Upload
others
View
14
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Tugas Akhir
KINERJA TRANSMISI DATA MENGGUNAKAN
TEKNIK MODULASI N-QAM PADA SISTEM
KOMUNIKASI 4G-LTE
Disusun oleh:
BONTOR SIHITE
NIM: 165114059
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
FINAL PROJECT
DATA TRANSMISSION PERFORMANCE USING N-
QAM MODULATION TECHNIQUES IN 4G-LTE
COMMUNICATION SYSTEM
In a partial fulfillment of the requirements
for Bachelor degree of Engineering
Department of Electrical Engineering
Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University
By:
Bontor Sihite
165114059
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO:
semua yang benar, semua yang mulia, semua yang
adil, semua yang suci, semua yang manis, semua
yang sedap didengar, semua yang disebut
kebajikan dan patut dipuji, pikirkanlah semuanya
itu.
(Filipi 4:13)
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
1. Tuhan Yesus yang selalu memberi kekuatan.
2. Kedua orangtua saya yang selalu mendukung segala keputusan saya
3. Dosen pembimbing saya yang sabar dan senantiasa mendampingi saya
4. Dosen-dosen yang telah memberikan materi pembelajaran selama
diperkuliahan.
5. Teman-teman yang telah memberikan saya pengalaman hidup baru.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
INTISARI
Perkembangan teknologi yang begitu pesat menuntut pengiriman data dengan
kecepatan tinggi dan kinerja yang handal. Data yang dikirim dapat berupa data analog dan
data digital, seperti audio,video, karakter atau teks. Permasalahan yang sering terjadi ketika
komunikasi data adalah gangguan saluran. Gangguan saluran berupa derau (noise),
pelemahan sinyal (fading), dan perusakan sinal oleh sinyal lain (jamming). Jika data yang
dikirim megalami gangguan saluran maka di sisi penerima dapat dipastikan mengalami
kesalahan (error).
Pada penelitian ini sumber informasi berupa citra dikirim melalui kanal AWGN
menggunkan teknik modulasi 16 QAM dengan 64 QAM dalam komunikasi LTE.
Transmisi data citra pada kanal yang dipengaruhi oleh noise AWGN menyebabkan
terjadinya cacat pada citra rekonstruksi yang diterima pada receiver yang ditunjukkan
dengan besarnya nilai BER yang didapatkan. Hasil dari data informasi akan menghasilkan
perbandingan antara Bit Error Rate (BER) dengan Signal to Noise Ratio (SNR). Untuk
kerja dengan perbandingan BER dan SNR menghasilkan suatu bentuk pola BER yang
semakin turun dengan tingkat kenaikan SNR.
Kata Kunci : Transmisi Data, Citra, LTE, 16 QAM, 64 QAM, Bit Error Rate, BER, Signal
to Noise Ratio, SNR.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
ABSTRACT
The rapid development of technology demands high speed data transmission and
reliable performance. The data sent can be in the form of analog data and digital data, such
as audio, video, characters or text. The problem that often occurs when data
communication is channel interference. Channel interference in the form of noise, signal
attenuation (fading), and signal destruction by other signals (jamming). If the data sent is
experiencing channel interference, then the receiving side is certain to have an error.
In this research, the source of information in the form of images is sent via the
AWGN channel using 16 QAM with 64 QAM modulation techniques in LTE
communication.
Transmission of image data on channels affected by AWGN noise causes defects in
the reconstructed image received at the receiver which is indicated by the value of the BER
obtained. The results of the information data will produce a comparison between the Bit
Error Rate (BER) and the Signal to Noise Ratio (SNR). For work with the ratio of BER
and SNR to produce a pattern of BER which decreases with the increasing rate of SNR.
