PERANCANGAN SISTEM OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), oleh Dr. Ir. Saludin Muis, M. Kom. Hak Cipta 2014 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283 Telp: 0274-889398; Fax: 0274-889057; E-mail: info@grahailmu.co.id Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memper banyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. ISBN: 978-602-262-217-8 Cetakan ke I, tahun 2014
KATA PENGANTAR Membagi sedikit pengetahuan kepada para pembaca budiman merupakan kebahagiaan tersendiri bagi penulis. Semoga teknik OFDM yang merupakan salah satu teknik transimisi sinyal canggih selain CDMA yang disajikan dalam buku ini secara singkat dan ringkas dapat memberikan manfaat kepada para pembaca, terutama kalangan pelajar dan praktisi Teknik OFDM (sama halnya dengan teknik CDMA) merupakan teknik transmisi data yang mengandung unsur keamanan tinggi karena sifat orthoganalitasnya. Kedua teknik ini banyak dipakai oleh kalangan militer yang memang memerlukan unsur keamanan dan kerahasiaan tinggi dalam transmisi data. Namun dalam perkembangan lebih lanjut, kalangan sipil juga menggunakan kedua teknik ini karena secara teknis banyak kelebihannya, tidak hanya unsur keamanan dan kerahasiaan data. Pada kesempatan ini, dari lubuk hati terdalam, penulis mengucapkan terima kasih setulusnya kepada Ibu Saini (alm.), T. Oh Huan (alm.), Albert Ray J, Alexander Rex., Ibu Maria Dwi K,dan Ibu Rajani Tjandra karena merekalah yang berperan besar dan merubah perjalanan hidup penulis. Dunia yang semakin kecil dengan ruang gerak yang semakin kecil membuat manusia kehilangan sikap bijak.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR DAFTAR ISI PENDAHULUAN BAB 1 PENGANTAR OFDM 1 1.1 Pengantar 1 1.2 Prinsip QAM-OFDM 3 1.3 Modulasi dengan Transformasi Fourier Diskrit 6 1.4. Transimisi Melalui Kanal-kanal Pita Terbatas 11 1.5 Implementasi Modem Basis OFDM 16 1.6 Siklus Perpanjangan Simbol OFDM 19 1.7 Keputusan Penyamaan Kanal Adaptif Langsung 20 1.8 Efisiensi Lebar Pita OFDM 22 1.9 Ringkasan dan Kesimpulan 24 BAB 2 TRANSMISI OFDM PADA KANAL GAUSSIAN 25 2.1 OFDM /Orthogonal Frequency Division Multiplexing 25 2.2 Pilihan pada Modulasi OFDM 27 2.3 Unjuk Kerja Sistem OFDM pada Kanal AWGN 27 2.4 Penguat Jepit/Potong 29 2.5 Koversi Analog ke Digital 38 2.6 Derau Fasa 42 2.7 Ringkasan Bab dan Kesimpulan 52 v vii ix
viii Perancangan Sistem OFDM BAB 3 TRANSMISI OFDM PADA KANAL PITA LEBAR 55 3.1 Model Kanal 55 3.2 Efek Kanal Sebaran Waktu Terhadap OFDM 62 3.3 Estimasi Fungsi Transfer Kanal 67 3.4 Unjuk Kerja Sistem 76 3.5 Penhapusan Interferensi Antar Sub-pembawa 94 3.6 Ringkasan Bab dan Kesimpulan 107 Bab 4 SINKRONISASI OFDM DOMAIN FREKUENSI DAN WAKTU 109 4.1 Unjuk Kerja Sistem dengan Frekuensi dan Kesalahan Pewaktu 109 4.2 Algoritma Sinkronisasi 125 4.3 Perbandingan Algoritma Frekuensi Akuisisi 149 4.4 Unjuk Kerja BER dengan Sinkronisasi Frekuensi 154 4.5 Ringkasan Bab dan Kesimpulan 156 4.6 Apendik: Unjuk Kerja Teoritis Algoritma Sinkronisasi OFDM 156 BAB 5 TEKNIK ADAPTIF OFDM PEMAKAI TUNGGAL DAN BANYAK 163 5.1 Pengantar 163 5.2 Modulasi Adaptif untuk OFDM 171 5.3 Sistem Bahasa/Ucapan OFDM Adaptif 195 5.4 Penyamaan Awal 206 5.5 Perbandingan Teknik Adaptif 215 5.6 Algoritma Cepat untuk Daya Dekat Optimum dan Alokasi Bit pada Sistem OFDM 218 5.7 Pemakai Jamak AOFDM 225 5.8 Ringkasan Bab dan Kesimpulan 240 DAFTAR PUSTAKA 241 LAMPIRAN: MODULASI AMPLITUDO DAN FREKUENSI 245 TENTANG PENULIS 259 -oo0oo-
