UNJUK KERJA MULTI-CODE MULTICARRIER CDMA PADA KANAL MULTIPATH FADING Eva Yovita Dwi Utami Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik UKSW Jalan Diponegoro 52-6, Salatiga 5711 Intisari Sistem yang diteliti adalah Multi-code Multicarrier CDMA (MTC-MC-CDMA) yang merupakan teknik gaungan Multi-code CDMA (MTC-CDMA) dan Multicarrier CDMA (MC-CDMA), menggunakan tiga jenis code sequence set yaitu Walsh-Hadamard code, Gold code, dan Kasami code pada kanal mengalami multipath fading yang terdistriusi Rayleigh.Dari hasil penelitian diperoleh ahwa peningkatan jumlah pengguna mengakiatkan nilai BER yang semakin esar. Nilai BER seesar,47 saat terdapat enam pengguna, namun nilai BER mencapai,86 saat terdapat 15 pengguna.perandingan sistem MTC-MC-CDMA, MTC- CDMA, dan MC-CDMA dengan total andwidth yang sama menunjukkan ahwa MTC-MC-CDMA merupakan sistem yang paling aik. Untuk jumlah pengguna yang sama, yaitu sepuluh pengguna, BER yang diperoleh MTC-MC-CDMA seesar,74, sedangkan MC-CDMA mencapai.14 dan MTC-CDMA mencapai,643. Kata kunci: Multicode, Multicarrier, Code Sequence Set. 1. Pendahuluan Sistem komunikasi ergerak masa depan, yaitu generasi keempat (4G), akan semakin memenuhi keinginan para penggunanya dalam memperoleh layanan yang semakin ervariasi dan kecepatan data yang tinggi. Layanan terseut merupakan integrasi dari suara, data, image, dan video. Masing-masing layanan memiliki kecepatan data yang ereda-eda sehingga andwidth yang diutuhkan pun akan ereda. Teknik Multi-code Multicarrier CDMA (MTC-MC-CDMA) merupakan teknik gaungan Multi-code CDMA (MTC-CDMA) dan Multicarrier CDMA (MC- CDMA) yang ertujuan untuk memaksimalkan unjuk kerja sistem komunikasi ergerak. MTC-CDMA adalah teknik untuk menangani layanan dengan kecepatan data yang tinggi dan kecepatan data yang ereda-eda dengan menggunakan urutan kode yang orthogonal[1]. Sedangkan MC-CDMA adalah teknik untuk meningkatkan efisiensi frekuensi dengan cara memagi and frekuensi kanal menjadi eerapa sukanal[2]. Unjuk kerja MTC-MC-CDMA ergantung pada kehandalan korelasi dari kode yang digunakan. Oleh karena itu, ada tiga kode yang dapat digunakan, yaitu kode Walsh-Hadamard, kode Gold dan kode Kasami. Ketiga kode terseut dipilih karena memiliki korelasi silang yang rendah untuk tiap urutan kode pada tiap set kode. 73
Techné : Jurnal Ilmiah Elektronika Vol. 4 No. 2 Oktoer 25 : 75-81 2. Sistem Multi-code Multicarrier CDMA (MTC-MC-CDMA) Gamar 1 menunjukkan skema pengirim dan penerima sistem MTC-MC- CDMA. Sistem MTC-MC-CDMA menggunakan modulasi M-ary pada code sequence set yang menunjukkan seuah urutan kode dengan panjang log 2 M it. Seuah simol M-ary memilih seuah M urutan kode yang diseut code sequence set untuk dikirimkan. Tiap pengguna memiliki code sequence set yang merepresentasikan seuah simol data dari log 2 M it. Ukuran code sequence set tergantung dari kecepatan data yang diutuhkan. 74 Gamar 1. Pengirim dan penerima sistem MTC-MC-CDMA[1]. Pada kasus CDMA umumnya, ukuran code sequence set adalah dua, yaitu satu merepresentasikan dan yang lainnya merepresentasikan 1. Dalam sistem ini, tiap pengguna memiliki seuah set dari M code sequence, dengan log 2 M adalah perandingan dari kecepatan data yang diutuhkan terhadap kecepatan standar data (1 it/simol). Oleh karena itu, jika kecepatan data adalah log 2 M kali dari kecepatan standar data, ukuran code sequence set adalah M dan setiap simol M-ary akan dipetakan pada salah satu code sequence set dengan panjang N. Panjang kode N adalah tetap untuk seluruh nilai M yang ervariasi. Jadi, kecepatan data yang ervariasi tidak akan menguah panjang kode N, tapi akan menguah ukuran M code sequence set. Setelah itu tiap urutan kode diperanyak sejumlah L caang dan pada masing-masing caang dikalikan dengan m-sequence yang unik untuk masing-
