BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Definisi Sistem Modulasi Modulasi (mapping) adalah proses perubahan karakteristik dari sebuah gelombang carrier atau pembawa aliran bit informasi menjadi simbol-simbol. Proses sebaliknya disebut demapping dimana simbol-simbol dirubah kembali menjadi aliran bit informasi. Mapper yang umum digunakan adalah QPSK dan 16QAM dengan kedua modulasi ini sama-sama mempunyai teknik subscarrier tipe quatenarry atau pembawa berjumlah 4 simbol dalam masing-masing subscarrier. Dengan 4 simbol pembawa dalam satu modulasi maka sistem transmisi data akan lebih efisien pada saat proses pengiriman, juga dalam segi pengehematan waktu transfer dan juga efisiensi bandwidth yang bisa mencapai 50%. Adapun beberapa modulasi yang biasa digunakan yaitu BPSK, QPSK, QAM, 16QAM. Gambaran teknik modulasi dapat digambarkan yaitu, sinyal yang telah termodulasi tersebut diaplikasikan ke dalam IFFT untuk pembuatan simbol OFDM. Penggunaan IFFT ini memungkinkan pengalokasian frekuensi yang saling tegak lurus (orthogonal). Setelah itu simbol OFDM ditambahkan cyclic prefix kemudian simbol-simbol OFDM dikonversikan lagi kedalam bentuk serial, dan kemudian sinyal dikirim. Sinyal keluaran dari transmitter berupa sinyal yang saling overlapping, hal seperti ini dapat menghemat bandwidth kanal sampai 50%. Kondisi overlapping ini tidak akan menimbulkan interferensi di karenakan telah memenuhi kondisi orthogonal. Pada receiver, dilakukan operasi yang berkebalikan dengan apa yang dilakukan di stasiun pengirim. Mulai dari konversi dari serial ke parallel, pelepasan cyclic prefix kemudian konversi sinyal parallel dengan FFT setelah itu demodulasi, dan terakhir konversi parallel ke serial, dan akhirnya kembali menjadi bentuk data informasi. II-1

2 Pada sisi pengirim bit-bit informasi dimodulasi dengan salah satu teknik modulasi digital (QPSK, 16QAM). Setelah dimodulasi dengan setiap subcarrier orthogonal, bit-bit informasi tersebut menjadi sinyal serial yang termodulasi. Kemudian sinyal serial tersebut diubah ke bentuk sinyal paralel. Lalu masingmasing sinyal paralel masuk ke blok IDFT. Blok IDFT memiliki 256 subcarrier. Apabila sinyal paralel yang akan masuk ke blok IDFT belum mencapai 256 subcarrier maka akan dilakukan penambahan subcarrier pilot dan subcarrier nol. Sinyal yang keluar dari blok IDFT merupakan sinyal multicarrier. Sebelum dikirim, sinyal multicarrier tersebut ditambahkan guard interval (cyclic prefix). Serial To Paralel Modulasi IFFT Add Cyclic Prefix Paralel To Serial Channel + Noise Serial To Paralel Remove Cyclic Prefix FFT Demodulasi Paralel To Serial Gambar 2.1 Blok Diagram OFDM Sederhana [5] Penambahan guard interval berguna untuk menjaga sinyal agar dapat meminimalisasi ISI (Intersymbol Interference). Pada sisi penerima, guard interval yang ditambahkan ke sinyal multicarrier pada sisi pengirim dibuang. Kemudian sinyal multicarrier tersebut masuk ke blok DFT (Discrete Fourier Transform). Pada blok DFT sinyal multicarrier tersebut akan diubah menjadi sinyal subcarrier yang paralel. Sinyal subcarrier tersebut akan masuk ke blok estimasi kanal. Disini akan terjadi pemisahan antara subcarrier sinyal informasi, subcarrier pilot dan subcarrier nol. Subcarrier sinyal informasi akan masuk ke blok P/S, sementara II-2

3 subcarrier pilot dan subcarrier nol akan dibuang. Pada blok P/S semua subcarrier sinyal informasi akan ditambahkan dan diubah menjadi subcarrier sinyal informasi yang serial. Subcarrier sinyal informasi yang serial akan didemodulasi sehingga keluarannya merupakan bit-bit informasi yang dikirimkan pada sisi penerima. Persamaan OFDM teknik modulasi melalui subcarrier yang saling orthogonal dapat dilihat sebagai berikut: Φ n (t) = Π(t- )...(2.1) Dimana Π(t) merupakan rektanguler nilai yang digambarkan (-T/2, T/2) dalam interval waktu [0,T]. Dengan demikian sinyal yang ditransmisikan dapat dituliskan seperti pada persamaan : X(t) 0 t T...(2.2) Jika kita masukkan pembawa data simbol (disampel pada saat t = k[n] ) maka persamaannya menjadi: X k = x n e...(2.3) Sistem OFDM sederhana enkoder baseband modulasi modulasi OFDM kanal dekoder baseband demodulasi OFDM demodulasi Z(t) data masukan data keluaran. Data masukan berupa data digital yang merupakan sumber informasi kemudian data masukan tersebut dinotasikan oleh pengkode menjadi rangkaian m = m1, m2, m3,, mj, dimana setiap mj mewakili digit biner (bit) yaitu satu (1) dan nol (0). Modulator berfungsi untuk memodulasikan in-bit menjadi satu simbol disebut juga pengiriman M-ary. kemudian hasil dari modulasi pada OFDM modulator akan dikirimkan ke dalam kanal, z(t) adalah frekuensi dari local oscillator yang akan dibandingkan dengan frekuensi pembawa. Pada penerima akan didemodulasikan dengan Fast Fourier Transform (FFT) kemudian dikirimkan ke baseband demodulator yang akan mengubah II-3

