TUGAS AKHIR. ANALISIS KINERJA MODULASI DAN PENGKODEAN ADAPTIF PADA JARINGAN WiMAX ALEX KRISTIAN SITEPU

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISIS KINERJA MODULASI DAN PENGKODEAN ADAPTIF PADA JARINGAN WiMAX Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh ALEX KRISTIAN SITEPU DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 ABSTRAK Perkembangan teknologi komunikasi data yang sangat cepat dan diiringi kebutuhan akses data yang semakin meningkat telah menimbulkan kenaikan permintaan untuk high-speed internet access. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) berdasarkan standar IEEE untuk Broadband Wireless Access (BWA) menawarkan solusi atas permintaan tersebut dengan memberikan kecepatan akses data yang tinggi sekelas jaringan pita lebar (broadband), jangkauan daerah pemancar yang luas, dan fleksibilitas tinggi yang tidak dapat dipenuhi oleh jaringan serat optik, jaringan DSL (Digital Subscriber Line), atau jaringan berteknologi kabel lainnya. Salah satu teknologi penting pada WiMAX adalah penggunaan modulasi dan pengkodean adaptif untuk meningkatkan efisiensi spektrum frekuensi, throughput transmisi data, dan reliabilitas sistem. Modulasi adaptif (adaptive modulation) memungkinkan WiMAX mengatur pola sinyal modulasi berdasarkan kondisi signal-tonoise ratio (SNR) pada link radio sehingga memberikan bit rate maksimal. Sedangkan pengkodean (coding) digunakan untuk meningkatkan keamanan data, resistansi terhadap noise, dan untuk keperluan deteksi error. Empat teknik modulasi pada WiMAX telah ditetapkan dan didukung oleh standar IEEE e, yaitu BPSK, QPSK, 16-QAM, dan 64-QAM dengan laju pengkodean yang berbeda. Dari hasil analisis terhadap kinerja modulasi dan pengkodean adaptif didapat bahwa bit rate dan throughput maksimum paling tinggi dicapai dengan modulasi dan pengkodean 64-QAM ¾, yakni sebesar 40,14 Mbps dan 45 Mbps. Sedangkan jarak paling jauh didapat dengan menggunakan modulasi dan pengkodean BPSK ½, yakni hingga 9,5 km.

3 KATA PENGANTAR Puji dan Syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-nya sehingga penulis diberikan kemampuan dan kesempatan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini berjudul : Analisis Kinerja Modulasi Dan Pengkodean Adaptif Pada Jaringan WiMAX. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. Penulis menyampaikan rasa hormat, dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua saya, Ayahanda dr. Ngguntur Sitepu dan Ibunda Adelina Ginting, yang telah membesarkan, mendidik, dan terus membimbing serta mendoakan saya. Juga rasa sayang kepada saudara-saudara saya dr. Maria Thessarina Sitepu, Adrian Yossiarta Sitepu, dan Marselita Kristianti Sitepu. Dalam kesempatan ini, Penulis juga menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Arman Sani, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, yang dengan ikhlas dan sabar memberikan masukan, bimbingan dan motivasi dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Panusur S. M. L. Tobing, selaku Dosen Wali selama saya mengikuti perkuliahan. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku Pelaksana Tugas Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik.

4 4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 5. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bekal ilmu kepada saya selama mengikuti perkuliahan. 6. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro. 7. Terimakasih kepada teman-teman seperjuangan Angkatan Immanuelta Sen, Dedi Spy2, Eko cib Prasetyo, Wiclif, Dody, Zonic, Juan Joielechong, Juan Khan, Agus P.P, Fahmi Vpn, Louise, Willy, Josua, Franklyn ktua, Batzz Sniper, dan seluruh teman-teman yang belum disebutkan namanya. 8. Teman-teman mahasiswa dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu, penulis siap menerima saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap agar Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan penulis. Medan, Nopember 2010 Penulis Alex Kristian Sitepu

5 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 3 BAB II WiMAX 2.1 Umum Perkembangan WiMAX a e Fitur Penting WiMAX... 8

6 2.4 Lapis Fisik Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Subkanalisasi Struktur Slot & Frame Modulasi dan Pengkodean Adaptif Lapis MAC Struktur Frame MAC Mekanisme Akses Kanal Kualitas Pelayanan (QoS) Unsolicited Grant Service (UGS) Real-Time Polling Service (rtps) Non-Real-Time Polling Service (nrtps) Best Effort (BE) Service Extended Real-Time Variable Rate (ERT-VR) Service Penghematan Daya Fungsi Sekuritas Privacy Support Device/User Authentication Flexible Key-Management Protocol Protection of Control Messages Fast Handover Sistem Advanced Antenna Diversitas Transmisi Beamforming... 27