masing caang. Kemudian tiap caang dimodulasi dengan frekuensi carrier yang saling orthogonal antara caang yang satu dengan yang lainnya dan hasilnya dijumlahkan. Proses ini dapat diimplementasikan secara digital dengan menggunakan IFFT untuk menggantikan perkalian dengan sucarrier dan proses penjumlahan. Pada penerima, FFT dipakai untuk masukannya dan keluaran FFT akan dikalikan kemali dengan m-sequence. Setelah itu dilakukan pendeteksian oleh matched filter sehingga urutan kode yang memerikan korelasi maksimum akan dipetakan kemali menjadi simol M-ary. 3. Analisis Sistem MTC-MC-CDMA 3.1. Pengirim Sistem MTC-MC-CDMA Dalam sistem MTC-MC-CDMA tiap pengguna memiliki code sequence set yang sama yaitu: Simol M-ary ke-i dari pengguna k ( ) { v ( n) m M } G = m 1. (2.1), akan dipetakan pada salah satu code k i sequence set G. sehingga data ke-i dari pengguna k yang ditransmisikan oleh pengirim dapat ditulis: dengan ( n) S ( n) v ( n) k i k, i, =, (2.2) S k, i adalah it ke-n dari pengguna k untuk tiap urutan kode ke-i dalam code sequence set. Berdasarkan Gamar 2.4., sinyal dengan modulasi Binary Phase Shift Keying (BPSK) yang dikirim dapat ditulis: k L N 1 s = S ( n) h( t nt it ) C ( Ni + n) cos( t + θ i = l = n = k, i s k, l l k, l ) ω, (2.3) dengan C k, l ( n) = kode penear ke-n dari pengguna k pada caang ke-l dan urutan kode ke-i, ω = frekuensi carrier pada caang ke-l, l θ = fase acak dari pengguna k pada caang ke-l k,l yang terdistriusi seragam sepanjang [,2π ] L = jumlah sucarrier, dan N = panjang code sequence set. h (t) = gelomang kotak yang memiliki nilai:, (2.4) 75
Techné : Jurnal Ilmiah Elektronika Vol. 4 No. 2 Oktoer 25 : 75-81 h = 1 T, t T, untuk lainnya 3.2. Penerima Sistem MTC-MC-CDMA Sistem MTC-MC-CDMA mentransmisikan sucarrier pita sempit (narrowad sucarrier) dalam jumlah yang esar dalam setiap pengiriman, sehingga model kanal radio akan mengalami frequency selective Rayleigh fading dengan tiap sucarrier mengalami flat Rayleigh fading. Tiap sukanal dapat ditulis: g k, l k, l jψ k, l = β e, (2.5) dengan g k, l = variael complex Gaussian yang acak dengan rerata (mean) 2 nol dan variansi σ, β ( ) = amplitudo pelaifan yang terdistriusi Rayleigh, dan k, l t k, l ( t ψ ) = pergeseran fase. Walaupun dalam praktek selalu ada korelasi antara sukanal-sukanal yang saling erseelahan, pada sistem ini diasumsikan ahwa g k, l tidak saling erkorelasi dan terdistriusi secara identik untuk tiap pengguna k dan caang l yang ereda. Jika terdapat K pengguna yang aktif, maka sinyal sistem synchronous yang diterima adalah: N 1 r = β K L i= k = 1 l= 1 n= k, l S k, i ( n) h( t nt its ) Ck, l ( Ni + n) cos( ω + φ, ) n( t), l k l + (2.6) dengan φ t) = θ + ψ ( ), dan n (t) adalah Additive White Gaussian Noise k, l ( k, l k, l t (AWGN) dengan mean nol dan rapat spektral daya N. Amplitudo pelaifan dan pergeseran fase diasumsikan konstan pada interval waktu sepanjang [, T ]. Keluaran matched filter dapat diperoleh dari Gamar 2.1. dan Persamaan (2.6),. Asumsikan ahwa pengguna pertama adalah pengguna yang diinginkan dan simol M-ary dari pengguna pertama yang diinginkan adalah m, sehingga dapat ditulis simol M-ary 1, m, maka keluaran macthed filter adalah: Ts N x1 t) n= U1, m = ( vm ( n) h( t nt ) dt, (2.7) 1 dengan x 1( t ) adalah urutan kode dari pengguna pertama yang telah didemodulasi yaitu: 76
