BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sistem komunikasi mengalami perkembangan yang sangat pesat terutama sistem komunikasi nirkabel. Hal ini dikarenakan tuntutan masyarakat akan kebutuhan komunikasi di segala tempat dan waktu. Perkembangan teknologi komunikasi nirkabel mulai dari generasi 1 yaitu AMPS (Advance Mobile Phone System), generasi 2 yang terdiri atas GSM (Global System for Mobile Communication) dan CDMA (Code Division Multiple Access), generasi 2,5 yang terdiri atas GPRS (General Packet Radio Services), dan EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), Generasi 3 yaitu HSPA (High Speed Packet Access), dan generasi 4 yang akan segera muncul terdiri atas WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) dan LTE (Long Term Evolution). Perkembangan teknologi nirkabel generasi ke 4 ini muncul untuk memenuhi tuntutan pesat bit yang tinggi dan sumber daya frekuensi yang tidak terbatas. Namun pada kenyataannya sumber daya frekuensi sangat terbatas, sehingga diperlukan teknologi baru yang dapat menghemat sumber daya frekuensi sekaligus dapat menyediakan pesat bit tinggi. Penjamakan Pembagian Frekuensi Ortogonal (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) baru-baru ini telah diaplikasikan pada sistem komunikasi nirkabel karena kemampuannya yang dapat mengirim pesat bit tinggi dengan efisiensi lebar pita frekuensi dan kekebalannya terhadap tunda lintasan jamak (multipath delay) [1]. OFDM merupakan skema transimsi data paralel. Bitbit serial dengan pesat bit tinggi dibagi menjadi beberapa bit dengan pesat yang 1
2 lebih rendah dan modulasi dilakukan pada tiap-tiap sub-pembawa. Pada setiap sub-pembawa dipilih frekuensi tertentu agar antar sub-pembawa menjadi saling ortogonal. Sub-pembawa yang saling ortogonal ini akan menghemat penggunaan lebar pita frekuensi [2]. Namun dalam komunikasi nirkabel pengiriman sinyal yang mengalami lintasan jamak mengakibatkan tunda yang berbeda akibat perbedaan panjang lintasan. Hal ini mengakibatkan kanal frekuensi selektif sehingga menyebabkan interferensi antar simbol (Inter Symbol Interference, ISI). ISI dapat mengubah sinyal yang diterima sehingga simbol yang dikirim tidak dapat dipulihkan. Kelemahan ini menuntut adanya estimasi kanal pada sistem penerima OFDM. Estimasi kanal digunakan untuk memperoleh informasi tentang kondisi kanal secara akurat. Namun, untuk memperoleh nilai tanggapan kanal perlu diperhitungkan derau yang mungkin mengganggu pada kanal transmisi, sehingga diperlukan estimator halus. Metode estimasi yang sering digunakan adalah dengan menyisipkan simbol pilot pada beberapa subkanal. Akan tetapi, pengiriman pilot dalam jumlah yang banyak akan menyita lebar pita frekuensi sehingga tidak efisien. Untuk mengatasi masalah ini, penggunaan pilot dapat dibatasi dengan cara mengirim pilot hanya pada subkanal-subkanal tertentu secara kontinyu dengan asumsi bahwa karakteristik kanal bersifat dinamis atau selalu berubah dari satu simbol ke simbol lainnya. Ada banyak metode penyisipan simbol pilot, namun penyisipkan pilot pada subkanal tertentu dalam setiap simbol ini sering disebut penyusunan pilot tipe sisir (comb). Perangkat penerima memerlukan interpolasi untuk menentukan
3 estimasi setiap subkanal yang tidak memiliki isyarat pilot. Proses interpolasi ini berfungsi untuk menentukan suatu nilai berdasarkan nilai-nilai antara [3]. Pentingnya peranan estimator halus dan interpolator dalam sistem OFDM menyebabkan perlunya dilakukan studi tentang implementasi estimator halus dan interpolator pada perangkat keras media elektronika. Salah satu perangkat keras media elektronika yang dapat digunakan untuk perancangan interpolator tersebut adalah FPGA (Field Programmable Gate Array), yaitu perangkat semikonduktor yang terdiri atas gerbang-gerbang logika dan sambungan yang dapat diprogram. FPGA dapat diprogram dengan menggunakan bahasa pemrograman deskripsi perangkat keras VHDL (Very high speed integrated circuit Hardware Description Language). Dalam skripsi ini dirancang model FPGA mengenai blok estimator halus dan blok interpolator dengan pengali berbasis untai sekuensial pada estimator kanal dengan susunan pilot tipe sisir. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, terdapat beberapa pokok permasalahan yang menjadi bahasan dalam skripsi ini. Permasalahan yang pertama adalah bagaimana rancangan model estimator halus dan interpolator pada FPGA untuk mengetahui karakteristik kanal. Permasalahan kedua adalah bagaimana tingkat keberhasilan serta penggunaan sumber daya FPGA Xilinx Spartan-3E pada rancangan model estimator halus dan interpolator tersebut.
