147x Filetype PDF File size 0.41 MB Source: media.neliti.com
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) A-119 Implementasi dan Evaluasi Kinerja Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Menggunakan WARP Hasan, Suwadi, Titiek Suryani Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: hasanbadjrie12@mhs.ee.its.ac.id, suwadi110@gmail.com, titiks@ee.its.ac.id Abstrak-Salah satu permasalahan dalam perkembangan symbol rate. Ketika bandwidth sinyal menjadi lebih besar teknologi telekomunikasi yaitu bagaimana mencapai data dibandingkan dengan bandwidth koheren pada kanal rate yang besar namun dengan bandwidth yang tidak lebih wireless, maka sinyal tersebut akan terkena multi-path besar dari bandwidth koheren kanal untuk menghindari fading sehingga mengakibatkan terjadinya Inter-Symbol terjadinya Inter-Symbol Interference (ISI). Salah satu solusi Interference (ISI). Secara umum ada adaptive equalizer yang ditawarkan yaitu transmisi multi-carrier. Cara kerja yang dikembangkan untuk mengatasi ISI yang terjadi transmisi multi-carrier yaitu membagi total bandwidth signal akibat kanal multi-path fading. Tetapi semakin yang tersedia menjadi beberapa subcarrier-subcarrier meningkatnya data rate maka semakin kompleks pula dengan bandwidth yang sempit. Sehingga bandwith masing- equalizer yang didesain sehingga akan sangat sulit untuk masing subcarrier yang dihasilkan tersebut menjadi lebih kecil jika dibandingkan dengan bandwidth koheren kanal. diimplementasikan [1]. Salah satu transmisi multicarrier yang terbaru yaitu Untuk mengatasi masalah tersebut, maka solusi yang Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) tepat untuk data rate yang tinggi digunakanlah transmisi dimana subcarrier-subcarrier dapat saling tegak lurus satu multi-carrier. Karena pada transmisi multi-carrier total sama lain sehingga bendwidth yang dibutuhkan menjadi bandwidth yang tersedia dalam spectrum dibagi menjadi lebih efisien jika dibandingkan dengan multicarrier sub band-sub band untuk transmisi multi-carrier dalam konvensional seperti FDM. Sistem OFDM dapat bentuk parallel sehingga bandwidth untuk masing-masing diimplementasikan pada WARP (Wireless Open-Access sub band relative lebih kecil jika dibandingkan dengan Research Platform) yang merupakan salah satu jenis SDR bandwidth koheren. Sebagai contoh transmisi multi- (Software Defined Radio). SDR merupakan sistem pemancar dan penerima yang menggunakan pemrosesan sinyal digital carrier yaitu OFDM, dimana pada OFDM ini untuk coding, decoding, modulasi dan demodulasi data. memungkinkan carrier-carrier tersebut memiliki jarak Modul WARP tersebut digunakan sebagai model pemancar yang sempit bahkan hingga saling overlapped sehingga dan penerima pada pengukuran kualitas unjuk kerja sistem lebih hemat bandwidth jika dibandingkan dengan multi- OFDM dengan barbagai kondisi. Spesifikasi sistem OFDM carrier yang lain seperti Frequency Division Multiplexing yang digunakan pada tugas akhir ini menggunakan standar (FDM). OFDM sendiri sudah diterapkan untuk berbagai IEEE 802.11. Hasil dari implementasi dan pengukuran standar sistem telekomunikasi baik dalam teknologi menunjukkan bahwa nilai BER tidak selalu berpengaruh wireless maupun wireline sebagai contoh yaitu IEEE terhadap perubahan jarak untuk lingkungan yang sama. 802.11g untuk standar (WiFi) Wireless LANs. Sementara dalam hal obstacle, nilai BER sangat berpengaruh dimana nilainya akan lebih baik saat tidak Pada paper ini, proses implementasi dan evaluasi adanya obstacle sebagai contoh ketika tanpa LoS dengan kinerja OFDM menggunakan komunikasi SISO (Single- daya pancar sebesar -26.125 dBm nilai BER sudah 0 Input Single-Output) sehingga hanya menggunakan -6 sementara NLoS bernilai 9.3x10 . Untuk lingkungan antenna pemancar dan penerima masing-masing satu pengukuran, lingkungan indoor menghasilkan kualitas buah. Komunikasi tersebut dapat diimplementasikan pada sistem yang paling baik dibandingkan dengan lingkungan sebuah SDR sebagai contoh yaitu WARP. WARP yang lainnya. merupakan model sistem komunikasi nirkabel tersebut Kata Kunci akan diimplementasikan untuk teknik OFDM dengan -IEEE 802.11, OFDM, Multicarrier, Software berbagai kondisi pengukuran. Defined Radio, Wireless Open-Access Research Platform I. PENDAHULUAN II. METODE PENELITIAN ENGAN berkembangnya teknologi komunikasi, A. Desain Sistem OFDM D permintaan akan layanan data rate yang lebih Untuk desain sistem OFDM pada WARP memang besar/cepat seperti multimedia, voice dan data baik yang tidak terlalu berbeda jauh dengan sistem OFDM secara melalui kabel dan wireless juga meningkat. Untuk keseluruhan. Untuk blok diagram secara keseluruhan mencapai data rate yang lebih besar tentu saja diperlihatkan pada Gambar 1. Penjelasannya sebagai membutuhkan bandwidth yang lebih besar dalam berikut. Bit-bit acak dibangkitkan, kemudian dimodulasi transmisi single carrier karena bandwidth minimum yang QPSK dengan perbedaan fasa 45ᵒ. Proses ini bertujuan dibutuhkan sama dengan Rs/2 (Hz) dimana Rs yaitu JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) A-120 Gambar 1. Diagram Blok Sistem OFDM pada WARP untuk mengubah bentuk bit informasi menjadi symbol. Tabel 1 menunjukkan nilai symbol hasil modulasi tersebut. Setelah itu, maka data akan dibuat dalam bentuk parallel dengan ukuran 48x80. Proses selanjutnya yaitu Gambar 2. Susunan Preamble [2] IFFT dengan ukuran 64. Dari 64 itu, 48 berisi data, 4 pilot dan lainnya kosong. Setelah proses IFFT, maka Proses interpolasi ini terdiri dari 2 tahap pertama yaitu selanjutnya yaitu menambahkan cyclic prefix dengan up-sample dan kedua yaitu filter low pass filter (LPF) [1]. ukuran 25% dari satu symbol OFDM dalam hal ini Efek dari interpolasi ini yaitu ukuran sinyal menjadi lebih ukurannya yaitu 16. Setelah ditambah dengan cyclic besar tergantung dari ukuran up-sample. Setelah melalui prefix, selanjutnya penambahan preamble. Preamble proses interpolasi, maka sinyal akan dinormalisasi untuk disini merupakan gabungan antara Long Training Symbol mengoptimalkan Digital to Analog Converter (DAC) (LTS) dan Short Training Symbol (STS). Susunan dari yang terdapat pada WARP sehingga sinyal berada di preamble diperlihatkan pada Gambar 2. Setelah range +1 dan -1. Kemudian sinyal tersebut dikirimkan ke penambahan preamble, kemudian sinyal melalui proses buffer transmitter melalui Ethernet. Proses transmisi akan interpolasi. Interpolasi berfungsi untuk meningkatkan berjalan setelah dikirimkan paket sinkronisasi ke node sampling rate dari sinyal transmisi sehingga dapat transmitter dan receiver. dimodulasi ke frekuensi yang lebih tinggi [3]. Sementara proses pada penerima yaitu sebagai berikut. Tabel 1. Pertama sinyal yang diterima mengalami proses desimasi, Nilai Simbol Hasil Modulasi QPSK proses desimasi ini merupakan kebalikan dari interpolasi Bit Info Nilai Simbol yaitu menurunkan sample rate. Proses desimasi ini (left-msb) terdapat dua tahap yaitu pertama filter LPF dan kedua 00 0.7071 + 0.7071j down-sample dengan ukuran yang sama seperti 01 -0.7071 + 0.7071j interpolasi [4]. Setelah proses desimasi, langkah 10 0.7071 – 0.7071j 11 -0.7071 – 0.7071j selanjutnya yaitu melakukan cross correlation antara preamble yang