Keywords: Data Transmission, Image, LTE, 16 QAM, 64 QAM, Bit Error Rate, BER,
Signal to Noise Ratio, SNR.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
DAFTAR PUSTKA
FINAL PROJECT ................................................................................................................. ii
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................................. iii
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................................. iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .............................................................. v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ..................................................... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................................................... vii
INTISARI ........................................................................................................................... viii
ABSTRACT ......................................................................................................................... ix
KATA PENGANTAR ........................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... xv
DAFTAR TABEL ............................................................................................................. xvii
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ........................................................................................................ 1
1.2. Tujuan dan Manfaat ................................................................................................ 3
1.3. Batasan Masalah ..................................................................................................... 4
1.4. Metode Peneliitan ................................................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI ....................................................................................................... 5
2.1. Long Term Evolution (4G LTE) ................................................................................ 5
2.1.2. ARSITEKTUR JARINGAN LTE ........................................................................ 5
2.2. Paramater 4G .............................................................................................................. 6
2.2.1. Reference Signal Received Power (RSRP) .......................................................... 6
2.2.2. Signal to Interference and Noise Ratio (SINR) ................................................... 7
2.3. TEKNIK MODULASI 4G LTE. ................................................................................ 8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
2.4. Quadrature Amplitudo Modulation (QAM) ............................................................... 9
2.4.1. LAJU PENGIRIMAN SINYAL QAM .............................................................. 18
2.4.2. PROBABILITAS ERROR QAM ...................................................................... 19
2.4.3. BER untuk QAM ................................................................................................ 20
2.4.4. SIGNAL TO NOISE POWER RATIO 𝑺𝑵 QAM ............................................. 20
2.5. BER ........................................................................................................................... 20
2.6. PEMODELAN KANAL AWGN ............................................................................. 21
BAB III PERANCANGAN SISTEM ................................................................................ 23
3.1. Model Sistem ............................................................................................................ 23
3.1.1. Analisis Kebutuhan Sistem ................................................................................ 24
3.2. Pembuatan Data Masukan......................................................................................... 24
3.3. Proses Encoder .......................................................................................................... 24
3.4. Proses Modulasi ........................................................................................................ 25
3.4.1. 16QAM............................................................................................................... 26
3.4.2. 64 QAM.............................................................................................................. 28
3.5. Perancangan AWGN ................................................................................................. 32
3.6. Proses De-Modulasi .................................................................................................. 32
3.6.1. Pembangkit power spliter. ............................................................................. 32
3.6.2. Pembangkitan carrier recovery. .................................................................... 33
3.6.3. Pembangkitan Balance detector. ................................................................... 33
3.6.4. Pembangkitan ADC. ...................................................................................... 34
3.7. Proses decorder ..................................................................................................... 34
3.8. BER Sistem. .......................................................................................................... 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 36
4.1. Penjelasan dan Validasi Data dari setiap Syntax program ........................................ 36
4.1.1. Pembuatan Data Masukan .................................................................................. 36
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
4.1.2. Proses Encoder ................................................................................................... 38
4.1.3. Proses Modulasi ................................................................................................. 39
