Filetype PDF | Posted on 15 Sep 2022 | 3 years ago
Authentication
digital resources
163x Filetype PDF File size 0.49 MB Source: repo.pens.ac.id
Analisa Kinerja Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
Berbasis Perangkat Lunak
Kusuma Abdillah, dan Ir Yoedy Moegiharto, MT
Politeknik Elektro Negeri Surabaya – Institut Teknologi Sepuluh November (PENS-ITS)
Abstrak
Ada beberapa metode untuk mengatasi akan kebutuhan kanal sistem komunikasi dan efek dari
multipath fading, salah satu diantaranya yaitu sistem Orthogonal Division Multiplexing (OFDM). Sistem
OFDM merupakan perkembangan dari teknik Frequency Division Multiplexing (FDM). Perbedaan yang
mendasar dari sistem OFDM dan FDM yaitu terletak pada frekuensi subcarrier, pada sistem OFDM
frekuensi sub-carriernya diperbolehkan untuk saling overlapping sehingga dapat menghemat bandwidth
kanal sistem komunikasi, dan kapasitas kanal meningkat. Dengan menggunakan sistem OFDM ini tidak
hanya kapasitas kanal yang dapat ditingkatkan tetapi juga dapat menguragi efek dari multipath fading.
Dalam proyek akhir ini dilakukan penganalisaan kinerja OFDM berbasiskan perangkat lunak. Jenis
modulasi Quadrature Amplitude Modulation (QAM) mempunyai nilai BER yang lebih baik dibanding
dengan Phase Shift Keying (PSK). Dan pada kanal rayleigh delay 10 tap nilai BER dari OFDM dengan 64
sub-carrier mempunyai BER yang lebih baik dibanding dengan OFDM dengan 32 sub-carrier. OFDM
dengan 64 sub-carrier pada kanal Rayleigh delay 10 tap hanya BPSK atau 2-QAM yang mencapai BER
-3 -3
10 dengan nilai E N 30 dB. Untuk jumlah sub-carrier 32 tidak satupun yang mencapai BER 10 .
b 0
Kata kunci : OFDM, IFFT, FFT, Cylic Prefix, Rayleigh Fading
1. Pendahuluan
OFDM (Orthogonal Frquency Division
Multiplexing) merupakan teknik pentransmisian
data berkecepatan tinggi dengan menggunakan
beberapa sinyal carrier secara parallel dalam
pemodulasiannya. Sehingga data yang
ditransmisikan akan mempunyai kecepatan yang
lebih rendah. Teknik seperti ini dapat menghemat
bandwidth kanal sistem komunikasi.
Pada teknik transmisi OFDM setiap sub-carrier
tidak ditempatkan berdasarkan bandwidth yang Gambar 1 Perbandingan FDM dengan OFDM [2]
ada, tetapi sub-carrier tersebut disusun untuk
saling overlapping. Jarak atau space antara sub- OFDM merupakan teknik transmisi yang
carrier diatur sedemikian rupa, sehingga antar diterapkan pada sistem komunikasi digital. Data
sub-carrier mempunyai sifat yang orthogonal. yang ditransmisikan berupa data serial biner
Keorthogonalitasan diantara sub-carrier inilah berkecepatan tinggi yang telah di petakan dalam
yang menyebabkan munculnya istilah Orthogonal bentuk symbol, symbol tersebut yang mulanya
Frquency Division Multiplexing. Dengan serial kemudian dipecah atau dipisahkan menjadi
menggunakan teknik overlapping ini dapat bentuk parallel sehingga dihasilkan kecepatan
menghemat bandwidth kanal sampai dengan 50% data yang lebih rendah dibanding dengan data
[1]. Untuk pembentukan dan penguraian symbol sebelumnya. Kemudian symbol tersebut
OFDM dapat digunakan Inverse Fast Fourier dimodulasi oleh sejumlah sinyal carrier dalam
Transform (IFFT) dan Fast Fourier Transform beberapa subkanal. Dengan kata lain prinsip dasar
(FFT). dari OFDM menggunakan teknik transmisi
multicarrier [3].
1
serial, dan akhirnya kembali menjadi bentuk data
2. Sistem OFDM informasi.
Prinsip utama dari OFDM adalah pembagian
kecepatan tinggi aliran data ke dalam sejumlah 3. PROSES MULTICARRIER PADA OFDM
aliran data kecepatan rendah kemudian
dikirimkan secara simultan melalui suatu
subcarrier. Sistem OFDM sederhana ditunjukkan
pada gambar 2.
