperoleh ymbol ali yang euai dengan pengiriman emula. Operai pada blok ini merupakan kebalikan dari proe penyiipan Guard Interval pada blok ytem pengiriman. Langkah-langkah operainya berupa pengeluaran Cyclic Prefix pada awal ymbol yang diterima Fat Fourier Tranform (FFT) Pada blok ini ymbol-imbol OFDM akan dipiahkan dari frekueni carriernya. Proenya juga merupakan proe kebalikan dari blok Invere Fat Fourier Tranform (IFFT). 45

12 3.4.4 Pengeluaran Simbol Pilot Pada blok ini terjadi proe pengeluaran ymbol-ymbol refereni (ymbol-ymbol pilo yang telah diiipkan pada frekueni ubcarrier tertentu. Symbol pilot inilah yang kemudian diambil dan digunakan untuk mengetahui repon frekueni kanal. Inilah yang diebut dengan deteki koheren dimana ada ymbol refereni untuk mengetahui kondii kanal Etimai Kanal Pada blok ini ymbol pilot diambil dan dianali ehingga akan diketahui repon frekueni kanal yang digunakan. Pada akhirnya kita akan memperoleh Bit Error Rate (BER) yang akan menunjukkan performa inyal OFDM pada kondii kanal yang berifat Rician fading. Etimai kanal dilakukan dengan mengubah K factor etiap imulai dilakukan ehingga diperoleh repon frekueni kanal Rician fading pada maing-maing K-factor yang telah ditentukan ebelumnya Demodulai Sinyal Sinyal yang telah dietimai akan diubah kembali ke bentuk bit-bit informai dengan melakukan proe demodulai (juga merupakan kebalikan dari proe modulai di blok ytem pengiriman) Konveri Paralel ke Serial Pada blok ini, bit-bit informai yang maih berupa matrik jumlah ubcarrier jumlah ymbol diubah kembali ke bentuk emula dengan cara dikonveri dari bentuk parallel ke bentuk erial. 46

13 3.5 Parameter Parameter yang Digunakan dalam Pemodelan Simulai Speifikai platform yang digunakan dalam imulai ini adalah : PC : Intel Core 2 Duo Proceor T5500 (1.66 GHz) Memori RAM : 1024 MB OS : Microoft Window XP Home Service Pack 2 Program Matlab veri Dalam penyuunan imulai ini juga ditentukan beberapa parameter agar memudahkan penuli dalam pengerjaannya. Parameter-parameter terebut antara lain: Parameter Sitem : Terjadi inkroniai empurna antara ytem pengirim dan penerima Pengaruh Power Average Peak Ratio (PAPR) tidak diperhitungkan dalam imulai. Model Guard Interval yang digunakan adalah cyclic prefix dengan durai yang lebih bear dari durai delay pread ehingga tidak terjadi ISI dan ICI. Konveri Digital to Analog (D/A) dan Analog to Digital (A/D) erta filter low pa tidak digunakan dalam imulai. Jumlah point IFFT = 512. Jumlah ubcarrier data = 256. Panjang Cyclic Prefix = 64. Modulai inyal data yang digunakan adalah QPSK. Bit rate = [ ] Mbp pada frekueni Doppler 50 Hz. Banyak pengulangan data = 10 kali. Frekueni carrier yang digunakan adalah = 2.4 GHz. Setiap blok imulai dianggap bekerja dengan empurna dan tidak memberikan kontribui lo. 47

14 3.5.2 Parameter Kanal Rician : Panjang bit informai Parameter ini berguna untuk menghailkan uatu inyal fading yang memiliki panjang bit informai yang ama dengan inyal tranmii Frekueni Doppler Parameter ini menunjukkan nilai makimum frekueni pergeeran Doppler Time ymbol Parameter ini menunjukkan perioda etiap bit dalam inyal informai yang dikirimkan Gain vector Parameter ini menunjukkan nilai penguatan yang dialami inyal dari etiap lintaan yang dilaluinya Delay vector Menunjukkan waktu delay yang dibutuhkan oleh tiap inyal dengan lintaan berbeda, ebelum ampai ke penerima. Panjang delay vector dieuaikan dengan banyaknya jumlah lintaan yang dimodelkan juga berkaitan erat dengan gain vector. Jumlah lintaan yang digunakan adalah tiga lintaan dengan nilai bb Tabel 3.1 Parameter Lintaan Parameter Lintaan Nilai Gain vector (db) [ ] Delay vector () [ e e-4] 48

15 Bandwidth Kanal = [ ] MHz K factor Parameter ini menunjukkan perbadingan daya inyal dominant dengan rata-rata inyal pantul. Tabel 3.2 Parameter K-factor 49