4.1.4. AWGN .............................................................................................................. 43
4.1.5. Demodulasi......................................................................................................... 44
4.1.6. Proses Deoder ..................................................................................................... 46
4.1.7. Proses Pengembalian Data Masukan.................................................................. 47
4.1.8 BER ..................................................................................................................... 49
4.2. Perbandingan Grafik BER dan SNR. ........................................................................ 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 48
1.1. Kesimpulan ........................................................................................................... 48
1.2. Saran ..................................................................................................................... 48
Daftar pustaka ...................................................................................................................... 49
LAMPIRAN ...................................................................................................................... L-1
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1. Arsitektur jaringan LTE. .................................................................................. 6
Gambar 2. 2. User 1 Menerima Serving RSRP dari Site ...................................................... 7
Gambar 2. 3. Perbedaan Interferensi dan Noise .................................................................... 8
Gambar 2. 4. Metode Transmisi QAM ............................................................................... 10
Gambar 2. 5. Diagram blok modulator QAM .................................................................... 11
Gambar 2. 6. Diagram blok demodulator ............................................................................ 11
Gambar 2. 7. Diagram blok pemancar 16QAM ................................................................. 12
Gambar 2. 8. Diagram susunan bit 16 QAM. ...................................................................... 14
Gambar 2. 9. Penerima 16QAM .......................................................................................... 14
Gambar 2. 10. Pemancar 64 QAM ...................................................................................... 15
Gambar 2. 11. Diagram fasor 64 QAM .............................................................................. 18
Gambar 2. 12. Penerima 64 QAM ....................................................................................... 18
Gambar 2. 13. Kanal AWGN. ............................................................................................. 22
Gambar 3. 1. Perancangan Sistem Kinerja Transmisi Data pada MATLAB ...................... 23
Gambar 3. 2. Diagram Struktur Encoder Turbo Codes. ...................................................... 25
Gambar 3. 3. Diagram Struktur Decoder Turbo Codes. ...................................................... 34
Gambar 4. 1. Gambar masukan sesuai dengan batasan masalah. ........................................ 36
Gambar 4. 2. Program untuk mengubah resolusi ................................................................ 37
Gambar 4. 3. data citra yang sudah diperkecil. ................................................................... 37
Gambar 4. 4. keluaran encoder dengan masukan angka biner dengan konveri gambar
masukan. .............................................................................................................................. 38
Gambar 4. 5. keluaran proses encoding dengan contoh data biner yang kecil .................... 38
Gambar 4. 6.Mapping 16 QAM........................................................................................... 39
Gambar 4. 7.2 to 4 converter ............................................................................................... 40
Gambar 4. 8. Constellation mapping with Gray coding ...................................................... 40
Gambar 4. 9. Keluaran Modulasi 16 QAM dengan data citra yang telah diubah menadi
biner ..................................................................................................................................... 40
Gambar 4. 10.Keluaran Modulasi 16 QAM dengan contoh data kecil. .............................. 41
Gambar 4. 11. Mapping 64 QAM........................................................................................ 42
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
Gambar 4. 12. 2 to 6 converter. ........................................................................................... 42
Gambar 4. 13. Constellation mapping with Gray coding .................................................... 42
Gambar 4. 14. Output Modulasi 64 QAM ........................................................................... 42
Gambar 4. 15. Program AWGN .......................................................................................... 43
Gambar 4. 16. Hasil dari Syntax Proses AWGN ................................................................. 43
Gambar 4. 17. Program Demodulasi 16 QAM .................................................................... 44
Gambar 4. 18. Output Demodulasi 16 QAM. ..................................................................... 45
Gambar 4. 19. Program Demodulasi 64 QAM .................................................................... 45
Gambar 4. 20. Output Demodulasi 64 QAM ...................................................................... 46
Gambar 4. 21. Output Decoder ........................................................................................... 46
Gambar 4. 22. Program untuk mengubah data Biner menjadi desimal ............................... 47