( j+ 1) T x t) = λ h( t jt ), 1( 1, j L 1 λ 1, j = r( t) C1, q ( j)cos( ωqt + φ1, q ( j)) α1, qdt. T jt q= 1 (2.8) (2.9) Teknik diversitas yang digunakan pada sistem ini adalah Equal Gain Comining (EGC), yang merupakan teknik diversitas paling sederhana karena pada receiver tidak memperkirakan fungsi pindah kanal. Oleh karena itu, α 1 untuk seluruh q pada Persamaan (2.9). 1, q = 4. Hasil Penelitian dan Pemahasan Pada agian ini akan ditampilkan hasil simulasi sistem MTC-MC-CDMA. Unjuk kerja sistem dapat dilihat melalui nilai Bit Error Rate (BER) yang diperoleh. Gamar 2 menunjukkan perandingan BER terhadap SNR untuk sistem MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading, ila menggunakan tiga code sequence set yang ereda. Pada harga SNR yang sama, kode Walsh-Hadamard menghasilkan BER leih kecil diandingkan BER kode Gold dan kode Kasami. Untuk SNR ernilai 15 db, BER yang diperoleh kode Walsh-Hadamard adalah,28 sedangkan kode Gold seesar,319 dan kode Kasami seesar,362. Gamar 2. Grafik BER terhadap SNR sistem MTC-MC-CDMA menggunakan kode Walsh-Hadamard, kode Gold dan kode Kasami pada kanal multipath fading. 77
Techné : Jurnal Ilmiah Elektronika Vol. 4 No. 2 Oktoer 25 : 75-81 Gamar 3 memperlihatkan grafik BER terhadap SNR untuk sistem MTC- MC-CDMA dengan nilai M yang ervariasi pada kanal multipath fading. Semakin esar nilai M maka semakin esar nilai BER yang diperoleh. Saat SNR ernilai 5 db, M ernilai 256 memiliki nilai BER maksimum yaitu,3585 dan M ernilai 2 memiliki BER minimum yaitu seesar,121. Saat SNR ernilai 3 db, nilai BER maksimum juga terjadi pada M ernilai 256 yaitu seesar,13 dan nilai BER minimum terjadi pada M ernilai 2 yaitu seesar,2. Gamar 3. Grafik BER terhadap SNR sistem MTC-MC-CDMA dengan nilai M yang ervariasi pada kanal multipath fading. Gamar 4 dan Gamar 5 memperlihatkan perandingan ketiga sistem yaitu sistem Multi-code CDMA (MTC-CDMA), Multicarrier CDMA (MC-CDMA), dan MTC-MC-CDMA. Untuk sistem MTC-MC-CDMA, panjang code sequence set (N) yang digunakan adalah 16, jumlah sucarrier (L) seanyak 16, dan M ernilai 16. Ketiga sistem ini memiliki andwidth yang ereda-eda, jadi diperlukan pengaturan jumlah sucarrier dan jumlah it yang akan ditransmisikan agar total andwidth untuk ketiga sistem ini menjadi sama. Seagai contoh, pada sistem MTC- MC-CDMA ila N dan M ernilai 16, maka sistem ini memetakan data seanyak empat it ( log 2 M ) seagai satu simol data pada code sequence set dengan panjang kode 16. Jadi, sistem MTC-MC-CDMA mentransmisikan 16 it data dalam satu simol. Hal ini erarti andwidth sistem MTC-MC-CDMA empat kali leih lear daripada andwidth sistem MC-CDMA. Oleh karena itu, pada sistem MTC-MC- CDMA digunakan L seanyak 16 dan pada sistem MC-CDMA digunakan L seanyak 64. Pada sistem MTC-CDMA digunakan N erjumlah 256, sehingga pada simulasi total andwidth ketiga sistem terseut menjadi sama. Gamar 4 memperlihatkan grafik BER terhadap SNR untuk sistem MTC- CDMA, MC-CDMA, dan MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading. Dapat 78
