KINERJA SISTEM MULTIUSER DETECTION SUCCESSIVE INTERFERENCE CANCELLATION MULTICARRIER CDMA DENGAN MODULASI M-QAM

Transkripsi

1 KINERJA SISTEM MULTIUSER DETECTION SUCCESSIVE INTERFERENCE CANCELLATION MULTICARRIER CDMA DENGAN MODULASI M-QAM Furi Diah Ayu Hapsari 1, Yoedy Moegiharto 2 1 Mahasiswa Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,Dosen Teknik Telekomunikasi 2 Teknik Telekomunikasi,Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS, Surabaya furhee@yahoo.co.id ABSTRAK Dalam Proyek akhir ini, dilakukan pengamatan kinerja sistem MC CDMA yang digabungkan dengan Successive Interference Cancellation (SIC) dan modulasi yang digunakan adalah m-ary Quadrature Amplitude Modulation (m- QAM). Hasil luaran berupa grafik BER(Bit Error Rate) sebagai fungsi Eb/No. kanal yang mempengaruhi sistem tersebut adalah kanal AWGN dan Rayleigh fading. Pada kanal Rayleigh fading dengan subcarrier 32, sistem MUD-SIC Multicarrier CDMA bekerja 2,5 db lebih baik dibanding sistem Multicarrier CDMA tanpa MUD-SIC untuk mencapai nilai BER 10-3 yang merupakan standar komunikasi suara. Stage kedua dan ketiga dari SIC bekerja 2 db lebih baik dibandingkan dengan stage pertama untuk nilai BER Penggunaan jumlah subcarrier juga mempengaruhi kinerja sistem. Pada nilai SNR 30 db, sistem dengan 7 subcarrier memiliki nilai BER 0,0095. Untuk nilai SNR yang sama, sistem dengan 31 subcarrier memiliki BER 3 x 10-5, sedangkan sistem yang menggunakan 63 subcarrier memiliki BER 2,4 x PENDAHULUAN CDMA (Code Division Multiple Access) adalah sebuah sistem yang menggunakan kode orthogonal sebagai teknik akses jamaknya. Tiap-tiap user akan memiliki kode-kode (pseudo noise code) yang berbeda menebarkan suatu sinyal info dari banyak pengguna pada bandwith yang luas dengan masingmasing kode (PN code) yang telah ditentukan. Dalam proses komunikasi, sistem CDMA menggunakan media transmisi udara yang mengakibatkan sistem ini juga sangat rentan terhadap fading. Untuk mengurangi fading dikembangkan sebuah sistem Multicarrier CDMA (MC CDMA). Sistem MC CDMA akan melakukan replikasi sinyal informasi sebuah user untuk ditransmisikan dengan N paralel subcarrier dimana data tersebut akan dispreading dan dimodulasi dengan masing-masing Pncode dan subcarrier. Pada bagian penerima CDMA, kinerjanya akan mengalami suatu penurunan karena adanya interferensi yang disebabkan oleh pengguna lain atau yang biasanya disebut Multiple Access Interference (MAI). Salah satu metode multiuser detector yaitu Succescive Interference Cancellation (SIC) dapat digunakan untuk menghilangkan MAI pada sisi Receiver. Proses tersebut akan mengagalkan adanya sinyal yang terinterferensi. Setelah subtraksi, sinyal data diterima oleh system bila telah terdeteksi satu user sehingga proses dapat diulang untuk interferensi yang lainnya. Pada proyek akhir ini akan dilakukan pengamatan atas kinerja teknik multiuser detector yaitu SIC pada sistem MC CDMA untuk jumlah user maksimum 25 dan jumlah sub carrier 32 pada kanal AWGN dan Rayleigh fading. Pembangkitan PN code menggunakan goldcode 31. Modulasi yang digunakan adalah m-ary Quadrature Amplitude Modulation (m-qam) Hasil dari proyek akhir ini adalah grafik BER (Bit Error Rate) sebagai fungsi SNR (Signal To Noise Ratio) dengan parameter jumlah user, jumlah sub carrier dan jumlah stage. 2. PEMBUATAN SISTEM, PENGUJIAN HASIL, DAN PEMBAHASAN 2.1 Pembuatan Sistem Pada tahap ini dijelaskan proses pembuatan sistem, pengujian sistem, dan pembahasan hasil berdasarkan blok diagram perancangan sistem pada gambar 1dan 2.