Gambar 4. 23. Program untuk menggabungkan tiga layer. ................................................. 47
Gambar 4. 24. Hasil akhir setelah di terima pada SNR 0 pada 16 QAM dan 64 QAM ...... 48
Gambar 4. 25. Hasil akhir setelah diterima pada SNR 10 pada 16 QAM dan 64 QAM ..... 48
Gambar 4. 26. Hasil akhir setelah diterima pada SNR 18 pada 16 QAM dan 64 QAM. .... 48
Gambar 4. 27.Hasil akhir setelah di terima SNR 0 dan 10 dari QPSK ............................... 49
Gambar 4. 28.Hasil akhir setelah di terima SNR 18 dari QPSK ......................................... 49
Gambar 4. 29. Pogram untuk BER ...................................................................................... 49
Gambar 4. 30. Grafik Perbandingan BER dengan SNR ...................................................... 50
Gambar 4. 31. Perbandingan gambar Input dengan gambar Output 16 QAM .................... 50
Gambar 4. 32. Perbandingan gambar Input dengan gambar Output 64QAM ..................... 51
Gambar 4. 33. Perbandingan gambar input dengan gambar Output QPSK ........................ 51
Gambar L- 1. Output Impelementasi Mapping 16QAM ...................................................... 6
Gambar L- 2.Output Implementasi Mapping 64 QAM ....................................................... 15
Gambar L- 3.Ikon MATLAB .............................................................................................. 19
Gambar L- 4. Tampilan utama Software MATLAB R2017b ............................................. 19
Gambar L- 5. Program masukan data biner ......................................................................... 20
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1. Standar Nilai Signal Strength RSRP ................................................................... 7
Tabel 2. 2. Standar Nilai SINR unuk LTE [9] ....................................................................... 8
Tabel 2. 3. Tabel kebenaran Q 16 QAM ............................................................................. 13
Tabel 2. 4.Table kebenaran I 16 QAM ................................................................................ 13
Tabel 2. 5. Tabel kebenaran keluaran 16 QAM .................................................................. 13
Tabel 2. 6. Tabel kebenaran kanal I dan Q 64 QAM........................................................... 15
Tabel 2. 7. Tabel kebenaran keluaran 64QAM ................................................................... 16
Tabel 2. 8. Lanjutan Tabel kebenaran 64QAM ................................................................... 17
Tabel 2. 9. Lanjutan Tabel Kebenaran 64QAM .................................................................. 17
Tabel 3. 1. Tabel kebenaran Q ............................................................................................. 26
Tabel 3. 2. Tabel kebenaran I .............................................................................................. 26
Tabel 3. 3. Tabel Kebenaran 16 QAM ................................................................................ 27
Tabel 3. 4. Tabel Kebenaran I dan Q ................................................................................... 28
Tabel 3. 5. Tabel Kebenaran 64 QAM ................................................................................ 30
Tabel 3. 6. Lanjutan tabel kebenaran 64 QAM ................................................................... 31
Tabel 3. 7. Lanjutan tabel kebanaran 64 QAM ................................................................... 31
Tabel L- 1. BER padaLayer 1 16QAM ............................................................................... 58
Tabel L- 2. BER pada Layer 2 16QAM .............................................................................. 59
Tabel L- 3. BER pada layer 3 16QAM ................................................................................ 59
Tabel L- 4. keluaran BER semua layer dari data biner masukkan pada 16 QAM .............. 60
Tabel L- 5. BER pada Layer 1 64QAM .............................................................................. 68
Tabel L- 6. BER pada Layer 2 64 QAM ............................................................................. 69
Tabel L- 7. BER pada layer 3 64 QAM ............................................................................... 69
Tabel L- 8.keluaran dari semua layer data biner masukkan pada 64 QAM ........................ 70
Tabel L- 9. Perbandingan BER dengan SNR untuk modulasi 16 QAM, 64 QAM, dan
QPSK. .................................................................................................................................. 70
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Telekomunikasi adalah setiap pemancar, pengirim, dan atau penerima dari setiap
informasi dalam bentuk tulisan, gambar, suara, dan bunyi melalui sistem kawat, optik,
radio atau sistem elektromaknetik. Telekomunikasi saat ini tidak hanya untuk
komunikasi suara, tetapi sudah menjadi tuntutan untuk komunikasi data, gambar dan
video membentuk komunikasi multimedia. Dengan melihat perkembangan teknologi
informasi pada saat ini dan perkembangan teknologi di bidang komunikasi yang
berkembang pesat serta layanan komunikasi yang bergerak di dunia mobile evolution,
pengguna dapat saling berinteraksi dengan cepat.
Salah satu kemajuan perkembangan teknologi komunikasi adalah teknologi Long
Term Evolution (LTE) [1]. Teknologi ini sudah cukup luas digunakan oleh negara-
negara maju dan berkembang. Nama resmi dari teknologi 4G ini menurut Institute of
Elektrical and Electronics Engineers (IEEE) adalah ‘3G dan beyond’. Sebelum 4G,
High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) yang kadang kala disebut sebagai
teknologi 3,5G telah dikembangkan WCDMA dan CDMA2000. Teknologi 4G yang
500 kali lebih cepat daripada CDMA2000 dapat memberikan kecepatan hingga 1Gbps
jika user dalam keadaan berhenti atau 100Mbps jika user dalam keadaan bergerak.