Gambar 3 OFDM Modulator [4]
Gambar diatas merupakan contoh modulator
OFDM konvensional. Dari gambar tersebut dapat
dijelaskan data biner yang telah dipetakan dalam
symbol QAM, selain QAM dapat menggunakan
Gambar 2 Blok Diagram OFDM PSK dalam pemetaannya. Simbol tersebut dipecah
dalam bentuk serial parallel dan dimodulasi oleh
Prinsip kerja dari OFDM dapat dijelaskan sinyal sub-carrier dengan frekuensi tertentu
sebagai berikut. Deretan data informasi yang akan sehingga dihasilkan sinyal saling orthogonal.
dikirim dikonversikan kedalam bentuk parallel, Kemudian semua sinyal tersebut ditambahkan
sehingga jika bit rate semula adalah R, maka bit sehingga dihasilkan symbol OFDM.
rate pada tiap-tiap jalur parallel adalah R/N dimana OFDM konvensional membutuhkan lebih
N adalah jumlah jalur parallel (sama dengan banyak modulator jika menggunakan lebih
jumlah sub-carrier). Setelah itu modulasi banyak sub-carrier. Untuk mengatasi hal seperti
dilakukan pada tiap-tiap sub-carrier. Modulasi ini itu dapat menggunakan prinsip dasar dari Inverse
bisa berupa BPSK, QPSK, QAM atau yang lain, Fast Fourier Transorm (IFFT). Untuk
tapi ketiga teknik tersebut sering digunakan pada demodulatornya dapat menggunakan Fast Fourier
OFDM. Kemudian sinyal yang telah termodulasi Transorm (FFT).
tersebut diaplikasikan ke dalam IFFT untuk
pembuatan simbol OFDM. Penggunaan IFFT ini
memungkinkan pengalokasian frekuensi yang
saling tegak lurus (orthogonal).
Setelah itu symbol OFDM ditambahkan cyclic
prefix kemudian simbol-simbol OFDM
dikonversikan lagi kedalam bentuk serial, dan Gambar 4 OFDM Modulator dengan IFFT
kemudian sinyal dikirim. Sinyal keluaran dari
trasnsmitter berupa sinyal yang saling 4. FAST FOURIER TRANSFORM (FFT)
overlapping, hal seperti ini dapat menghemat DAN INVERSE FAST FOURIER
bandwidth kanal sampai 50%. Kondisi overlapping TRANSFORM (IFFT)
ini tidak akan menimbulkan interferensi di Proses IFFT dan FFT merupakan kunci utama
karenakan telah memenuhi kondisi orthogonal. dalam OFDM. IFFT berfungsi sebagai pembuatan
Pada receiver, dilakukan operasi yang simbol (modulator) OFDM dan FFT sebagai
berkebalikan dengan apa yang dilakukan di pengurai dari simbol OFDM (demodulator) [3].
stasiun pengirim. Mulai dari konversi dari serial Untuk persamaan FFT dan IFFT dapat dituliskan
ke parallel, pelepasan cyclic prefix kemudian sebagai berikut.
konversi sinyal parallel dengan FFT setelah itu
demodulasi, dan terakhir konversi parallel ke
2
FFT:
Gambar 5 Spektrum Sinyal OFDM
IFFT:
Telah diketahui bahwa suatu sinyal orthogonal
meskipun saling overlapping mereka tidak saling
mengiterferensi. Dari gambar di atas jika ditarik
suatu garis lurus maka nilai puncak dari suatu
sub-carrier akan terhubung dengan nilai
minimum dari sub-carrier yang ada di
Tetapi pada OFDM sinyal inputan dari IFFT sebelahnya. Atau dapat dijelaskan bahawa energy
adalah domain waktu, hal seperti ini tidak pada tiap-tiap sub-carrier tidak berkorelasi dengan
masalah karena IFFT adalah sebuah konsep energy pada sub-carrier yang ada di dekatnya
matematis yang tidak peduli apa yang dihasilkan [6][7]. Dikarenakan oleh hal seperti itu, meskipun
dan seperti apa inputannya. Asalkan selama yang sub-carrier saling overlapping tidak akan terjadi
menjadi inputan berupa amplitudo-amplitudo dari interferensi.
beberapa sinusoida, IFFT akan menghasilkan
suatu nilai dalam bentuk domain waktu [5]. 6. Cyclic Prefix
Masalah utama dalam sistem komunikasi
5. ORTHOGONALITAS wireless adalah adanya suatu kanal multipath.
Pada teknik OFDM masing-masing sub-carrier Dalam kanal multipath, suatu sinyal dapat
tidak disebar berdasarkan bandwidth yang ada, mengalami tundaan sehingga dapat menyebabkan
tetapi sub-carrrier tersebut disusun saling overlap. Intersymbol Interference (ISI). Untuk mengatasi
Jarak atau space antara sub-carrier disusun hal itu, dapat menggunakan suatu guard interval
sedimikian rupa, sehingga antar sub-carrier akan yang telah diketahui dengan nama cyclic prefix.
