Filetype PDF | Posted on 15 Sep 2022 | 3 years ago
Authentication
digital resources
160x 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
