BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Pada sistem CDMA pengendalian daya baik pada Mobile Station (MS) maupun Base Station (BS) harus dilakukan dengan baik mengingat semua user pada CDMA mengggunakan kanal frekuensi dan waktu yang sama. Tanpa manajemen daya yang optimal, kapasitas sistem berkurang akibat terjadinya interferensi multiuser. Hal ini disebabkan semua user menggunakan bandwidth yang sama pada waktu yang sama sehingga jika digunakan kode yang tidak orthogonal maka semua user saling menginterferensi satu dengan yang lain. Jarak antara base station (BS) dengan suatu MS mempengaruhi kekuatan sinyal yang diterima oleh BS tersebut. User yang jaraknya dekat dengan BS akan lebih mendominasi daripada user yang relatif lebih jauh. Hal ini menyebabkan penurunan kapasitas sistem. Untuk memperoleh kapasitas yang optimum, perlu adanya suatu pengontrol yang dapat mengatur kekuatan sinyal semua user tanpa tergantung pada jaraknya dengan BS. Masalah ini dapat diatasi dengan power control, yaitu dengan memproses agar mean daya yang diterima base station sama untuk setiap user. Pentingnya peranan power control pada sistem CDMA membuat banyak orang tertarik untuk meneliti bidang ini. Ditambah lagi, pada masa sekarang dimana sistem komunikasi berkembang dengan pesat. Peningkatan permintaan akan pertukaran informasi membutuhkan kapasitas sistem yang cukup besar. Beberapa hasil penelitian menghasilkan beberapa algoritma power control untuk memperbaiki kinerja power control, diantaranya adalah algoritma yang berdasarkan kuantisasi step size, adalah Fixed Step Power Control (FSPC), Adaptive Single-bit Power Control (ASPC), dan Variable Step Power Control (VSPC). Pada [1], diperlihatkan bahwa kinerja power control bila ditinjau dalam mengatasi deep fade pada f D T p yang tinggi dengan VSPC sedikit lebih baik daripada kinerja power control dengan ASPC dan kinerja power control dengan 1
ASPC lebih baik daripa kinerja power control dengan FSPC. Namun, kinerja power control jika ditinjau pada keadaan yang tidak ideal dimana terdapat error pada penerimaan bit PCC menunjukkan bahwa algoritma FSPC lebih tahan (robust) daripada ASPC dan VSPC. Power control dengan variabel step size biasanya memerlukan jumlah bit perintah lebih dari satu bit (multi bit) sehingga kapasitas downlink berkurang. Nilai yang diperoleh dari kinerja power control dengan variabel step size menggunakan multibit tidak sebanding dengan bandwidth yang diperlukan bit perintah tersebut [4]. Algoritma power control dengan variable step size dapat menggunakan satu bit perintah. Algoritma tersebut ialah algoritma power control ASPC [4]. Pada power control adaptif, step size ditentukan berdasarkan bit-bit perintah terdahulu. Kinerja power control ASPC sedikit lebih baik daripada power control dengan fixed step size [1]. Kinerja yang didapat oleh algoritma ini tidak sebanding dengan penambahan kompleksitas mobile station yang diperlukan algoritma ini. Kinerja power control dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu: step size, delay dan kecepatan fading relatif terhadap kecepatan power control. Yang menjadi masalah utama pada kinerja komunikasi nirkabel (wireless) termasuk power control adalah kondisi kanalnya yang sangat buruk akibat propagasi multipath. Gelombang radio dari pengirim yang melalui kanal komunikasi nirkabel akan mengalami beberapa proses, yaitu difraksi, refleksi, dan hamburan (scattering). Hasil akhir yang sampai di penerima adalah sinyal multipath fading. Ciri ciri sinyal fading ini antara lain amplitudo dan waktu kedatangan sinyal masing masing path-nya berbeda beda. Sehingga saat bersuperposisi di sisi penerima bisa menghasilkan sinyal total yang berfluktuasi. Kondisi sinyal yang seperti ini tentu saja akan rentan terhadap kesalahan (error ) ketika dideteksi. Salah satu cara yang digunakan untuk menanggulanginya adalah dengan metode diversitas. Salah satu tipe diversitas yang banyak digunakan adalah diversitas ruang (space diversity) yang sering disebut diversitas antena (antenna diversity). Diversitas antena menggunakan lebih dari satu antena penerima dengan jarak diantaranya diatur sedemikian hingga dihasilkan sinyal input yang tidak saling berkorelasi. Untuk menggabungkan sinyal sinyal yang diterima di masing masing antena penerima, terdapat beberapa pilihan teknik penggabungan (combining). 2
