Widya Teknika Vol.19 No. 1 Maret 2011 ISSN 1411 0660 : 34 39 PERENCANAAN ANALISIS UNJUK KERJA WIDEBAND CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS (WCDMA)PADA KANAL MULTIPATH FADING Dedi Usman Effendy 1) Abstrak Dalam komunikasi nirkabel, multipath fading adalah fenomena yang terjadi karena pergerakan user dan berakibat pada performa system. Karenanya, kemampuan sebuah teknologi dalam menghadapi efek fading menjadi parameter kehandalan dalam mendukung pergerakan (mobilitas) user. Salah satu cara untuk mengetahui performansi WCDMA yaitu dengan melakukan analisis terhadap beberapa parameter performansi WCDMA yang meliputi signal to noise ratio (SNR), energy bit to noise ratio (Eb/No), bit error rate (BER), delay endtoend serta throughput pada jaringan WCDMA tersebut. Flat fading yang terjadi pada kanal multipath fading akan berpengaruh pada performansi WCDMA, yaitu pada rugirugi propagasi (path loss). Nilai path loss juga dipengaruhi oleh jarak pancar antara transmitter (Node B) dan receiver (User Equipment) dan akan mempengaruhi daya terima sinyal pada receiver. Untuk kondisi transmitter dan receiver pada WCDMA yang berada di daerah urban (terrain type A), dengan frekuensi kerja downlink sebesar 2,14 GHz, bandwidth sebesar 5 MHz, bit rate user sebesar 384 kbps, dan jarak antara transmitter dan receiver divariasikan mulai dari 500 m 4000 m pada kondisi dan Sight Kata kunci : Energi matahari, kolektor, heat storage PENDAHULUAN Latar Belakang Perkembangan teknologi telekomunikasi yang sangat pesat dewasa ini berjalan seiring dengan kebutuhan masyarakat untuk berkomunikasi serta melakukan pertukaran data dengan cepat, mudah dan mobile. Perkembangan penggunaan layanan telekomunikasi ini kemudian berdampak pada bandwidth yang telah disediakan menjadi semakin tidak mencukupi. Masalah lain yang juga muncul yaitu permintaan layanan data dengan kecepatan data lebih tinggi, serta masalah efisiensi spektrum ferkuensi. Hal inilah yang akhirnya menjadi latar belakang perkembangan teknologi akses jamak (multiple access). Untuk mengatasi masalah ini, maka diterapkan teknologi TDMA (Time division multiple Access), FDMA (Frequency Division Multiple Access) dan CDMA (Code Division Multiple Access). Seiring dengan perkembangan teknologi telekomunikasi hingga memasuki generasi ketiga, maka kemudian lahirlah teknologi Wideband CDMA (WCDMA). WCDMA merupakan teknologi telekomunikasi seluler generasi ketiga (3G) sebagai pengembangan dari teknologi GSM/GPRS/EDGE yang berfungsi sebagai air interface untuk system UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). WCDMA merupakan teknologi akses jamak dengan menggunakan teknik akses Direct Sequence Spread Spectrum(DSSS) yang dapat menyediakan fasilitas pengaksesan pelanggan ke jaringan PSTN (Public Switched Telephone Network) dan dapat mengirimkan layanan data, suara dan multimedia. System ini memiliki standar bandwidth sebesar 5 MHz, yang juga dapat ditingkatkan sampai dengan 10 MHz hingga 15 MHz. Karena penggunaan bandwidth yang sangat lebar tersebut serta penggunaan teknik direct sequence spread spectrum sebagai teknik aksesnya, maka teknologi ini dinamakan Wideband CDMA. Jika dibandingkan dengan teknologi Narrowband CDMA (NCDMA), atau yang lebih