Analisa Metode Pengolahan Sinyal Multi Data Rate pada DS-CDMA Riza Agus Al Hasan, Dwi Astharini Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Al Azhar Indonesia aleha_university@yahoo.co.id, astharini@uai.ac.id Abstraksi Metode pengolahan sinyal tertentu dilakukan pada sistem CDMA untuk mengakomodasi lebih banyak berbagai macam informasi dengan data rate berbeda, dengan tetap mempertahan kompatibilitas terhadap jaringan CDMA yang sudah dikembangkan sebelumnya untuik memudahkan upgrade pada sistem. Tulisan ini menganalisa tiga metode yang dikembangkan maupun telah digunakan pada sistem DS-CDMA untuk mentransmisikan multi data rate yaitu Variable Spreading Gain (VSG), Multi Code (MC) dan Variable Chip Rate (VCR). Pada Multi Code sinyal dengan data rate tinggi dipecah untuk dimodulasikan dengan kode ortogonal yang panjangnya tetap sebelum ditransmisikan secara paralel. Pada sistem VSG, Spreading Factor berubah sesuai data rate yang dibutuhkan sehingga digunakan kode orthogonal dengan panjang bervariasi sesuai (OVSF). Teknik VCR mempertahankan pengkodean yang sama untuk berbagai data rate dengan menggunakan chip rate yang berbeda, dengan implikasi pada bandwidth sinyal. Analisa pemrosesan sinyal mencakup penjabaran perlakuan masing-masing metode terhadap berbagai data rate beserta kebutuhan sistem pendukungnya, penggunaan dan variasinya. Kata Kunci : CDMA, multi data rate, multi code, variable spreading gain, variable chip rate. PENDAHULUAN Sistem komunikasi nir kabel berakses jamak dituntut memiliki kemampuan mengakomodasi lebih banyak berbagai macam informasi dengan data rate berbeda. Teknologi CDMA, yang dalam dekade terakhir ini sangat diminati dan dikembangkan diseluruh belahan dunia, masih menyisakan keraguan pada penanganan data selain audio seperti video dan multimedia lainnya yang memilki data rate yang berbeda-beda. Alasan inilah yang memberikan motivaasi yang sangat besar bagi para peneliti untuk mengembangkan atau merancang sistem CDMA yang mampu mengakomodasi kebutuhan dan layanan tersebut dengan tetap mempertahan kompatibilitas terhadap jaringan CDMA yang sudah dikembangkan sebelumnya sehingga memudahkan upgrade sistem. Tulisan ini menganalisa tiga metode pengolahan sinyal yang dikembangkan maupun telah digunakan pada sistem DS- CDMA untuk mentransmisikan multi data rate yaitu Variable Spreading Gain (VSG), Multi Code (MC) dan Variable Chip Rate (VCR). Ketiganya melakukan pengolahan sinyal pada transmiter sebelum sinyal memasuki kanal baseband dan modulasi transmisi. Karakteristik kanal baseband di sini digunakan sebagai acuan pada pembandingan performansi ketiga metode di atas. Tulisan ini disusun sebagai berikut: bagian dua menjelaskan masing-masing metode yaitu cara kerja persyaratan sistem; bagian tiga membandingkan performansi ketiganya sekaligus memberikan simpulan maupun saran penggunaannya. 2. PENGOLAHAN MULTI DATA RATE 2. Metode Multi Code CDMA Informasi yang memiliki data rate tinggi kr b, akan dipecah
menjadi sinyal berdata rate R b sebanyak k-paralel, sehingga tiap sinyal hasil pecahan disebarkan dengan SF yang sama agar sinyal hasil penyebarannya berdata rate R c seperti ditunjukkan pada gambar. Terlihat bahwa semua sinyal informasi yang masuk, berapapun besarnya data rate kr b, sebelum dilewatkan dalam kanal baseband berdata rate R c, harus dipecah menjadi beberapa sinyal berdata rate R b, dan sinyal berdata rate R disebut sebagai sinyal dasar. b Misalkan sederet data biner 000 dinyatakan sebagai sinyal informasi dalam bentuk data digital untuk dialokasikan ke kanal baseband. Sinyal informasi pada gambar yang masing-masing berdata rate R b, 2R b, 4R b dimasukkan pada sistem Multi Code CDMA dengan faktor penyebaran SF=8, maka akan menghasilkan bentuk gelombang rektangular pada gambar 2. 