PENDAHULUAN K omunikasi nirkabel telah menjadi sangat penting, tidak hanya digunakan olah para profesional, tetapi juga banyak digunakan di bidang lain dalam kehidupan sehari-hari. Banyak sistem komunikasi terkini tersebut dibuat dari salah satu dari dua teknik canggih yang dikenal dengan OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplxing) dan CDMA (Code Division Multiple Access). OFDM adalah teknik transmisi multi-pembawa digital yang mendistribusikan secara digital simbol yang dikodekan dalam beberapa frekuenai sub-pembawa dengan maksud mereduksi laju waktu simbol agar mencapai keandalan melawan pantulan panjang dalam kanal radio lintasan jamak. Bahkan bila spektral sub-pembawa saling tumpang tindih, informasi secara sempurna dapat diterima tanpa interferensi antar subpembawa. Ini sangat mengejutkan, tetapi dari sisi teori, ini merupakan konsekuensi ortogonalitas fungsi dasar seri Fourier. Sebaliknya, CDMA adalah bagan akses jamak di mana beberapa pemakai menggunakan medium fisik sama, yaitu frekuensi sama pada saat bersamaan. Pada kasus ideal, sinyal individual pengguna adalah ortogonal dan informasi dapat diterima tanpa adanya interferensi dari pemakai lain. Meskipun ini hanya sebuah kasus pendekatan, konsep orthogonalitas sangat penting untuk memahami cara kerja CDMA. Hal ini karena kenyataan bahwa deretan pseudo acak hampir orthogonal satu
x Perancangan Sistem OFDM terhadap lainnya, atau dengan kata lain, mereka memperlihatkan sifat korelasi yang baik. CDMA adalah didasari pada sebaran spektrum, yaitu, pita spektral disebarkan dengan melipat-gandakan sinyal dengan deretan pseudo acak yang dimaksud. Satu kelebihan dari peningkatan lebar pita adalah bahwa penerima dapat mengambil keuntungan dari sifat lintasan jamak kanal radio bergerak. Pada buku ini hanya dibahas sistem OFDM. Sedangkan untuk sistem CDMA, pembaca dapat menggunakan buku karangan penulis yang telah terbit, yaitu Sistem CDMA Berdasarkan Standar CDMA IS95. Buku ini terdiri dari 5 bab, di mana pada Bab 1 adalah Pengantar OFDM yang menjelaskan secara umum sistem OFDM. Bab 2 dan Bab 3 berisikan Transmisi OFDM pada Kanal Gaussian dan Transmisi OFDM pada Kanal Pita Lebar, dan menerapkan cara kerja sinyal OFDM yang ditransmisikan. Pada Bab 4 membahas Sinkronisasi OFDM Domain Frekuensi dan Waktu, menerangkan bagaimana sinkronisasi dilakukan pada sistem OFDM, baik pada domain frekuensi dan domain waktu. Kemudian pada bab terakhir, penulis menjelaskan tentang Teknik Adaptif OFDM Pemakai Tunggal dan Jamak, serta jenis-jenis OFDM dalam aplikasinya. Dunia ini tidak pernah seperti yang terlihat, dan tidak akan seperti yang terlihat.