terdapat pada penerima dengan satu LTS yang terdapat pada pemancar. Rumus untuk cross correlation digambarkan pada persamaan [3]: JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2015) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) A-121 ( ) ெ ே ∗ ) ∗ ∗ 1 1 ∑ ∑ ( ܥ ݊ = ݎ ݈ ܰ +݇+݊ ݏ (݈ ܰ+݇) (1) ୀ ୀ ଵ = (ܪ ݀ +ܹ +ܪ ݀ +ܹ ) 2 , ଵ, ݀ (ௐ ାௐ ) Dimana ݎ adalah keseluruhan preamble pada penerima, =ܪ + ଵ బ,ೖ భ,ೖ (3) ௗ ଶ ݏ merupakan satu buah LTS, ܰ merupakan panjang data ೖ OFDM dan ܯ merupakan jumlah dari LTS yang di cross Setelah nilai dari estimasi kanal didapat, maka correlation. Proses cross-corelation ini bertujuan untuk dilakukan proses ekualisasi terhadap payload (total untuk melakukan estimasi kanal dan menentukkan awal keseluruhan symbol OFDM) yang diterima dengan dari frame OFDM yang pertama [5]. Setelah awal dari menggunakan persamaan [7]: frame OFDM yang pertama didapat, langkah selanjutnya yaitu menghilangkan nilai cyclic prefix yang kemudian ݔ(݇) dilanjutkan dengan proses FFT dengan ukuran yang sama ( ) ݔ ݁݇ = ൘ (4) ܪ seperti pada IFFT yaitu 64. Setelah proses FFT dilakukan maka langkah selanjutnya yaitu proses equalizer dimana ( ) proses ini bertujuan untuk mengatasi nilai magnitudo dan Dimana ݔ ݁݇ adalah sinyal setelah melalui proses respon fasa yang rusak [3]. Untuk mengatasi nilai ekualisasi, ݔ(݇) adalah sinyal sebelum melalui proses magnitude menggunakan hasil dari cross-corelation ekualisasi dan ܪ merupakan nilai estimasi kanal. sementara untuk mengatasi respon fasa menggunakan Perubahan nilai saat sebelum melalui estimasi dan pilot. Setelah proses equalizer, maka data informasi akan sesudah estimasi dalam bentuk konstelasi sangat jelas melalui proses demodulasi yang memiliki fungsi terlihat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. berkebalikan dengan modulasi. Setelah hasil demodulasi selesai, maka didapat keluaran bit informasi dimana nilai C. Estimasi Fasa Error keluaran bit informasi tersebut haruslah sama dengan bit informasi yang dibangkitkan pada pemancar. Setelah proses estimasi kanal selesai, maka langkah selanjutnya yaitu melakukan koreksi fasa error. Estimasi B. Estimasi Kanal ini diperlukan karna meskipun sinyal sudah berada pada lingkaran yang tepat namun masih terdapat sisa (residual) Estimasi kanal digunakan untuk mengkompensasi dari error pada frekuensi dan timing offset yang disebabkan pengurangan nilai magnitude yang disebabkan oleh oleh adanya karakteristik variasi waktu pada kanal. multipath pada kanal dan juga noise [3]. Proses estimasi Dampak dari error ini yaitu ketidaktepatan letak symbol- kanal sebagai berikut. Pertama, sebuah LTS pada symbol OFDM [8]. Proses estimasi fasa error cukup penerima yang sudah melalui proses blok FFT simple yaitu dengan mengalikan symbol yang diterima dinotasikan dengan ܴ (݈ = 0,1) digambarkan dalam dengan ݁ି ఏdimana ߠ adalah sudut dari estimasi fasa. , Secara matematis, operasi perbaikan fasa dilakukan bentuk dimana ܹ ditambah dengan hasil perkalian dari , dengan persamaan sebagai berikut: LTS pada pemancar ݀ dan kanal ܪ , seperti yang , , diperlihatkan pada Persamaan dibawah ini. ᇱ ି ఏ ( ) ( ) ܴ =ܪ ݀ +ܹ (2) ݏ ݇ =ݏ ݇ ݁ (5) , , , , Dimana ݏᇱ(݇) merupakan nilai sinyal diterima setelah Sementara estimasi kanal menggunakan LTS proses koreksi fasa, ݏ (݇) adalah nilai sinyal diterima berdasarkan [6] yaitu: sebelum proses koreksi fasa, sedangkan ߠ sudut dari estimasi fasa. Nilai ߠ didapat dari rata-rata perbedan nilai 1 1 sudut antara pilot yang diterima dengan pilot yang ܪ = (ܴ +ܴ ) dipancarkan. Efek dari penggunaan koreksi fasa error 2 , ଵ, ݀ pada proses