Masalah yang sering terjadi pada komunikasi LTE adalah derau (noise), pelemahan
sinyal (fading), perusakan sinyal oleh sinyal lain (jamming), dan distorsi [2]. Salah satu
parameter yang menentukan kualitas sistem modulasi digital adalah Bit Error Rate
(BER). Modulasi adalah proses pengkodean informasi dari sumber pesan dengan cara
yang sesuai dengan proses transmisi. Teknik modulasi yang baik akan meningkatkan
kinerja transmisi dan mengatasi permasalahan tersebut di atas. Pada umumnya
modulasi dapat dilakukan dengan mengubah-ubah amplitudo, fasa, atau frekuensi dari
sinyal carrier sesuai dengan amplitudo sinyal pesan. Modulasi digital multisimbol
menawarkan kecepatan yang lebih tinggi karena setiap symbol yang dikirimkan
melambangkan beberapa bit sekaligus. Untuk mendapatkan data rate yang paling
tinggi pada bandwidth yang terbatas biasanya digunakan QAM. Adapun jenis-jenis
modulasi yang digunakan pada teknologi LTE adalah Quadrature Phase Shift Keying
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
(QPSK), 16-Quadrature Amplitude Modulation (16-QAM), dan 64-Quadrature
Amplitude Modulation (64-QAM) [4-6].
Pada tahun 2018, Dimas Damar ww, melakukan penelitian mengenai kinerja
transmisi data suhu badan penderita demam berdarah menggunakan Turbo Code pada
sistem komunikasi 4G[2]. Simulasi program yang dijalankan mengunakan teknik
modulasi QPSK, dengan menggunakan pengulangan sebanyak lima belas kali agar
mendapatkan unjuk kerja yang nyata. Hasil dari pengulangan pada setiap data
informasi akan menghasilkan perbandingan antara Bit Error Rate (BER) dengan
Signal to Noise Ratio (SNR). Untuk kerja dengan perbandingan BER dan SNR
menghasilkan suatu bentuk pola BER yang semakin turun dengan tingkat kenaikan
pada SNR.
Pada tahun 2013, Sri Ariyant dan Budi Agus Purwanto, melakukan penelitian
mengenai kinerja pengunaan modulasi menggunakan QPSK, 8PSK, dan 16QAM pada
satelit Telkom-1 [5]. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis kelayakan modulasi
yang digunakan satelit Telkom-1 ditinjau dari segi daya dan lebar pita, mengetahui
pengaruh pemilihan teknik modulasi terhadap besarnya kapasitas transponder satelit,
dan mengetahui parameter yang menentukan besar kecilnya kapasitas transponder
satelit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modulasi yang paling layak digunakan
satelit Telkom-1 untuk layanan IDR adalah modulasi QPSK dengan diameter antena
penerima 3 meter, sedangkan modulasi yang paling buruk digunakan satelit Telkom1
adalah modulasi 16QAM.
Pada tahun 2012, Wahyu Pamungkas, Anggun Fitrian Isnawati, dan Adi
Kurniawan, melakukan penelitian modulasi digital menggunakan Matlab[7]. Penelitian
ini dilakukan untuk teknik moddulasi Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 8-
Quadrature Amplitude Modulation (8-QAM), 16-Quadrature Amplitude Modulation
(16-QAM) yang menggunakan kanal Additive White Gaussian Noise (AWGN) dengan
menggunakan software MATLAB. Pengujian kinerja sistem modulasi menggunakan
bit error ratio (BER). Pengujian pada simulasi ini menggunakan data masukan
sebanyak 10000 data simbol secara acak dan level Eb/No yang bervarisi untuk setiap
modulasi yang digunakan. Hasil kinerja BER dengan nilai level Eb/No sebesar 1 dB
dari sistem modulasi yang disimulasikan pada QPSK sebesar 0,0570, 8-QAM sebesar
0,1085, sedangkan 16-QAM sebesar 0,1582 dan kinerja modulasi yang terbaik adalah
QPSK. Apabila Eb/No dinaikkan, BER modulasi QPSK menjadi lebih kecil atau lebih
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
baik di banding 16-QAM dan 64-QAM
Pada tahun 2007, Baharudin melakukan penelitian mengenai analisa kinerja QAM
pada kanal AWGN untuk transmisi citra [8]. Data secara acak akan dibandingkan pada
simulasi lalu dikirim menggunakan teknik modulasi 16-QAM melewati Kanal
AWGN. Pada kanal ini data informasi dipengaruhi oleh noise. Noise dalam simulasi
ini diasumsikan hanya berasal dari AWGN. Pada sisi demodulator, data yang diterima
dibandingkan dengan data yang dikirim, lalu dicari kesalahannya. Kesimpulan yang
dari penelitian ini adalah bahwa Transmisi citra digital pada kanal yang dipengaruhi
oleh noise AWGN menyebabkan terjadinya cacat pada citra rekonstruksi yang
diterima pada receiver yang ditunjukkan dengan besarnya nilai BER yang didapatkan.