2 (a) (b) Gambar 1. Blok Diagram sistem MUD-SIC MC CDMA ; (a) Transmitter dan (b) Receiver Pembangkitan input data Input awal dari sistem MUD SIC Multicarrier CDMA adalah bit-bit data biner yang bernilai 1 dan 0. Pada proyek akhir ini, bit yang ditransmisikan adalah sejumlah 10 4 dan 10 6 yang dinotasikan sebagai Modulasi data input Input data untuk sistem Multicarrier CDMA adalah data termodulasi [8]. Dalam proyek akhir ini, modulasi yang digunakan adalah 4-QAM. Data-data acak yang telah dibangkitkan tersebut akan masuk ke modulator 4QAM. Pada modulator 4 QAM ini, deretan data input akan dideretkan kembali menjadi 2 baris, yang kemudian akan dipetakan sesuai dengan konstellasi 4QAM, yakni (1+j,1-j,-1+j,-1-j). Output dari proses modulasi adalah data termodulasi dengan bandwidth ½ bandwith BPSK yang dinotasikan sebagai Proses Spreading Pada proses spreading, bandwith data akan ditebar dengan menggunakan pseudo noise code (PNCode). Perkalian data dengan PN code menggunakan perkalian XOR [2].Pada gambar 2.3 deretan data milik user ke yang dinotasikan sebagai akan dikopi sebanyak n buah. PN Code dari user ke- untuk proses spreading dinotasikan sebagai, dimana menunjukkan nomor chip. Output dari proses spreading ini dinotasikan sebagai [3]..(2.1) Modulasi subcarrier Dengan menggunakan Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) sebagai modulator dapat menghasilkan subcarrier yang saling orthogonal. Untuk mengurangi waktu komputasi, maka dapat digunakan fungsi Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) yang telah terdapat pada matlab. Fungsi IFFT merubah sinyal domain frekuensi ke dalam domain waktu. Untuk persamaan IFFT dapat dituliskan sebagai berikut [9] : (2.2) Penjumlahan sinyal Setelah melalui proses spreading dan modulasi dengan subcarrier, masing-masing kopi data akan dideretkan ke dalam satu bandwidth untuk kemudian dipancarkan. Persamaan sinyalnya dapat ditulis sebagai berikut [3] : (2.3)

3 2.1.5 Proses Transmisi Kanal AWGN Kanal AWGN yaitu kanal ideal hanya memiliki noise AWGN(Addative Wite Gaussian Noise) didalamnya. Berikut adalah persamaan dari noise AWGN [10]: dalam db Rayleigh Fading Pada proses pengiriman, kanal yang juga digunakan adalah berupa Rayleigh fading. Kanal Rayleigh fading memiliki keterbatasan bandwidth dan menyebabkan distorsi pada sinyal yang dikirim. Berikut adalah persamaan dari Rayleigh Fading [8] : 2 P s ( t) S ( S / N) = 10log = 10log (2.7) db 2 P N n ( t) BER Nilai BER didapat apabila nilai dari tiap SNR sudah dihitung. Nilai BER dapat dihitung dari persamaan berikut: (2.8) Secara keseluruhan, dapat dijelaskan pada flowchart pada gambar 3 berikut: Dengan r ditentukan dari distribusi berikut: Proses Demodulasi subcarrier Dengan menggunakan fungsi Fast Fourier Transform (FFT), yang merupakan kebalikan dari proses IFFT untuk modulator subcarrier pada sisi transmitter. Penggunaan fungsi FFT akan mengalihragamkan data dari domain waktu ke domain frekuansi. Untuk persamaan FFT dapat dituliskan sebagai berikut [9] : (2.4) Proses Successive Intereference Cancellation Output dari proses demodulasi subcarrier kemudian akan diolah dalam Successive Interference Canceller (SIC). SIC bekerja dengan cara mendeteksi 1 user pada setiap stage, kemudian mengurangkan user yang telah terdeteksi dengan seluruh sinyal tersisa pada stage berikutnya. Estimasi bit akan dirumuskan sebagai berikut [10] :..(2.6) Proses Demodulasi Output dari proses SIC kemudian akan dikembalikan lagi menjadi bit-bit data informasi melalui proses demodulasi. Demodulator yang digunakan adalah demodulator 4-QAM. Outputnya adalah estimasi bit yang dinotasikan sebagai Perhitungan Error Data dianalisa dengan parameter Signal to Noise Ratio (SNR) dan Bit Error Rate (BER) untuk nilainilai pada masing-masing variable. Sehingga kesimpulan yang didapat tentang kinerja sistem ini berdasarkan data yang variatif SNR SNR adalah rasio perbandingan antara sinyal dan noise. SNR dapat dihitung melalui persamaan: Gambar 3.Flowchart sistem 2.2 Pengujian Hasil dan Pembahasan Perbandingan MC CDMA konvensional dengan MC CDMA dengan SIC Jumlah bit yang ditransmisikan adalah 10 5, dan subcarrier 32. Selain itu juga diuji hasil perbandingan stage SIC. Gambar 4 BER MCCDMA dengan dan tanpa SIC