7 2.6.3 Spatial Multiplexing Hybrid-ARQ WiMAX Forum Topologi Jaringan WiMAX Topologi Point-to-Point (P2P) Topologi Point-to-Multipoint (PMP) Topologi Mesh BAB III MODULASI DAN PENGKODEAN ADAPTIF 3.1 Pendahuluan Sistem Transmisi Adaptif Pengkodean Kanal Pengacakan Forward Error Correction (FEC) Interleaving Repetisi Pemetaan Simbol Binary Phase Shift Keying (BPSK) Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Kontrol Daya Estimasi Kanal Kanal Feedback Adaptasi Link... 47

8 3.4 Perhitungan Kinerja Modulasi dan Pengkodean Adaptif Perhitungan Link Budget Perhitungan Rugi-Rugi Propagasi COST-231 Hata Model ECC-33 Path Loss Model Perhitungan EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) Perhitungan RSL (Receive Signal Level) Perhitungan Bit Rate Perhitungan Throughput BAB IV ANALISIS KINERJA MODULASI DAN PENGKODEAN ADAPTIF PADA JARINGAN WiMAX 4.1 Model Sistem Yang Dianalisis Parameter Parameter Yang Digunakan Dalam Analisis Perhitungan Analisis Kinerja Modulasi dan Pengkodean Adaptif Pada Jaringan WiMAX Perhitungan Link Budget COST-231 Hata Model ECC-33 Path Loss Model Perhitungan EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) Perhitungan RSL (Receive Signal Level) Perhitungan Rss (Receiver Sensitivity) Perhitungan Batas Switching Point Perhitungan Bit Rate... 71

9 4.3.3 Perhitungan Throughput Maksimum BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Implementasi Teknologi WiMAX... 6 Gambar 2.2 Perbandingan OFDMA dengan SOFDMA Gambar 2.3 Struktur Slot & Frame WiMAX Gambar 2.4 Struktur Lapis MAC WiMAX Gambar 2.5 Frame MAC PDU Gambar 2.6 Topologi Point to Point Gambar 2.7 Topologi Point to Multipoint Gambar 2.8 Topologi Mesh Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Modulasi dan Pengkodean Adaptif Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Pengkodean Kanal WiMAX Gambar 3.3 Modulasi Digital (a) baseband (b) bandpass Gambar 3.4 Konstelasi Sinyal BPSK Gambar 3.5 Bentuk Gelombang BPSK (a) fc=2/t (b) fc=1,8/t Gambar 3.6 Konstelasi Sinyal QPSK Gambar 3.7 Bentuk Gelombang QPSK Gambar 3.8 Konstelasi Sinyal 16-QAM Gambar 3.9 Konstelasi Sinyal 64-QAM Gambar 3.10 Sistem Quantized Precoding Feedback Gambar 3.11 Adaptasi Link Gambar 3.12 Propagasi NLOS Gambar 4.1 Model Sistem Gambar 4.2 Perbandingan Rugi-Rugi Propagasi COST-231 Hata dengan ECC

11 Gambar 4.3 Perbandingan Receive Signal Level Pada Model Propagasi COST 231- Hata dan ECC-33 Path Loss Gambar 4.4 Perbandingan Bit Rate dan Throughput Maksimum pada Model Propagasi COST-231 Hata Gambar 4.5 Perbandingan Bit Rate dan Throughput Maksimum pada Model Propagasi ECC-33 Path Loss... 77

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan Standar IEEE Tabel 3.1 Skema Modulasi dan Pengkodean pada WiMAX Tabel 3.2 Koordinat Sinyal QPSK Tabel 4.1 Standar IEEE e untuk SNR Tabel 4.2 Parameter Station Tabel 4.3 Parameter OFDMA Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Rugi Rugi Propagasi COST-231 Hata Model Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Rugi Rugi Propagasi ECC-33 Path Loss Model Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Receive Signal Level pada COST-231 Hata Model Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Receive Signal Level pada ECC-33 Path Loss Model. 65 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Receiver Sensitivity Perangkat Tabel 4.9 Batas Switching Point Pada Model Propagasi COST-231 Hata Tabel 4.10 Batas Switching Point Pada Model Propagasi ECC-33 Path Loss Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Bit Rate Sistem Modulasi Dan Pengkodean Adaptif Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Throughput Maksimum Sistem... 75