dikenal dengan CDMA, WCDMA memiliki beberapa keunggulan, antara lain yaitu memiliki kapasitas lebih tinggi, coverage area yang lebih luas, serta kecepatan data yang tinggi sampai 144 kbps untuk mobilitas tinggi, 384 kbps untuk mobilitas rendah dan 2 Mbps pada keadaan statis (diam). Pada komunikasi radio, sinyal yang dipancarkan dipengaruhi oleh bermacam macam bentuk hamburan (scatter) sinyal dan fenomena lintasan jamak (multipath) yang dapat menyebabkan terjadinya fading. Fading adalah fenomena fluktuasi daya sinyal terima akibat adanya proses propagasi (pantulan) dari gelombang radio. Multipath fading adalah suatu bentuk gangguan atau interferensi sinyal RF yang timbul ketika sinyal memiliki lebih dari satu jalur dari transmitter ke receiver. Sebagian dari sinyal langsung ke tujuan sedangkan bagian lain terlebih dahulu memantul ke penghalang, sehingga sinyal yang diterima di penerima adalah jumlah superposisi dari keseluruhan sinyal LOS (Line of Sight) dan hasil pantulan. Multipath fading mengakibatkan perbedaan waktu (delay) yang menyebabkan timbulnya intersymbol interference. Jika delay cukup besar, maka dapat menyebabkan kesalahan pada paket. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada skripsi ini adalah Bagaimana menganalisis unjuk kerja WCDMA pada kanal multipath fading. Bagaimana pengaruh multipath fading terhadap performansi WCDMA Batasan Masalah 1. Hanya membahas performansi WCDMA pada sisi penerima (User Equipment). 2. Perhitungan dilakukan pada sisi downlink. 34
PERENCANAAN...MULTIPATH FADING (DEDI USMAN E.) 3. Teknik modulasi yang digunakan untuk downlink adalah modulasi QPSK. 4. Mode yang digunakan adalah frequency division duplex (FDD). 5. Standar acuan WCDMA ini mengacu pada rekomendasi ETSI yang memiliki kecepatan transfer data sebesar 144 kbps untuk mobilitas tinggi, 384 kbps untuk mobilitas rendah dan 2 Mbps pada keadaan statis (diam) Tujuan Skripsi ini bertujuan untuk mengkaji pengaruh multipath fading terhadap performansi WCDMA yang meliputi pathloss, signal to noise ratio (SNR), energy bit to noise ratio (Eb/No), bit error rate (BER), delay endtoend serta throughput. METODOLOGI Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) WCDMA merupakan teknologi telekomunikasi seluler generasi ketiga (3G) sebagai pengembangan dari teknologi GSM/GPRS/EDGE yang berfungsi sebagai air interface untuk sistem UMTS (Universal Mobile Telecommunication system). WCDMA termasuk dalam teknologi akses jamak (multiple access) yang menggunakan teknik akses Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) yang dapat menyediakan fasilitas pengaksesan pelanggan ke jaringan PSTN (Public Switched Telephone Network) dan dapat mengirimkan layanan suara, data dan multimedia. Sistem ini memiliki standar bandwidth sebesar 5 MHz, yang juga dapat ditingkatkan sampai dengan 10 MHz hingga 20 MHz, serta memiliki kecepatan data yang tinggi sampai 144 kbps untuk mobilitas tinggi, 384 kbps untuk mobilitas rendah dan 2 Mbps pada keadaan statis (diam). Karena penggunaan bandwidth yang sangat lebar tersebut serta penggunaan teknik direct sequence spread spectrum sebagai teknik aksesnya, maka teknologi ini dinamakan Wideband CDMA. Pemodelan Sistem Spreading Modulator Sinyal Informasi Wireless Channel (kanal AWGN dan Kanal Multipath Fading) Gambar 2.1 Permodelan Sistem Desperading Demodulator Sinyal Informasi Parameter Multipath Fading Parameter multipath fading merupakan parameter yang diamati berdasarkan pengaruh yang ditimbulkan oleh multipath fading terhadap sinyal yang diterima. Gambar 2.2 merupakan diagram alir perhitungan parameter multipath fading. Mulai Analisis pengaruh multipath fading terhadap delay spread Analisis pengaruh delay spread terhadap flat fading Analisis pengaruh delay spread terhadap frequency selective fading Selesai Gambar 2.2 Diagram Alir Perhitungan Parameter Multipath Fading ANALISIS UNJUK KERJA SISTEM Umum Analisis dilakukan dengan cara menghitung nilai parameter performansi pada kondisi Line of Sight dan Sight dengan jarak antara Node B dan UE yang berubahubah. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh jarak dan keadaan lingkungan terhadap sinyal yang diterima oleh receiver (UE). Analisis pengaruh multipath fading terhadap delay spread Tabel 3.1.Multipath Power Delay Profile Power, Time, Path k Power P ( k ) (µs) (db) 1 0 0 1 2 4 5 0,.316 3 10 10 0,1 4 12 15 0,03 5 15 17 0,02 Analisis pengaruh delay spread terhadap kanal multipath fading Sinyal yang mengalami efek multipath fading, yang disebabkan oleh propagasi pantulan dan hamburan pada kanal radio, akan mengalami delay spread pada sinyal yang diterima. Delay spread multipath akan mengakibatkan dua jenis fading pada kanal multipath fading, yaitu flat fading dan frequency selective fading, yang sangat dipengaruhi oleh bandwidthsinyal (B s ), bandwidth koheren (B c ), RMS delay spread ( ) dan periode simbol (T s ). 35
Perhitungan Parameter Performansi WCDMA Untuk mempermudah proses analisis dan perhitungan, maka digunakan beberapa data sekunder seperti ditunjukkan dalam Tabel 4.3 mengenai parameter perhitungan link budget untuk WCDMA. WIDYA TEKNIKA VOL. 19 No 1 MARET 2011 : 34 39 Perhitungan Rugi Rugi Propagasi (Path Loss) diperoleh nilai path loss dan daya terima pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.4. Tabel 3.4.Perhitungan path loss dan daya terima pada kondisi LOS dan NLOS Line of Sight Sight Free Daya Path Daya Space Terima Loss Terima Loss (db) (Pr) (dbm) (db) (dbm) 500 93,041 48,041 124,378 79,378 1000 99,062 54,063 137,855 92,855 1500 102,584 57,584 145,738 100,738 2000 105,082 60,082 151,332 106,332 2500 107,020 62,020 155,670 110,670 3000 108,604 63,604 159,215 114,215 3500 109,943 64,943 162,213 117,213 4000 111,103 66,103 164,809 119,809 Sumber : Hasil perhitungan Hubungan antara rugirugi redaman terhadap perubahan jarak ditunjukkan pada grafik 3.1. Grafik 3.2.Hub. Daya Terima Terhadap Perhitungan Signal to Noise Ratio (SNR) diperoleh nilai SNR pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.5. Tabel 3.5.Perhitungan SNR LOS dan NLOS Sight Free Space Loss Daya Terima Path Loss Daya Terima (db) (Pr) (dbm) (db) (dbm) 500 93,041 48,041 124,378 79,378 1000 99,062 54,063 137,855 92,855 1500 102,584 57,584 145,738 100,738 2000 105,082 60,082 151,332 106,332 2500 107,020 62,020 155,670 110,670 3000 108,604 63,604 159,215 114,215 3500 109,943 64,943 162,213 117,213 4000 111,103 66,103 164,809 119,809 Hubungan antara SNR terhadap perubahan jarak ditunjukkan pada grafik 3.3. Grafik 3.1.Hubungan RugiRugi Redaman Thp Hubungan antara daya terima terhadap perubahan jarak ditunjukkanpada grafik 3.2. Grafik 3.3 Hubungan SNR Terhadap Perhitungan Energy bit to Noise Ratio (Eb/No) diperoleh nilai Eb/No pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.6. 36