4 Kinerja sistem MC-CDMA MUD-SIC dapat diamati pada gambar 3.9 dan tabel 3-1. Berdasarkan tabel 3-1dapat diketahui bahwa sistem MC CDMA dengan SIC bekerja lebih baik dibandingkan sistem MC CDMA tanpa SIC. Untuk mencapai nilai BER 10-3, sistem MC CDMA dengan SIC bekerja 2,5 db lebih baik dibandingkan dengan sistem MC CDMA tanpa SIC, yakni pada SNR 24dB Pengujian dengan parameter jumlah stage Gambar 7 Grafik BER MC CDMA dengan SIC dengan perbandingan user Gambar 5 Grafik BER stage SIC Untuk nilai SNR 40dB, stage 1 memiliki nilai BER sebesar 5 x 10-5, sedangkan nilai BER stage 2 untuk SNR yang sama adalah 3 x 10-5 dan untuk stage 3 memiliki BER sebesar 1 x 10-5.Pada BER 10-3, SNR untuk stage ke 2 dan ke 3 lebih baik 2 db dibandingkan dengan stage ke Pengujian dengan parameter jumlah user Terdapat 3 buah sistem yang akan dibandingkan, yakni sistem A dengan jumlah user 5, sistem B dengan jumlah user 10 dan sistem C dengan jumlah user 25.. Jumlah bit yang dikirimkan adalah 10 3 dan menggunakan 32 subcarrier. Kanal transmisi adalah Rayleigh fading. Untuk jumlah user 25,sistem MC CDMA tanpa MUD-SIC nilai BER 10-3 dicapai pada SNR 29 db, sedangkan untuk sistem MC CDMA dengan MUD- SIC, nilai BER 10-3 dicapai pada SNR 24 db. Hal ini disebabkan karena SIC mampu menghilangkan interferensi yang diakibatkan oleh user lain. Untuk nilai SNR 32 db, sistem dengan 5 user memiliki BER 11 x 10-5, sedangkan sistem dengan 15 user untuk nilai SNR yang sama memiliki nilai BER 16 x 10-5 dan sistem dengan 25 user memiliki nilai BER 28 x Sehingga dapoat terlihat bahwa semakin banyak jumlah user, maka sistem akan bekerja semakin buruk Pengujian dengan Parameter Jumlah Subcarrier Pada pengujian ini, sistem akan diuji dengan menggunakan subcarrier 8, 32 dan 64. Jumlah bit yang ditransmisikan adalah 10 5 dan jumlah user pada sistem adalah 5. Gambar 7 Grafik perbandingan subcarrier Gambar 6 Grafik BER MC CDMA tanpa SIC dengan perbandingan user Sebelum SNR 10 db, sistem dengan subcarrier 7, 31, dan 63 menunjukkan kinerja yang sama. Setelah SNR 10 db, sistem MUD-SIC Multicarrier CDMA