saling orthogonal. Dalam tiap sub-carrier Cyclic prefix adalah salinan dari bagian akhir
dibedakan dengan sebuah simbol dan masing- simbol OFDM yang ditambahkan pada awal
masing simbol saling orthogonal atau tidak saling simbol OFDM [2]. Syarat agar tidak terjadi ISI
mempengaruhi, sebuah simbol dikatakan yaitu durasi dari cyclic prefix harus lebih panjang
orthogonal dengan yang lain jika factor dari durasi dari delay multipath. Alasan guard
korelasinya adalah 0 . interval terdiri dari salinan dari akhir simbol
Istilah orthogonal mengandung makna OFDM adalah agar receiver nantinya
hubungan matematis antara frekuensi-frekuensi mengintegrasi masing-masing multipath melalui
yang digunakan. Dengan menggunakan angka integer dari siklus sinusoid ketika proses
persamaan matematika dapat diekspresikan demodulasi OFDM dengan FFT [3].
sebagai berikut, dua buah sinyal dapat dikatakan
orthogonal jika memenuhi syarat:
Ttot
Gambar 6 Cyclic Prefix Pada OFDM
Dimana m ≠ n dan dengan interval a < t < b
Dari gambar diatas dapat dibuat suatu
persamaan tentang panjang keseluruhan dari
simbol OFDM yaitu
3
ܶݐݐ = ܶ + ܶg.................................(4) yang berbeda-beda tersebut mengakibatkan kuat
sinyal penerimaan menjadi bervariasi. Sinyal yang
Dimana: T = Panjang simbol Ofdm tanpa cyclic diterima oleh receiver yang melewati suatu kanal
prefix multipath merupakan jumlah superposisi dari
Tg = Panjang cyclic prefix keseluruhan sinyal yang dipantulkan akibat banyak
Ttot = Total panjang simbol OFDM lintasan (multipath) [8]. Pada kanal multipath
mempunyai respon impuls yang bervariasi.
7. KANAL ADDATIVE WHITE GAUSSIAN
(AWGN)
Salah satu kanal yang dipakai pada simulasi
ini adalah kanal AWGN (Addative Gaussian
Noise)
Gambar 9 Respon Impuls pada Kanal
Multipath [9]
Karena rendahnya antena receiver dan
Gambar 7 Kanal AWGN adanya struktur bangunan yang mengelilingi
receiver, menyebabkan fluktuasi yang cepat pada
Sebuah sinyal yang dilewatkan melalui penjumlahan sinyal-sinyal multipath menurut
sebuah kanal dapat diasumsikan pada gambar di distribusi statistik yang disebut distribusi Rayleigh
atas. Pada model ini, sinyal yang ditransmisikan yang dikenal dengan Rayleigh Fading [8].
x(t) terkena sebuah noise acak yaitu n(t). Ketika Rayleigh fading terjadi jika tidak ada jalur Line Of
sinyal mendapat redaman selama proses Sight (LOS) yang dominan antara transmitter
pentransmisian melalui sebuah kanal, maka sinyal dengan receiver [10]. Rayleigh fading dapat
yang diterima pada interval 0 ≤ t ≤ T, dapat ditentukan dengan persamaan dibawah ini
dinyatakan dengan persamaan :
ℎ = ℎ +݆ℎ ................................(6)
( ) ( ) ( )
ݕ ݐ = ݔ ݐ + ݊ ݐ ............................(5) Dimana bagian ℎ dan ݆ℎ mempunyai
Secara fisik proses addative noise berasal dari nilai distribusi Gaussian dengan nilai mean = 0 [9].
komponen elektronik dan beberapa amplifier Hasil sinyal pada receiver setelah melewati
(penguat) dari receiver pada suatu sistem kanal tersebut dapat dipresentasikan seperti
komunikasi. Jika noise tersebut disebabkan oleh persamaan di bawah ini
komponen elektronik dan amplifier dari receiver,
maka dikarakteristikan sebagai termal noise (noise ݕ = ℎݔ + ݊ ...................................(7)
yang disebabkan oleh suhu dari rangkaian itu
sendiri). Noise AWGN merupakan noise yang Dimana : y = Sinyal yang diterima
terbangkit dengan distribusi Gaussian yaitu dengan h = Rayleigh multipath fading
nilai mean = 0. x = Sinyal terkirim
n = Noise AWGN
Dalam sistem komunikasi digital sinyal yang
diterima oleh receiver merupakan hasil konvolusi
dengan respon impuls kanal dalam domain waktu
[6]. Dengan kata lain konvolusi dalam domain
waktu merupakan perkalian dalam domain
frekuensi. Dibawah ini merupakan gambar blok
Gambar 8 Distribusi AWGN diagram OFDM yang melewati kanal multipath.
8. KANAL RAYLEIGH
Dalam sistem komunikasi bergerak,
perambatan sinyal antara pemancar dan penerima
melalui berbagai lintasan yang berbeda. Lintasan
4