Beberapa artikel dan penelitian di atas menyajikan kinerja sistem telekomunikasi
menggunakan QAM dengan data umum. Secara khusus, penelitian ini membahas
kinerja sistem transmisi data dengan modulasi QAM pada komunikasi 4G-LTE
menggunakan data citra. Penelitian ini masih belum ada orang yang melakukan
sebelumnya di Universitas Sanata Dharma.
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan simulasi transmisi data menggunakan
teknik modulasi N-QAM pada sistem komunikasi 4G LTE.
Manfaat dari adanya penelitian ini adalah:
Menjadi referensi untuk pengajar dosen dalam mata kuliah sistem komunikasi
nirkabel tentang simulasi transmisi data menggunakan teknik modulasi QAM
Sebagai referensi untuk mahasiswa dan mahasiswi yang ingin melanjutkan
penelitian tentang modulasi QAM pada sistem komunikasi nirkabel.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil dalam penelitian ini adalah:
a. Peneliitian ini dilakukan dalam lingkungan jaringan komunikasi 4G-LTE.
b. Teknik modulasi yang digunakan dalam penelitian ini 16QAM dan 64QAM.
c. Membandiangkan hasil dari QPSK dengan 16QAM dan 64QAM.
d. Model kanal yang dipilih dalam saluran transmisi ini adalah AWGN
e. Data masukan yang digunakan dalam penelitian ini adalah data citra warna format
JPG dengan resolusi 3264 x 1836 dan ukuran sebesar 1.90 MB
f. Simulasi penelitian dilakukan dengan computer menggunakan software MATLAB.
1.4. Metode Peneliitan
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
a. Studi pustaka atau referensi dari website ,jurnal-jurnal, dan buku-buku.
b. Perancangan software. Tahap ini untuk melihat dan pemodelan yang optimal dan
efisien dari sistem LTE yang sudah ada.
c. Pengujian simulasi yang akan diujikan dengan memasukkan data citra sebagai
acuan awal untuk melihat simulasi program sebagai perbandingan data awal dan
data akhir. Kemudian hasil program simulasi akan dibandingkan dengan
menerapkan QPSK untuk melihat perbandingan kinerja transmisi.
d. Analisis dan kesimpulan hasil simulasi. Analisis dilakukan dengan melihat kenerja
dari sistem dengan mengirim data citra dalam bentuk biner dan dapat diterima
kembali menjadi data awal dengan mengubah-ubah SNR, sehingga dapat
menghitung nilai Bit Error Rate (BER). Kesimpulan dari hasil percobaan dilakukan
untuk menyimpulkan hasil analisa kinerja transmisi data dengan melihat nilai BER
pada pengiriman data citra menggunakan N-QAM pada sistem konunikasi 4G-LTE.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Long Term Evolution (4G LTE)
Teknologi 4G merupakan pengembangan dari teknologi 3G. Nama resmi dari
teknologi 4G ini menurut Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) adalah
’3G and beyond’. Sebelum 4G, High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA) yang
kadangkala disebut sebagai teknologi 3,5G[9]. HSDPA adalah sebuah protokol telepon
genggam yang memberikan jalur evolusi untuk jaringan Universal Mobile
Telecommunications System (UMTS) yang akan dapat memberikan kapasitas data (sampai
14,4 Mbps). Sistem 4G akan dapat menyediakan solusi internet protocol (IP) yang
komprehensif di mana suara, data, dan arus multimedia dapat sampai kepada pengguna
kapan saja dan di mana saja, pada rata-rata data lebih tinggi dari generasi sebelumnya.