5 dengan subcarrier 31 dan 63 menunjukkan kinerja yang lebih baik dari sistem MUD-SIC MC CDMA dengan 8 subcarrier. Pada sistem yang menggunakan 31 dan 64 subcarrier, nilai BER 10-3 bekerja dicapai pada nilai SNR 25 db. Pada nilai SNR 30 db, sistem dengan 7 subcarrier memiliki nilai BER 0,0095. Untuk nilai SNR yang sama, sistem dengan 31 subcarrier memiliki BER 3 x 10-5, sedangkan sistem yang menggunakan 63 subcarrier memiliki BER 2,4 x PENUTUP 3.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil pengolahan data dan analisa data pada tugas akhir ini, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Pada kanal Rayleigh fading dengan subcarrier 32, sistem MUD-SIC Multicarrier CDMA bekerja 2,5 db lebih baik dibanding sistem Multicarrier CDMA tanpa SIC untuk BER Pada SNR 40dB, nilai BER sistem MUD-SIC MC CDMA adalah 7x10-5, sedangkan nilai BER sistem MC CDMA konvensional adalah 10x Pada nilai SNR 30 db, sistem dengan 7 subcarrier memiliki nilai BER 0,0095. Untuk nilai SNR yang sama, sistem dengan 31 subcarrier memiliki BER 3 x 10-5, sedangkan sistem yang menggunakan 63 subcarrier memiliki BER 2,4 x SIC bekerja menggagalkan MAI secara serial dengan jumlah stage maksimum 3. Stage kedua dan ketiga bekerja lebih baik 2 db dibandingkan dengan stage pertama. 4. Jumlah user dalam sistem mempengaruhi kinerja SIC. Semakin banyak jumlah user yang terdapat pada sistem, maka kinerja SIC semakin buruk. Untuk sistem dengan user 5, pada SNR 32dB, nilai BER nya adalah 11 x Untuk SNR yang sama nilai BER untuk sistem dengan 10 user dan 25 user berturutturut adalah 16 x 10-5 dan 28 x Saran Terdapat beberapa saran untuk pengembangan tugas akhir ini, antara lain: 1. Dapat dibuat simulasi sistem MC-CDMA MUD-SIC dengan modulasi QAM yang lain, seperti 8QAM, 16QAM atau 32QAM. 2. Membuat simulasi sistem dengan menggunakan bahasa pemrograman yang lain, seperti Java, C++, dll. DAFTAR PUSTAKA [1] Peter Ang, Performance Comparison of Multiuser detectors for Synchronous CDMA with short code, Stanford University, Jun [2]Jan De Nayerlaan, Spread Spectrum (SS), Sirius Communication, Oktober 1999 [3] Shinsuke Hara, Ramjee Prasad, Overview of Multicarrier CDMA, IEEE Communication Magazine, December [4] Alexander Duel-Hallen, Jack Holtzman, Zoran Zvonar, Multiuser Detection for CDMA Systems, IEEE Personal Communication, April [5] Pulin Patel, Jack Holtzman, Analysis of a Simple Successive Interference Cancellation, IEEE Journal on Selected Areas in Communication, Vol. 12, No. 5, Juni [6] Kiran Puttegowda, Gautam Verma, dkk, On the Effect of Cancellation Order in Successive Interference Cancellation for CDMA Systems, Virginia Polytechnic Institute and State University [7]Eunhee Kim, Performance of Multicarrier DS CDMA Systems,EEL6503 Spread Spectrum and CDMA Final Report, December 2002 [8] Dhananjay Kumar, C.Chellapan, Efficient Resource Allocation in MC-CDMA Cellular Wireless Networks to Support Multimedia Traffic, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, [9] Charan Langton, Orthogonal frequency Division Multiplexing Tutoril, [10] Moegiharto, Yoedy Signal to Noise,PENS-ITS,2010. [11]Tonny Juliandy, Simulasi Teknik Pengkodean Low Density Parity check code pada sistem MC CDMA, USU,2009. [12]Peter Ang performance comparison of multiuser detector for synchronous CDMA with sorth code Standart university faculty of electrical engineering, june 2001

6

7 .

8