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0. Sinyal Informasi (Rb) Sinyal Informasi setelah disebarkan 0 0 2 4 6 8 0 2 4 6 Frekuensi Gambar 3 Rapat Daya Spektral Sinyal informasi dan hasil penyebaran pada sistem Multi Code CDMA Gambar 2 Pemetaan Sinyal informasi pada MC-CDMA Dari masing-masing gelombang deretan pulsa rektangular sinyal informasi setelah hasil penyebaran akan kita lewatkan melalui kanal baseband. Semua gelombang berdata rate Rc (, 2A,2B, 3A,3B, 3C,3D ) masing-masing memiliki pulsa rectangular dengan lebar pulsa yang sama yaitu τ = T/8. Rapat Daya Spektral PSD ( f ) sinyal tersebutdapat dilihat pada gambar 3. Sehingga dari tiap gelombang tersebut memiliki tingkat akurasi yang sama karena juga menggunakan SF yang sama untuk tiap gelombang walaupun data rate informasi berbeda-beda. Gambar 4 Skema sederhana Multi Code CDMA kr b, dengan k=n, maka kanal baseband tersebut hanya mampu menampung satu user dengan data rate kr b kr b dengan tetap mempertahankan akurasi data-nya. Maksimum data rate yang mampu didukung oleh ystem bergantung dengan jumlah kode yang tersedia dan bergantung dengan lebar pita frekuensi yang dialokasikan. Jumlah kode yang tersedia ditentukan oleh panjang kode orthogonal yang digunakan misalkan dalam penelitian ini kami gunakan N=8 maka terdapat deret kode yang saling orthogonal yang dapat disediakan, oleh karena itu sistem mampu diakses oleh user berdata rate 8R b tanpa harus mempengaruhi akurasinya. Sedangkan untuk lebar pita frekuensi yang dialokasikan ditentukan oleh kecepatan chip dari kode penyebar, dari pemodelan gelombang rectangular kecepatan chip sebanding dengan lebar pulsa rectangular yang digunakan. 2.2 Metode Variable Spreading Gain CDMA Pada sistem VSG, Spreading Faktor dari setiap user diubah berdasarkan permintaan data rate dari user itu sendiri. Artinya pemakaian kode orthogonal, panjang bit-nya akan bervariasi sesuai dengan kebutuhan dari data rate user. Kode orthogonal yang panjangnya bervariasi disebut OVSF. Dengan menggunakan kode ini sistem dapat mentransmisikan dengan data rate yang berbeda-beda mulai dari data rate yang rendah sampai dengan data rate yang 2
tinggi. Untuk menghasilkan kode orthogonal yang memiliki panjang yang berbeda dengan menggunakan fungsi walsh dapat digambarkan dengan skema pada gambar 5. mampu menampung satu user dengan data rate kr b dan memiliki SF= yang mengakibatkan kualitas data menurun. Dengan lebar pita frekuensi yang telah dialokasikan, maksimum data rate yang mampu didukung oleh ystem bergantung dengan SF terkecil yang diperbolehkan untuk digunakan. Jika SF= digunakan untuk mengalokasikan user berdata rate tinggi kr b, sama dengan kecepatan chip R c. Dengan demikian data hanya dapat mempertahankan tingkat distorsinya akan tetapi tidak memiliki karakteristik korelasi silang dan autokorelasi sehingga lemah terhadap gangguan dari luar. Gambar 5 Kode Orthogonal dengan panjang bervariasi SF yang digunakan oleh pengguna mempengaruhi ketersedian kode sehingga mempengaruhi jumlah pengguna yang dapat ditampung dengan data rate tertentu. Sebuah kode dapat digunakan oleh sebuah kanal jika dan hanya jika kode lainnya yang sejalur dengan kode induknya pada pohon kode orthogonal digunakan pada kanal yang sama. Sebagai contoh jika W 8 () telah digunakan oleh pengguna, semua kode yang dihasilkan dari kode W 8 () yang berdimensi lebih besar tidak dapat digunakan oleh pengguna yang memilki data rate yang lebih rendah dari pengguna berkode W 8 (), sedangkan kode-kode yang menjadi induk (berdimensi lebih kecil) tidak dapat dipakai untuk pengguna yang menginginkan data rate lebih tinggi. Pembatasan pemakain kode semacam ini dengan tujuan agar penggunapengguna tetap terjaga orthogonalitasnya. Sama seperti pada Multi Code dalam domain waktu bentuk gelombang sinyalnya pada tiap proses dapat kita modelkan seperti gambar 6. Gelombang Gelombang ' Gelombang 2 Gelombang 2' Gelombang 3 Gelombang 3' - - - - - - T 2 3 4 5 6 7 8 Sinyal Informasi (4Rb) Sinyal Hasil SG = 2 Penyebaran W (2,2) Sinyal Informasi (2Rb) Sinyal Hasil Penyebaran Sinyal Informasi (Rb) Sinyal Hasil SG = 8 Penyebaran W (8,5) Gambar 6 Pemetaan pulsa rektangular pada VSG CDMA Semua gelombang berdata rate Rc (, 2 dan 3 ) masingmasing memiliki pulsa rektangular dengan lebar pulsa sama yaitu τ = T/8. PSD(f) masing-masing ditampilkan pada gambar 7. Karena SF yang digunakan berbeda maka tingkat akurasi juga berbeda, tetapi penggunaan