SISTEM TRANSMISI MULTICARRIER ORTHOGONAL CDMA Sigit Kusmaryanto http://sigitkus.lecture.ub.ac.id Multicarrier CDMA adalah merupakan suatu kombinasi antara CDMA dengan Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), dimana ada beberapa istilah yang dapat menjelaskan sistem MC-CDMA antara lain : MC-CDMA adalah bentuk dari CDMA atau spread spectrum, tetapi spreading diaplikasikan pada frekuensi domain (berbeda dengan direct sequence CDMA yang mengaplikasikan pada time domain). MC-CDMA adalah bentuk dari direct sequence CDMA tetapi setelah spreading masih menggunakan Fast Fourier Transform (FFT). MC-CDMA adalah bentuk dari orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), selanjutya MC-CDMA sering disebut CDMA-OFDM. MC-CDMA adalah bentuk dari direct sequence CDMA tetapi kode sequencenya adalah Fourier Transform dari Hadamard Walsh Sequence. MC-CDMA adalah bentuk dari frekuensi diversitas dimana masing-masing bit ditransmisikan secara simultan (dalam paralel) pada beberapa subcarrier yang berbeda dan masing-masing subcarrier memiliki phase offset yang konstan. Set pada frequency offset dari kode membedakan dari user-user yang tidak sama. A. Pemancar Dan Penerima Multicarrier Orthogonal CDMA Transmitter (Pemancar) dari teknik transmisi multicarrier orthogonal CDMA ditunjukkan pada gambar dan 2. Pada pemancar, bit stream dengan durasi bit T s dikonversi
dari serial ke paralel menjadi stream paralel M. Durasi bit baru pada setiap aliran adalah T MT s. Masing-masing stream mengumpan sejumlah S stream paralel sedemikian rupa hingga terdapat data stream yang sama pada S cabang. Bit durationmtb Interleaver PN k(t) cos (ω t + φ t) X X Data Tb 2 3 M Interleaver Interleaver PN k(t) cos (ω st + φ st) X X PN k(t) cos (ω qt + φ qt) X X 2 S S(t) (a) P P frequency 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 (b) GAMBAR. (a) PEMANCAR MULTICARRIER CDMA (b) SPEKTRUM SINYAL YANG DITRANSMISIKAN Sumber : Nakagawa, 996 : 357
X cos (ω t + φ t) r(t) X X PN k (t) cos (ω st + φ st) X MTb dt 0 MTb dt 0 MTb dt 0 De-Interleaver De-Interleaver De-Interleaver 2 S < / > 0 M Data Tb cos (ω qt + φ qt) GAMBAR 2. PENERIMA MULTICARRIER CDMA Sumber : Nakagawa, 996 : 357 Cabang cabang S yang membawa data stream yang sama dinotasikan sebagai cabang identical bit, dan setelah modulasi ferkuensi yang membawa data stream yang sama dinotasikan sebagai carrier identical bit. Pada cabang identical bit, aliran data di interleave menjadi dua cabang yang berdampingan, tiruan dari bit yang sama dipisah oleh interval ζ. Interleaving dibutuhkan untuk medapatkan time diversity. Semua data stream di-spread dengan kode PN yang sama dengan panjang N dan durasi chip T c sedemikian sehingga T NT c. Pemisahan frekuensi antara dua carrier identical bit yang berturut-turut adalah maksimum, seperti ditunjukkan pada gambar (b). Bandwidth transmisi diasumsikan sebagai bandwidth pass-band null-to-null 2/T c, dimana T c adalah durasi chip kode PN pada single carrier (MS). Bandwidth ini dijaga tetap untuk beberapa seleksi dari M dan S pada T c dari durasi chip kode PN.
MS + T 2 c T c dimana : T MT Tb. N N b c dan Tc Periode N dari persamaan urutan PN mengikuti : 2M N N MS + Keterangan : N adalah periode dari kode PN single carrier. Karena itu untuk seleksi yang berbeda dari M dan S, panjang kode harus untuk menjaga agar bandwidth transmisi tetap. Definisi spectral gain pada sistem multicarrier sebagai ratio antara bandwidth yang dibutuhkan dengan carrier MS jika menggunakan spektral yang tidak overlaping dan bandwidth aktual digunakan untuk transmisi pada saat telah diperoleh overlaping sekitar 50 %, persamaan dari spectral gain, yaitu : (Nakagawa, 996 : 357) Spectral gain 2 MS Tc Tc ( MS + ) 2MS MS + Keterangan : 2 disini sebagai pendekatan penambahan MS. Sistem multicarrier yang ditujukan sebagai penambahan processing gain secara kasar dengan dua faktor, diterangkan oleh 50% overlap dari lobe (cuping) utama dari spektral multicarrier yang berdekatan.