Dengan bantuan diversitas antena maka pada penelitian ini akan dilihat kembali algoritma power control yang memberikan hasil kinerja power control baik dalam keadaan ideal tanpa bit PCC error maupun dengan bit PCC error. Pada penelitian ini juga dilakukan optimisasi step size pada FSPC dan VSPC secara analitik dengan tujuan meminimalkan bit error rate (BER). Pada penelitian ini kami mengestimasi SIR dengan menggunakan metode SIR with auxiliary spreading sequence. Metode estimasi SIR ini dibahas sacara mendalam pada [2]. Kinerja power control tersebut akan dievaluasi pada kanal uplink. Kanal uplink ialah kanal ketika MS mengirim data kepada BS. Pada transmisi uplink, sinyal yang diterima BS dari MS melewati kanal yang berbeda-beda sehingga daya sinyal tiap pelanggan yang diterima BS tidak sama. Kanal downlink ialah kanal ketika BS mengirim data kepada MS. Pada transmisi downlink, base station mengirim semua sinyal pelanggan ke setiap pelanggan. Sinyal yang diterima pelanggan ini, yang terdiri dari sinyal pelanggan lain, ditransmisikan melalui kanal yang sama sehingga setiap sinyal mengalami redaman dan fading yang sama. Ini menyebabkan daya sinyal-sinyal tersebut pada penerima (MS) sama kuat. Dari uraian di atas jelas bahwa power control pada kanal uplink lebih penting daripada power control pada kanal downlink. 1.2 Rumusan Masalah Dalam komunikasi wireless, fading merupakan salah satu penyebab turunnya level sinyal yang sampai di penerima. Diversitas merupakan salah satu metoda untuk mengatasi fading yang dialami oleh sinyal. Selain itu pula, pada sistem CDMA, fluktuasi sinyal akibat adanya fading diatasi dengan metoda power control. Power control ini pada dasarnya mengatur level daya sinyal yang dikirimkan untuk mencapai BER tertentu. Pada sistem CDMA, penggunaan frekuensi yang sama oleh semua user dan penggunaan code yang tidak orthogonal menyebabkan timbulnya interferensi yang disebut multipleaccess interference. Kapasitas pada sistem CDMA ini dibatasi oleh interferensi yang ada. Penggunaan diversitas untuk mengatasi fading pada komunikasi wireless berefek pada penurunan daya pancar transmitter. Begitupula dengan penggunaan power control pada sistem CDMA dapat mengoptimalkan daya pancar transmitter. 3
Pada penelitian ini akan dikaji kinerja CLPC yang menggunakan sinyal hasil kombinasi diversitas antena dengan algoritma fixed-step, adaptive single-bit, dan variable step; agar dapat dilihat algoritma mana yang lebih akurat dalam mengkompensasi fluktuasi sinyal yang telah diperbaiki oleh diversitas antena. Perbandingan kinerja ketiga algoritma tersebut dilakukan pada dua kondisi. Kondisi pertama adalah kondisi ideal dimana pada pengiriman bit PCC (Power Control Command) tidak memperhitungkan error dan delay. Algoritma VSPC diharapkan dapat memberikan kinerja yang lebih baik karena memiliki variasi nilai stepsize sehingga bisa lebih akurat dalam mengkompensasi fluktuasi sinyal. Kondisi kedua adalah kondisi dimana terdapat error dalam penerimaan bit PCC. Dengan pengujian dalam kondisi ini akan diketahui algoritma mana yang lebih tahan terhadap error karena pada kenyataannya (dalam aplikasi sistem CDMA) selalu terdapat error dalam penerimaan bit PCC akibat adanya noise (AWGN) yang bisa membalikkan polaritas bit yang dikirim oleh BS. 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah membandingkan kinerja beberapa algoritma power control dengan menggunakan sinyal hasil kombinasi diversitas antena sehingga bisa ditentukan algoritma power control yang lebih optimum untuk digunakan dalam teknologi seluler CDMA. Tolok ukur kinerja yang digunakan adalah nilai Bit Error Rate (BER) pada suatu nilai bit energy to interference power spectral density (E b /I 0 ) yang disajikan pada sebuah kurva BER vs E b /I 0 input. 1.4 Batasan Masalah Pada penelitian ini dilakukan pembatasan sebagai berikut : Open-loop power control yang digunakan pada kanal downlink dianggap sudah berfungsi dengan sempurna untuk mengatasi efek near far dan shadowing. Closed-loop power control digunakan pada kanal uplink untuk memperoleh kinerja BER berdasarkan pengukuran energy bit per interference input (Eb/Io). 4