4 1.3 Batasan Masalah Berdasarkan rumusan masalah di atas, terdapat beberapa batasan masalah terhadap hal-hal yang akan dibahas. Batasan-batasan masalah tersebut adalah sebagai berikut. 1. Data masukan berupa keluaran dari estimator kasar kanal pilot. Masukan berupa bilangan kompleks, dengan bagian real dan imajiner masingmasing direpresentasikan secara terpisah dalam bagian bilangan biner yang terdiri atas satu bit tanda dan delapan bit magnitude. 2. Estimator halus ini dirancang untuk sistem OFDM dengan diagram konstelasi 64 QAM. 3. Metode interpolasi yang digunakan adalah interpolasi linear. 4. Susunan pilot yang digunakan adalah tipe sisir dengan jarak antar pilot yang digunakan adalah tiga subkanal. 5. Proses perancangan menggunakan bantuan perangkat lunak Xilinx ISE 9.2i dan menggunakan bahasa VHDL. 6. Pembahasan dan pengujian dilakukan untuk setiap blok sebagai bagian atas estimator halus kanal pilot dan interpolator. Pengujian dilakukan untuk melihat unjuk-kerja masing-masing blok dalam memperoleh nilainilai keluaran sesuai dengan fungsinya, serta hasil sintesis yang berupa waktu tunda dan penggunaan resource pada FPGA. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Merancang model estimator halus kanal pilot dan interpolator pada OFDM dengan menggunakan bahasa VHDL.
5 2. Merancang model pengali berbasis untai sekuensial untuk penghematan sumber daya gerbang logika. 3. Menguji hasil rancangan dan mengukur kebutuhan gerbang logika, akurasi data keluaran serta waktu tunda rancangan estimator halus kanal pilot dan interpolator OFDM. 1.5 Metodologi Penelitian Penulisan skripsi ini dilakukan dengan menggunakan metode sebagai berikut. 1. Studi pustaka dengan mengumpulkan informasi dan mempelajari literatur buku, skripsi-skripsi terdahulu serta internet. 2. Perancangan estimator halus dan interpolator pada penyanma kanal OFDM dengan menggunakan VHDL. 3. Pengujian fungsional estimator halus kanal pilot dan interpolator OFDM dengan bantuan Xilinx Spartan-3E. 4. Melakukan analisis dan pembahasan atas hasil pengujian. 1.6 Sistematika Penulisan Penulisan tugas akhir ini dilakukan dengan menggunakan sistematika sebagai berikut. BAB I : Pendahuluan Bab ini membahas mengenai rumusan masalah, batasan masalah, maksud dan tujuan, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
6 BAB II : Dasar Teori Bab ini membahas mengenai konsep dasar OFDM, metode dasar estimasi kanal dan interpolasi pada OFDM serta beberapa teori yang mendukung. BAB III : Perancangan Sistem Bab ini berisi tentang gambaran sistem yang diimplementasikan, perangkat perancangan, perancangan tiap blok estimator halus kanal pilot dan interpolator sekaligus blok-blok pendukung lainnya untuk proses pengujian. BAB IV : Hasil Pengujian dan Pembahasan Bab ini berisi pembahasan mengenai hasil pengujian pada perangkat lunak Xilinx ISE yang berupa simulasi serta hasil pengujian impelementasi pada FPGA. BAB V : Penutup Bab ini berisi tentang beberapa kesimpulan yang diperoleh dari hasil perancangan, pengujian, pembahasan, dan saran-saran yang diperlukan sehubungan dengan hasil tersebut, serta kaitannya dengan pengembangan lebih lanjut dari sistem