perbaikan fasa bisa dilihat pada Gambar 4. D. Desain Frame Desain frame untuk komunikasi melalui WARP mengacu pada batasan-batasan yang diambil dari [9] seperti buffer pada WARP terbatas sebanyak 214 atau 16384 sampel dan frekuensi sampling sistem 40 MHz. Proses desain frame ini memiliki tujuan untuk memastikan sistem komunikasi dapat mengirimkan informasi dengan batasan perangkat. Karakteristik dari komunikasi antar node WARP melalui ethernet, maka dalam keseluruhan frame harus dialokasikan beberapa sample untuk delay. Hal ini menjadi penting karena antara pemancar dan penerima akan terjadi delay yang disebabkan proses transmisi dan akusisi data pada WARP. Gambar 3. Konstelasi Sinyal pada Proses Estimasi Kanal JURNAL TEKNIK ITS Vol. 4, No. 1, (2014, No. 1, (2015) 5) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) A-122 Gambar 8. Dapat dilihat pada pada GamGambar tersebut tidak begitu terlihat jelas kinerja yang g lebih lebih baik antara jarak 4 dan 5 meter. Meskipun untuk untuk nilai nilai daya pancar -16.75 dBm nilai BER untuk 4 meter r sudah sudah 0, namun saat daya pancar kurang dari -25 dBm kinerja kinerja 5 meter lebih baik jika dibandingkan dengan 4 meter. Perbandingan antara kondisi kondisi LoS LoS dan dan NLoS pada jarak 4 meter di lingkungan indoor diperlihatkadiperlihatkan pada Gambar 9. Untuk Gambar 9 dapat terlihat terlihat dengan jelas bahwa kinerja saat keadaan LoS lelebih bih baik baik jika dibandingkan dengan NLoS karena saat daya daya pancar pancar sebesar -26.125 dBm untuk keadaan LoS nilai nilai BER BER sudah 0 sementara untuk NLoS bernilai 9.3x10-6, , hal hal ini bisa dikarenakan karena teknik OFDM tidak dak di desain untuk menanggulangi obstacle. Gambar 4. Perbandingan Fasa pada Sinyal dengan Korekal dengan Koreksi Fasasi Fasa L Pada proses penentuan desain frame komunikomunikasi, akan dialokasikan delay sebesar 2944 sampsampel. el. Delay akan diletakkan pada bagian belakang frame dengadengan nilai 0, sehingga delay ini bisa disebut juga sebagai zero zero padding. Tx Rx Secara keseluruhan, desain frame komunikomunikasi dapat h dilihat pada Gambar 5. Sebagai tambahan, han, tidak semua WARP Node 1 WARP Node 2 yang terdapat pada symbol OFDM merupakamerupakan n data, karena dalam 1 simbol OFDM terdapat cyclicyclic prefix, pilot, data dan virtual subcarrier. Gambar 6. Sketsa Pengukuran untuk Kondisi Londisi LoS III.HASIL DAN DISKUSI L Hasil pengukuran-pengukuran berikut berikut bertujuabertujuan untuk menganalisa dari performance OOFDM FDM dalamdalam berbagai macam kondisi. Parameter yang digunakadigunakann dapat dapat dilihat pada Tabel 2. Kondisi pengukuran yyang ang dilakukan Tx Rx mengacu pada Gambar 6 dan 7. Berhubung banyaknya kondisi pengupengukurkuranan yang h1=½*L e h2=½*L l dilakukan, maka yang akan ditunjukkan n pada pada bagian ini c a WARP Node 1 t WARP Node 2 s beberapa sample pengukuran yang bisa dijadidijadikakan sebagai b suatu kesimpulan. O Ukuran Buffer WARP Gambar 7. Sketsa Pengukuran untuk Kondisi NLondisi NLoS L = 16384 sampel Preamble Payload Zero Padding 640 sample 12800 sample 2944 sample Symbol Symbol … Symbol OFDM -1 OFDM -2 OFDM -80 Gambar 5. Struktur Frame Komunikasi Tabel 2. Parameter Pengukuran Parameter NilaiNilai Bit Terkirim 107520 bit Gambar 8. Perbandingan Jarak untuk untuk Kondisi Kondisi LoS dan Lingkungan Jarak node Tx dan Rx Bervariasi Lorong Setting Gain pada WARP: -35 dBm s/d -4.74.7 dBm dBm Jenis Obstacle Kawat Hasil pengukuran terhadap perbedaaperbedaan n jarak jara dalam kondisi LoS di lingkungan lorong diperlihatdiperlihatkakan pada
no reviews yet
Please Login to review.