Asumsi bahwa user CDMA adalah k, semuanya menggunakan sistem multicarrier dengan seleksi yang sama dari M dan S serta power yang sama untuk semua carrier, sinyal yang ditransmisikan dari pemakai ke-k adalah : (Nakagawa, 996 : 357) MS m ( ω t + ) sk ( t) 2Pbk, p( t) ak ( t) cos m φk, m keterangan : p + [(m-) mod M] b k,p (t) aliran bit pada cabang identical bit yang merupakan masukan dari cabang ke p, p,2,,m dari konversi serial ke paralel seperti ditunjukkan pada gambar 3.3, Itu terdiri atas deretan bit yang mengambil nilai ± dengan probabilitas yang sama. Arus bit dinotasikan dengan b 0 k, p, ada dari waktu nol sampai dengan T atau bit sebelumnya masing-masing dinotasikan dengan penambahan atau pengurangan superscrip i dengan satu. b } adalah independen dan didistribusikan secara identik untuk seluruh k,p,i. { k, p Untuk penyederhanaan interleaving dihilangkan dengan P ω m φ k,m : power yang ditransmisikan percarrier (db) : frekuensi carrier ke-m (Hz) : phase random untuk tiap carrier, didistribusikan secara uniform dalam [0,2π] adalah independen dan didistribusikan secara identik untuk k dan m, dan a k (t) adalah kode PN dari pemakai k, a k (t) yang terdiri dari deretan periodik dari chip a, a 2,,a n, yang mengambil nilai ±. Bit dan waveform chip berbentuk rectanguler, frekuensi-frekuensi orthogonal ω m memiliki hubungan sebagai berikut (Nakagawa, 996 : 358) :
: ω ω + ( m ) m 2π. T c dimana : m,2,..,ms adalah jumlah carrier absolut dalam sistem. Jika jumlah carrier relatif dalam group p adalah v, dimana v,2,,s. Selanjutnya jumlah carrier absolut dalam sistem adalah (Nakagawa, 996 : 358) : q p + M(v-) B. PERHITUNGAN EFISIENSI BANDWIDTH Pada sistem MC-CDMA, transmitter MC-CDMA men-spread sinyal orthogonal menggunakan spreading sequence dalam frequency domain. Hal ini penting sekali untuk transmisi multicarrier yang mempunyai frequency non-selective fading melalui masing-masing subcarrier. Untuk itu, jika laju sinyal asli adalah cukup tinggi menjadi subyek frequency selective fading. Pertama-tama sinyal membutuhkan pengkonversian serial-to-paralel sebelum spreading melalui frequency domain. B. Perhitungan Bandwidth Bandwidth frekuensi yang dibutuhkan pada sistem OFDM-CDMA adalah : B mc R x G mc x (N+)/N G mc B t /B I Sedangkan bandwidth frekuensi yang dibutuhkan untuk sistem DS-CDMA B ds 2 x R x G ds Keterangan : R(/T s ) : Laju transmisi (bit/dt) G mc G ds : Processing gain Multicarrier OFDM (db) : Processing gain DS-CDMA (db)
N : Jumlah dari subcarrier ( P x K mc ) B t B I : Bandwidth transmisi (Hz) : Bandwidth informasi (Hz) B2. Perhitungan Efisiensi Bandwidth Pada perhitungan efisiensi bandwidth akan diambil kasus untuk daerah berbukit dan daerah bad urban, efisiensi bandwidth didefinisikan sebagai : (Ramjee Prasad, 996 : 28) K r BE W Keterangan : K max r b r c W N max b Kmaxrc N : Jumlah maksimum dari user yang simultan : Laju bit (bit/dt) : Laju kode (kode/dt) : Total bandwidth kanal N r b /r c (Hz) : Panjang kode spread spectrum (m) Dengan memakai analogi dari persamaan di atas maka perhitungan BE : BE D B Keterangan : D : Laju bit total (bit/dt) untuk subcarrier K, D mk T u + T G Untuk sebuah subcarrier tunggal, D s m T + T u G
T u / f B (total bandwidth kanal), B K T u dimana : T u T G m : durasi simbol efektif (dt) : guard interval (dt) : jumlah bit dalam satu simbol. Perhitungan Bandwidth Start Tentukan Nilai T s,b t,b I,P R T s G mc Bt B i N P G mc B mc R G mc N + N End
Perhitungan Efisiensi Bandwidth Start Tentukan Nilai f,m,k,t G T u f B K T u Ya Subcarrier Tunggal Tidak D s m T u + T G D mk T u + T G BE D B End DAFTAR PUSTAKA [] Lee, W.C.995. Mobile Cellular Telecommunications Analog and Digital System. McGraw-Hill, Inc., Singapore [2] Nakagawa, 996, Mobile Design Fundamentals. Howard W/ Somas & Co., Singapore [3] Macario, R.C.V. 997. Cellular Radio Principles and Design. MACMILLAN PRESS LTD. Second Edition, London. [4] Proakis, J.G. 995. Digital Communications, third edition. McGraw-Hill, New York [5] Peterson, R.L., Rodger E. Ziemer, and David E. Borth. 995. Introduction to spread-spectrum communications. Prentice Hall International, USA [6] Prasad, R. 996. CDMA for Wireless Personal Communication. Artech House Publisher, Boston. [7] Rapaport, T.S. 986. Wireless Communication. Principle Practice, Upper Sadle Rive. [8] Viterbi, A.J. 995. CDMA of Spread Spectrum Communication. McGraw Hill, New York.