Sifat kanal wireless fading yang digunakan adalah kanal slow dan flat fading dengan fluktuasi sinyal terdistribusi Rayleigh sehingga diasumsikan tidak adanya LOS (line of sight). Pada kondisi pertama kanal downlink bersifat ideal sehingga tidak terjadi error ketika transmisi bit PCC. Pada kondisi kedua kanal downlink bukan merupakan kanal ideal, tetapi untuk menyederhanakan permasalahan untuk error penerimaan bit PCC digunakan nilai error yang konstan, yaitu 0,1%; 1% dan 10%. Interferensi MAI yang diperhitungkan hanya berasal dari sel yang sama. Untuk mengestimasi SIR digunakan metode SIR with auxiliary spreading sequence. Antena yang digunakan pada BTS adalah dua buah. Penelitian ini dilakukan dengan simulasi MatLab 7 untuk mengevaluasi kinerja BER power control dengan algoritma fixed-step, adaptive single-bit, dan variable step, dan dengan penggunaan 2 buah antena pada receiver (BTS). Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui sejauh mana peningkatan kinerja sistem dalam mengatasi fading. Analisis dilakukan pada layanan voice. 1.5 Metodologi Penelitian Penelitian Tugas Akhir ini dilakukan untuk memperoleh simulasi yang bias mewakili keadaan riil di lapangan (saat menerapkan algoritma power control). Penelitian ini akan dilaksanakan dalam beberapa tahapan, yaitu: Studi literatur untuk mengetahui hal-hal mendasar yang mempengaruhi mekanisme power control pada CDMA dan diversitas antena. Studi literatur banyak dilakukan melalui media internet dengan alasan kepraktisan. Namun penulis juga melakukan kajian terhadap buku-buku dan penelitian tugas akhir yang berhubungan. Pemodelan simulasi hasil kajian dan studi literatur di atas. Pemodelan diharapkan bisa menyamai atau cukup mendekati keadaan riil yang terjadi di lapangan saat pengaplikasian teknologi seluler CDMA dengan menggunakan sinyal hasil kombinasi diversitas antena. 5
Pembuatan program simulasi setelah mengkaji model yang dibuat. Pembuatan simulasi dilakukan dengan menggunakan alat bantu software MATLAB 7.0. Analisis dan pengkajian hasil simulasi yang telah diperoleh dengan menggunakan teori-teori terkait dari hasil studi literatur dan menghubungkannya dengan faktorfaktor yang mungkin terdapat di lapangan. Kajian dilakukan untuk mengetahui algoritma power control yang paling optimum dalam peningkatan kapasitas kanal uplink CDMA. Hal ini akan dilihat dari grafik/kurva nilai BER sebagai fungsi dari Eb/I 0, pengaruh fading rate terhadap algoritma power control, dan pengaruh error pada penerimaan bit PCC terhadap algoritma power control. Evaluasi hasil analisis yang telah didapat dan simulasi yang telah dilakukan, untuk memperoleh kesimpulan yang bisa dipertanggungjawabkan. 1.6 Sistematika Penulisan Tugas akhir ini disusun menjadi lima bab dengan pembagian sebagai berikut: Bab I. Pendahuluan Bab ini berisi penjelasan tentang latar belakang masalah, tujuan penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan yang akan digunakan dalam penelitian ini. Bab II. Power Control pada Sistem Seluler CDMA dan Diversitas Antena Bab ini berisi penjelasan tentang kanal wireless mobile, konsep dasar spectrum tersebar, model kanal pada sistem seluler CDMA, algoritma power control pada sistem seluler CDMA, dan teknik diversitas antena. Bab III. Perancangan Model Kanal dan Simulasi Power Control dengan Menggunakan Diversitas Antena Bab ini berisi tentang perancangan dan algoritma simulasi kanal Rayleigh dan simulasi closed-loop power control dengan menggunakan sinyal hasil kombinasi diversitas antenna. Untuk tiap-tiap simulasi dijelaskan tentang langkah kerja tiap algoritma dan parameter simulasi yang digunakan. 6
Bab IV. Hasil Simulasi dan Analisis Pada bab ini akan diberikan hasil simulasi yang terdiri dari dua kondisi yaitu simulasi fading Rayleigh serta simulasi kinerja power control dengan menggunakan sinyal hasil kombinasi diversitas antena dari kesepuluh user yang dikelompokkan dalam tiga pembagian kecepatan yang berbeda untuk kondisi ideal dan kondisi terdapat error pada penerimaan bit PCC. Kemudian data tersebut akan dievaluasi untuk mengetahui algoritma power control mana yang lebih optimum dan lebih tahan terhadap error. Khusus untuk Algoritma FSPC dan VSPC akan disimulasikan dalam level step-size yang berbeda untuk mengetahui besar level step-sizeyang optimum. Analisis yang dilakukan terhadap kurva BER vs E b /I 0 yang didapatkan akan mengacu kepada teori-teori terkait yang telah didapat dari hasil studi literatur agar bisa diperoleh argumen/alasan yang dapat dipertanggungjawabkan. Bab V. Kesimpulan dan Riset Lanjutan Bab ini berisi kesimpulan dari penelitian tugas akhir beserta saran-saran untuk pengembangan penelitian lebih lanjut. 7