PERENCANAAN...MULTIPATH FADING (DEDI USMAN E.) Tabel 3.6.Perhitungan Eb/No LOS dan NLOS Sight SNR Eb/No SNR Eb/No (db) (db) (db) (db) 500 80,796 69,649 49,459 38,313 1000 74,776 63,629 35,983 24,836 1500 71,254 60,107 28,099 16,953 2000 68,755 57,609 22,505 11,359 2500 66,817 55,670 18,167 7,020 3000 65,233 54,087 14,622 3,475 3500 63,894 52,748 4000 62,734 51,588 Tabel 3.9. Nilai Delay Delay Nilai (ms) Enkapsulasi (t enc ) 0,36 Dekapsulasi (t dec ) 0,212 Transmisi (t t ) 0,087 Propagasi (t p ) 0,016 Antrian (t p ) 1,289 Perhitungan Throughput diperoleh nilai throughput pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.11. Hubungan antara Eb/No terhadap jarak ditunjukkan pada grafik 3.4. Tabel 3.10. Perhitungan throughput LOS t 1 (s) t out (s) Α P (Mbps) Grafik 3.4. Hubungan Eb/No Terhadap jarak Perhitungan Bit Error Rate (BER) jarak UE dan Node B antara 1 km 4 km, maka akan diperoleh nilai P be pada kondisi NLOS seperti pada Tabel 3.7. Tabel 3.7. Perhitungan Probabilitas bit error (P be ) kondisi LOS dan NLOS Sight Probabilitas bit error Eb/No Eb/No Probabilitas bit error (db) (Pbe) (db) (Pbe) 500 69,649 1,463 x 10 30 38,313 2,627 x 10 18 1000 63,629 2,313 x 10 29 24,836 2,059 x 10 12 1500 60,107 7,970 x 10 28 16,953 6,057 x 10 9 2000 57,609 9,815 x 10 27 11,359 1,796 x 10 6 2500 55,67 6,904 x 10 26 7,02 1,554 x 10 4 3000 54,087 3,388 x 10 25 3,475 6,406 x 10 3 3500 52,748 1,289 x 10 24 4000 51,588 4,187 x 10 24 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 2,322 2,342 2,357 2,368 2,377 2,384 2,391 2,397 1,0005 4309,27 27 5,992 21,128 1,0005 4272,99 26 9,474 20,947 1,0005 4245,82 24 3,265 20,814 1,0005 4226,11 23 4,020 20,717 1,0005 4210,12 22 2,828 20,639 1,0005 4197,77 21 1,388 20,578 1,0005 4185,49 21 5,279 20,518 1,0005 4175,02 20 1,715 20,467 Tabel 3.11. Perhitungan throughput i NLOS t 1 (s) t out (s) α P bps) 500 2,478 1,0005 4035,77 14 1,076 16,516 1000 2,603 1,0005 3843,83 9 8,434 15,723 1500 2,715 1,0005 3686,34 5 2,481 15,086 2000 2,829 1,0005 3537,90 0,0074 14,478 2500 3,096 1,0006 3233,07 0,6365 13,229 3000 3,269 1,0006 3062,12 26,239 12,529 3500 4000 Hubungan antara throughput terhadap jarak untuk kondisi LOS dan NLOS ditunjukkan pada grafik 3.5. Perhitungan Delay endtoend Besarnya delay endtoend dihitung dengan menggunakan persamaan (249). t end to end = t enc + t t + t p + t w + t dec 37
WIDYA TEKNIKA VOL. 19 No 1 MARET 2011 : 34 39 2000 57,609 11,359 2500 55,670 7,020 3000 54,087 3,475 3500 52,748 4000 51,588 Grafik 3.5. Hubungan Throughput thd HASIL ANALISIS Nilainilai dari parameter performansi WCDMA yang dipengaruhi oleh efek multipath fading antara lain sebagai berikut : a. Daya Terima (P r ) Tabel 3.12. Nilai Daya Terima Sinyal pada Kondisi LOS dan NLOS Daya Terima (dbm) Line of Sight Sight 500 48,041 79,378 1000 54,063 92,855 1500 57,584 100,738 2000 60,082 106,332 2500 62,020 110,670 3000 63,604 114,215 3500 64,943 117,213 4000 66,103 119,809 b. Signal to Noise Ratio (SNR) Tabel 3.13. Nilai SNR pada LOS dan NLOS SNR (db) Line of Sight Sight 500 80,796 49,459 1000 74,776 35,983 1500 71,254 28,099 2000 68,755 22,505 2500 66,817 18,167 3000 65,233 14,622 3500 63,894 4000 62,734 c. Energy bit to Noise Ratio (Eb/No) Tabel 3.14. Nilai Eb/No pada LOS dan NLOS Eb/No (db) Line of Sight Sight 500 69,649 38,313 1000 63,629 24,836 1500 60,107 16,953 d. Bit Error Rate (BER) Tabel 3.15. Nilai P be pada Kondisi LOS dan NLOS Probabilitas bit error,p be Line of Sight 500 30 1,463 29 1000 2,313 1500 28 7,970 2000 27 9,815 26 2500 6,904 3000 25 3,388 Sight 2,627 2,059 6,057 1,796 1,554 6,406 3500 24 1,289 24 4000 4,187 e. Delay endtoend Tabel 3.16. Nilai Delay Delay Nilai (ms) Enkapsulasi (t enc ) 0,36 Dekapsulasi (t dec ) 0,212 Transmisi (t t ) 0,087 Propagasi (t p ) 0,016 Antrian (t p ) 1,289 Endtoend 1,964 18 12 9 6 3 f. Throughput Tabel 3.17. Nilai Throughput LOS dan NLOS Probabilitas bit error,p be Line of Sight Sight 30 18 500 1,463 2,627 29 1000 2,313 1500 28 7,970 27 2000 9,815 2500 26 6,904 3000 25 3,388 2,059 6,057 1,796 1,554 6,406 24 3500 1,289 24 4000 4,187 12 KESIMPULAN a. Nilai Eb/No pada kondisi LOS dengan jarak 500 m antara transmitter dan receiver yaitu sebesar 69,649 db dan kondisi NLOS sebesar 38,313 db. Sedangkan pada jarak 3000 m nilai Eb/No pada kondisi LOS sebesar 54,087 db dan pada kondisi NLOS sebesar 3,475 db. 9 6 3 38
PERENCANAAN...MULTIPATH FADING (DEDI USMAN E.) b. BER (P be ) pada kondisi LOS dengan jarak 500 m antara transmitter dan receiver yaitu sebesar 1,463 x 10 30 dan kondisi NLOS sebesar 2,627 x 10 18. Sedangkan pada jarak 3000 m nilai P be pada kondisi LOS sebesar 3,388 x 10 35 dan pada kondisi NLOS sebesar 6,406 x 10 3. c. Nilai untuk waktu tunda (delay) yaitu delay enkapsulasi sebesar 0,36 ms, delay dekapsulasi sebesar 0,212 ms, delay transmisi sebesar 0,087 ms, delay propagasi 0,016 ms, dan delay antrian sebesar 1,289 ms. Sehingga diperoleh delay endtoend sebesar 1,964 ms. d. Throughput pada kondisi LOS dengan jarak 500 m antara transmitter dan receiver yaitu sebesar 21,128 Mbps dan kondisi NLOS sebesar 16,516 Mbps. Sedangkan pada jarak 3000 m nilai throughput pada kondisi LOS sebesar 20,578 Mbps dan pada kondisi NLOS sebesar 12,529 Mbps. Saran 1. Menambah jalur pantulan (path) sinyal agar pengaruh multipath fading dapat semakin terlihat. 2. Mengubah tipe daerah layanan, kecepatan pergerakan user dan tinggi antenna pemancar atau penerima agar dapat terlihat pengaruh faktor lingkungan terhadap performansi sinyal terima pada WCDMA. DAFTAR PUSTAKA 1. Chen, Kwang Cheng., Macra, J Roberto B. de. 2007. Mobile WiMAX. London : John Wiley & Sons 2. Forouzan, Behrouz. 2000. Data Communication and Networking. United States: McGrawHill 3. Devi, Gammalia Permata. 2008. Sistem Monitoring Tempat Parkir Dengan Menggunakan Webcam. Skripsi tidak dipublikasikan. Malang : Universitas Brawijaya 4. Dyah, Arlina. 2008. Pengaruh Multipath Fading Terhadap WiMax Dengan Teknik OFDM. Skripsi tidak dipublikasikan. Malang : Universitas Brawijaya 5. Ekowati, Linda. 2008. Penerapan HSDPA Pada Jaringan WCDMA. Skripsi tidak dipublikasikan. Malang : Universitas Brawijaya 6. Stallings, William. 2007. Komunikasi dan Jaringan Nirkabel Edisi Kedua. Jakarta : Erlangga 39