4 simbol-simbol menjadi digit biner. Pada decoder digit biner akan dinotasikan kembali menjadi data digital. Dalam pengiriman data menggunakan M-ary, kecepatan pengiriman menjadi log2 M baud, dengan satu baud adalah satu simbol perdetik, dengan demikian lebar pita yang diperlukan lebih kecil untuk pengiriman jumlah bit yang sama. [1] Jika kita masukkan pembawa data symbol (disampel pada saat t = k[n] ) maka persamaannya menjadi: X k = x n e...(2.4) Jika simbol - simbol kompleks QPSK, Ns merupakan jumlah subcarrier, T adalah durasi simbol, dan fc adalah frekuensi pembawa. Bagian real dan imaginer berhubungan dengan bagian inphase dan quadrature dari sinyal, dalam modulator setiap sinyalnya akan mempunyai nilai real dan imaginer yang merupakan bagian inphase dan quadrature sehingga dapat dikalikan dengan sinus atau kosinus dari frekuensi yang telah ditentukan untuk menghasilkan sinyal akhir dari OFDM. [1] Gambar 2.2 (a) Spektrum sebuah OFDM Subcarrier (b) Spektrum Sinyal OFDM Hasil modulator baseband dimasukkan ke dalam OFDM modulator dimana symbol-simbol masukan dari baseband modulator akan diproses dengan menggunakan Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), kemudian hasil dari modulasi pada OFDM modulator akan dikirimkan ke dalam kanal, z(t) adalah frekuensi dari local oscillator yang akan dibandingkan dengan frekuensi II-4

5 pembawa. Pada penerima akan didemodulasikan dengan Fast Fourier Transform (FFT) kemudian dikirimkan ke baseband demodulator yang akan mengubah simbol-simbol menjadi digit biner. Pada decoder digit biner akan dinotasikan kembali menjadi data digital. Dalam pengiriman data menggunakan Mary, kecepatan pengiriman menjadi log2 M baud, dengan satu baud adalah satu simbol perdetik, dengan demikian lebar pita yang diperlukan lebih kecil untuk pengiriman jumlah bit yang sama. [1] 2.2 Pembangkit dan Pendeteksian Sinyal OFDM Pembangkitan dan pendeteksiaan sinyal OFDM dapat dilihat pada bagian pemancar dan bagian penerima : a. Bagian Pemancar Pembangkitan sinyal OFDM merupakan penggabungan sinyal - sinyal subcarrier baik berbeda phasa, amplitudo maupun frekuensi sehingga keluaranya menjadi sinyal multicarrier dengan frekuensi tertentu. Gambar 2.3 mengilustrasikan proses pembangkitan sinyal multicarrier pada sistem OFDM. Sebanyak N buah subcarrier termodulasi QPSK/16QAM dibuat saling orthogonal dan overlap dengan spasi/jeda antar subcarrier sebesar periode simbol OFDM (Ts). Gambar 2.3 Proses Pembangkit Sinyal Multicarrier pada Pemancar OFDM Pembangkitan ini memenuhi persamaan sebelumnya, dengan masingmasing frekuensi fk memenuhi persamaan (2.5) s(t) = Σ t=-~ Σ k=1 d n (k) exp {ƒ2πf k (t it s )}ƒ(t it s )...(2.5) dengan : II-5

6 dn(k) : Simbol OFDM hasil mapping PSK/QAM pada interval mapping ke-n dan subcarrier ke-k. TS : Durasi simbol sinyal OFDM. fk : frekuensi dari subcarrier ke-k (k = 0,1,2,.). ƒ k = ƒ 0 + k/t s = 1,2,...,N 1... (2.6) Jika maka persamaan 2.6 dapat ditulis seperti persamaan 2.7 S(t) = Σ i=-~ Σ k=1 (d 1n (k) + jd Qn (k)) exp {j2πƒ k (t it s )} ƒ (t it s ) (2.7) f(t) : bentuk gelombang pulsa dari setiap simbol ƒ(t) = 1 ( 0 t T k ) 0 ( t 0, t T k )... (2.8) Simbol dn(k) diperoleh dari proses konversi informasi kompleks serial hasil mapping QPSK/16QAM dengan kecepatan sebesar N/Ts (atau periode simbol = Ts/N) menjadi informasi kompleks parallel dengan kecepatan pada masing-masing lengan parallel sebesar 1/Ts (atau periode simbol setiap lengan = Ts). b. Bagian Penerima Pendeteksian sinyal OFDM merupakan pemisahan sinyal multicarrier menjadi sinyal-sinyal subcarrier yang berbeda phasa, amplitudo maupun frekuensi yang masih orthogonal. Gambar 2.4 Proses Deteksi Sinyal Subcarrier pada Penerima OFDM II-6