dilihat, walaupun sistem MC-CDMA menggunakan sucarrier yang leih anyak daripada sistem MTC-MC-CDMA, unjuk kerja sistem MTC-MC-CDMA leih aik daripada sistem MC-CDMA dan sistem MTC-CDMA. Saat SNR ernilai 2 db, MTC-MC-CDMA memiliki nilai BER yang terendah yaitu,77 sedangkan MC- CDMA erada pada urutan kedua dengan nilai BER seesar,112 dan MTC- CDMA menghasilkan nilai BER yang tinggi yaitu seesar,622. Gamar 4. Grafik BER terhadap SNR untuk sistem MTC-CDMA, MC-CDMA, dan MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading. Gamar 5. Grafik BER terhadap jumlah pengguna untuk sistem MTC-CDMA, MC- CDMA, dan MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading. 79
Techné : Jurnal Ilmiah Elektronika Vol. 4 No. 2 Oktoer 25 : 75-81 Gamar 5 memperlihatkan grafik BER terhadap jumlah pengguna untuk sistem MTC-CDMA, MC-CDMA, dan MTC-MC-CDMA pada kanal multipath fading dengan SNR ernilai 2 db. Sistem MTC-MC-CDMA memiliki unjuk kerja yang leih aik daripada kedua sistem lainnya. Pada nilai BER yang sama, sistem MTC-MC-CDMA dapat melayani jumlah pengguna yang leih anyak daripada 3 sistem MTC-CDMA dan MC-CDMA. Saat BER ernilai 9 1, jumlah pengguna yang dapat dilayani oleh sistem MTC-MC-CDMA adalah 13 pengguna, sedangkan sistem MC-CDMA seanyak semilan pengguna. Untuk sistem MTC-CDMA, BER 3 ernilai 9 1 tidak tercapai. Pada jumlah pengguna yang sama, yaitu sepuluh pengguna, BER yang diperoleh MTC-MC-CDMA seesar.74, sedangkan MC- CDMA mencapai.14 dan MTC-CDMA mencapai.643. Melalui perolehan nilai BER terseut, terlihat ahwa menggaungkan teknik MC-CDMA dengan sistem MTC-CDMA merupakan solusi yang tepat untuk meningkatkan unjuk kerja sistem telekomunikasi ergerak. 5. Kesimpulan Unjuk kerja sistem MTC-MC-CDMA menggunakan code sequence set yang ereda-eda menunjukkan ahwa kode Walsh-Hadamard adalah kode teraik untuk sistem MTC-MC-CDMA yang synchronous. Nilai M yang ervariasi menunjukkan kecepatan data yang ereda-eda, semakin cepat data yang dikirim maka BER yang diperoleh semakin esar. Perandingan dengan menggunakan total andwidth yang sama menunjukkan unjuk kerja sistem MTC-MC-CDMA leih unggul daripada sistem MTC-CDMA dan MC-CDMA. Hal ini mengindikasikan ahwa sistem MTC-MC-CDMA dapat dipertimangkan untuk digunakan seagai sistem selular generasi yang akan datang. Daftar Pustaka [1] Kim, Taeyoon, Jaeweon Kim, Jeffrey G. Andrews, Theodore S. Rappaport, Multi-code Multi-Carrier CDMA: Performance Analysis, IEEE Int. Conf., vol 2, pp. 973-977, 24,. [2] S. Hara, R. Prasad, Overview of multicarrier CDMA, IEEE Communications Magazine, vol. 35, pp. 126 133, 1997 [3] X. Gui, T. S. Ng, Performance of asynchronous orthogonal multicarrier CDMA system in a frequency selective fading channel, IEEE Transactions on Communications, vol. 47, no. 7, pp. 184 191, [4] E. A. Sourour, M. Makagawa, Performance of Orthogonal Multicarrier CDMA in a Multipath Fading Channel, IEEE Transactions on Communications, vol. 44, no. 3, pp. 356 367, 1996 [5] Rappaport, T. S., Wireless Communication, Principles and Practice, 2 nd ed., 22, Prentice-Hall, Inc, New Jersey [6] Ziemer, R.E., Peterson R.L., Introduction to Digital Communication, 2 nd ed., 21, Prentice-Hall, Inc, New Jersey SR, 8
Riwayat Penulis Eva Yovita Dwi Utami Memperoleh gelar sarjana S1 dari Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi TELKOM, Bandung pada tahun 22. Tahun 23 24 ekerja seagai Technical Support pada PT. Garda Semesta Cakrawala dan seagai Dosen Tidak Tetap pada Akademi Teknik Telekomunikasi Sandhy Putra Jakarta. Sejak tahun 25 sampai sekarang ekerja seagai Dosen Kopertis Wilayah VI Semarang dpk pada Fakultas Teknik program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga. 81