bandwidth efisien. kr b, dengan k=n, maka kanal baseband tersebut hanya SG = 4 W (4,3) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0. Sinyal Informasi (Rb) Sinyal Informasi (2Rb) Sinyal Informasi (4Rb) Sinyal Informasi setelah disebarkan 0 0 2 4 6 8 0 2 4 6 Frekuensi Gambar 7 Rapat Daya Spektral Sinyal informasi Vs Sinyal hasil penyebaran pada sistem VSG Gambar 8 Skema Sederhana Sistem VSG CDMA 2.3 Metode Variable Chip Rate CDMA Data rate yang lebih tinggi dipetakan ke kanal yang memiliki chip rate yang lebih tinggi dan konsekuensinya membutuhkan bandwidth yang lebih lebar akan tetapi dengan SF yang sama. Seperti pada Multi Code dan VSF, dalam domain waktu bentuk gelombang sinyal pada tiap proses ditampilkan pada gambar 9 di bawah ini. Tiap gelombang hasil spreading dari masing-masing user yang berbeda data rate juga berbeda, artinya tiap user dialokasikan dikanal dengan lebar pita frekuensi yang berbeda, ini dengan tujuan untuk mempertahankan SF-nya sehingga akurasi akan tetap terjaga konstan antara kerusakan akibat distorsi dan noise. Dengan pemodelan proses diatas dapat kita tentukan PSD(f) nya seperti tampak pada gambar 0. 3
yang lebih tinggi digunakan kecepatan chip yang lebih tinggi untuk menyebarkan sinyal informasi. Gambar 9 Pemetaan pulsa rektangular pada VCR CDMA 3. Kesimpulan dan Rekomendasi Dari hasil analisa dan penelitian yang telah dilakukan, untuk metode Multi Code CDMA dan Variable Spreading Factor CDMA pengembangannya dapat direkomendasikan dengan penambahan carrier pada modulasi RF. Dengan cara penambahan carrier pada metode Multi Code CDMA data rate akan meningkat diatas kr b, akurasinya tetap terjaga dan tetap mempertahankan kompatibilitas dengan alat transmitter dan receiver lama sehingga biaya pengembangannya lebih murah. Sedangkan pada VSF CDMA pengembangan sistem akan menambah kapasitas jumlah pengguna tapi data rate maksimum tetap dan akurasinya tetap terjaga. Sedangkan pengembangan pada sistem Variable Chip Rate CDMA memiliki kompleksitas dan kebutuhan investasi yang lebih tinggi walaupun dari hasil analisa menyebutkan bahwa tingkat akurasi datanya tetap terjaga konstan. Maka Pengembangan sistem CDMA Multi Data Rate yang paling optimal dalam meningkatkan data rate dan tetap mempertahankan akurasi data serta memiliki tingkat kompleksitas yang rendah serta biaya pengembangan lebih murah dan kompatibel terhadap jaringan lama yang sudah ada adalah metode Multi Code CDMA yang dikembangkan dengan Multi Carrier. Gambar 0 Rapat Daya Spektral Sinyal informasi Vs Sinyal hasil penyebaran pada VCR CDMA Gambar Skema sederhana sistem VCR CDMA kr b dimana k=n, maka akan dibutuhkan alokasi lebar pita frekuensi kanal sebesar k kanal R c. Dengan bertambahnya user berdata rate lebih tinggi system tetap mampu mempertahankan akses jamak maupun akurasi data. Maksimum data rate yang mampu didukung oleh sistem bergantung kepada kecepatan chip yang dihasilkan, user DAFTAR PUSTAKA []. T.S Rappaport, J.G. Andrews, K. Jaeweon dan K. Taeyoon, Multi-Code Multi-Carrier CDMA System and Method, United States Patent No. 2005/0249298 A, 0 November 2005 [2]. S. Robert dan L. Dug-in, Spreading Code Selection for Multiple Chip Rate DS-CDMA Systems, IEEE Trans. in Vehicular Technology, Vol 54, No 3, 2005. [3]. T. Minn dan K. Y. Siu, Variable Chip Rate CDMA, United States Patent No. 6.088. 347, juli 2000. [4]. T. Hirokazu & S. Tatsunori, Information Communication system using Multi Code CDMA Mode, US Patent No.5.78.542, 4/7/998. [5]. Ghanem, F. Christopher, B. Saman, Multi Rate Wireless Communication System, United States Patent No. 5.745.480, 28 April 998. [6]. C. Lin,R.D. Gitlin, Code Division Multiple Access System Providing Variable Data Rate A User, United States Patent No. 5.442.625, 5 Agustus 995. [7]. J.B. Groe, L.E Larson, CDMA Mobile Radio Design, Artech House, Boston, 2000 [8]. I. Glover dan P. Grant, Digital Communications, Prentice Hall, Inggris, 998. [9]. K.S. Zigangirov, Theory of Code Division Multiple Access Communication, John Wiley&Son, 2004. [0]. S. W. Smith, The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing, 4
5