7 Gambar 2.4 mengilustrasikan proses pendeteksian sinyal subcarrier pada bagian penerima OFDM. Sinyal multicarrier termodulasi QPSK dan 16QAM yang diterima dari pengirim akan diubah menjadi sinyal subcarrier dengan menggunakan DFT. Dengan menerapkan DFT pada penerima, akan didapatkan seluruh simbol dn(k) yang dikirim oleh modulator OFDM. Sifat orthogonalitas antar subcarrier OFDM dimanfaatkan untuk melakukan proses demodulasi pada setiap subcarrier yang dapat ditunjukkan pada persamaan (2.9) dengan complex conjugate s(t). Bila sinyal kirim s(t) diterima dengan sempurna, maka persamaan 2.9 dapat disederhanakan menjadi persamaan (2.10) c. Stasiun Penerima OFDM Setelah mengalami efek dari kanal transmisi, sinyal OFDM kemudian diterima oleh stasiun penerima dan sinyal tersebut akan melalui blok-blok penerima hingga kembali menjadi bit-bit informasi data. Blok-blok pada penerima adalah blok pengeluaran guard interval, blok DFT, pengeluaran simbol pilot, estimasi kanal, blok S/P kemudian demodulator seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.5. Gambar 2.5 Blok Stasiun Penerima OFDM II-7

8 2.3 Konversi Serial ke Paralel Blok serial to parallel converter berfungsi untuk merubah aliran data yang terdiri dari 1 baris dan beberapa kolom menjadi beberapa baris dan beberapa kolom. Hasil dari blok serial to parallel converter ini adalah matriks bit-bit informasi dengan jumlah baris menyatakan banyaknya subcarrier yang digunakan. Pada tugas akhir ini blok serial to parallel membagi sinyal yang masih dalam satu jalur frekuensi menjadi 192 jalur frekuensi yang berbeda dengan kecepatan keluaran yang lebih rendah pada setiap jalur frekuensinya. Jumlah kolom menyatakan hasil perkalian jumlah simbol per subcarrier dan jumlah bit per simbol. Gambar 2.6 Ilustrasi Serial to Parallel Dalam simulasi matlab, bit-bit serial tersebut akan di reshape oleh fungsi reshape dalam matlab, sehingga deretan bit serial akan dikirimkan secara parallel masuk ke dalam stasiun pemancar OFDM. Gambar 2.7 Blok Fungsi Reshape Konversi Data Serial ke Data Paralel II-8

9 2.4 Konversi Paralel ke Serial Parallel to serial converter berfungsi untuk mengubah sinyal data keluaran yang telah dipisahkan dari sinyal pilot dan masih berupa jalur parallel menjadi satu jalur bentuk seri dalam domain frekuensi. 2.5 Modulasi Sinyal Modulasi merupakan proses perubahan karakteristik dari sebuah gelombang carrier atau pembawa data dan bit sinyal informasi. Input data informasi yang dikirimkan pertama kali dimodulasikan oleh blok modulasi. Sinyal informasi tersebut akan dikodekan dan dipetakan (mapping) menurut skema modulasi yang digunakan oleh sistem OFDM. Pada fungsi lapisan fisik OFDM pada WiMAX standard IEEE , ada 3 tipe modulasi dan demodulasi sinyal digital yang digunakan yaitu QPSK, 16QAM dan 64QAM Demodulasi Sinyal Demodulasi sinyal berfungsi untuk mengembalikan data bit yang dikirim berdasarkan konstelasi modulasi yang digunakan. Modulasi digital yang digunakan pada tugas akhir ini ada dua jenis yaitu QPSK dan 16QAM. 2.6 QAM QAM (Quadrature Amplitude Modulation) adalah sebuah skema modulasi yang membawa data dengan mengubah (memodulasi) amplitudo dari dua gelombang pembawa. Kedua gelombang tersebut, biasanya sinusoid, berbeda fase dengan yang lainnya sebesar 90 dan oleh karena itu disebut pembawa quadrature. Seperti skema modulasi lainnya, QAM membawa data dengan mengubah beberapa aspek dari sinyal pembawa, atau gelombang pembawa (biasanya sinusoid). Dalam kasus QAM, amplitudo dari dua gelombang, saling berbeda fase sebesar 90 derajat diubah (dimodulasi) untuk mewakili sinyal data. [4] II-9

10 Gambar 2.8 Quadrature Amplitude Modulation Analog [7] QAM 16-Quadrature Amplitudo Modulation (QAM) adalah modulasi digital yang merupakan penggabungan antara ASK dan PSK. Konstelasi sinyal berubahubah berdasarkan amplitudo juga berdasarkan phasa. Untuk merepresentasikan satu simbol 16QAM diperlukan 4 bit sinyal digital, yaitu 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, Modulasi 16QAM memiliki efisiensi bandwidth 2 kali lebih besar dibandingkan dengan QPSK. II-10