terdapat beberapa pendapat yang ditujukan untuk 4G, yakni: 4G merupakan sistem
berbasis IP terintegrasi penuh
LTE adalah standart teknologi yang digunakan pada 4G, disebut juga sebagai
Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) dan diperkenalkan oleh 3GPP
sebagai release 8 dan 9 [8]. LTE merupakan teknologi telekomunikasi seluler sebagai
evolusi atau pengembangan dari teknologi UMTS/WCDMA/HSPA. LTE menggunakan
spesifikasi air interface yang baru untuk meningkatkan kecepatan data dibandingkan
dengan HSPA. Perbedaan utama antara LTE, WCDMA dan HSPA adalah penggunaan
teknologi OFDMA pada sisi downlink dan SC-FDMA pada sisi uplink-nya. LTE
mempunyai kemampuan mengirimkan data dengan kecepatan tinggi mencapai 100 Mbps
untuk downlink dan 50 Mbps untuk uplink-nya.
2.1.2. ARSITEKTUR JARINGAN LTE
Arsitektur 4G LTE dikenal dengan suatu istilah System Architecture Evolution
(SAE) yang menggambarkan suatu evolusi arsitektur dibandingkan dengan teknologi
sebelumnya [9,10]. Secara keseluruhan LTE mengadopsi teknologi Evolved Packet System
(EPS). Di dalamnya terdapat tiga komponen penting yaitu User Equipment (UE),
EUTRAN (Evolved UMTS Terrestial Radio Access Network), dan EPC (Evolved Packet
Core). Gambar 2.1. menunjukkan proses jaringan LTE.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
Gambar 2. 1. Arsitektur jaringan LTE [9,12].
2.2. Paramater 4G
Parameter jaringan adalah suatu optimasi yang dilakukan untuk meningkatkan
kinerja atau performansi dari suatu jaringan seluler berdasarkan nilai Reference Signal
Received Power (RSRP) dan Signal Interference to Noise Ratio (SINR) sesuai dengan nilai
Key Performance Indicator (KPI) yang telah ditetapkan [10]. Optimisasi ini dilakukan
dengan memperhatikan batasan yaitu daya yang digunakan sebesar -69 dBm serta
perubahan tilt antena hanya dapat dilakukan dalam rentang 0°-10°. Perubahan tilt antena
merupakan pengaturan dengan mengubah sudut antena secara vertikal sehingga didapatkan
kondisi performansi jaringan yang sesuai. Perubahan sudut dilakukan dengan mengatur
bagian penjepit pada antena. Usaha meningkatkan performa RSRP, SINR, dan mean
throughput (kecepatan akses data yang didapat oleh user) dilakukan dengan mengatur
azimuth antenna (mengarahkan posisi antenna ke satelit yang di kehendaki), mechanical
tilt (perubahan arah antena tilting dengan mengubah tilt angle yang terletak di
pengait antena) dan electrical tilt (mengubah coverage antenna dengan cara mengubah
fasa antena, sehingga terjadi perubahan pada beamwidth antenna), dengan analisis
permasalahan yang dilakukan sehingga didapatkan RSRP dan SINR yang baik.
2.2.1. Reference Signal Received Power (RSRP)
RSRP merupakan sinyal LTE power yang diterima oleh user dalam frekuensi
tertentu. semakin jauh jarak antara site dan user, maka semakin kecil pula RSRP yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
diterima oleh user. RS merupakan Reference Signal atau RSRP di tiap titik jangkauan
coverage. user yang berada di luar jangkauan maka tidak akan mendapatkan layanan LTE.
Gambar 2.2. Menunjukkan user yang berada di luar jangkauan maka tidak akan
mendapatkan layanan LTE.
Gambar 2. 2. User 1 Menerima Serving RSRP dari Site [9]
Tabel 2. 1. Standar Nilai Signal Strength RSRP
Kategori Range Nilai RSRP
Sangat bagus -80 db
Bagus ≤ -90 , < -80 db
Normal ≤ -100, < -90 db
Buruk ≤ -120, < -100 db
Sangat buruk < -120 db
2.2.2. Signal to Interference and Noise Ratio (SINR)
Signal Interference to Noise Ratio (SINR) merupakan rasio perbandingan kuat
sinyal antara sinyal utama yang dipancarkan dengan interferensi dibanding noise
background yang timbul (tercampur dengan sinyal utama). Dalam arti rasio yang antara
rata-rata power diterima dengan ratarata interferensi dan noise. Minimum RSRP dan SINR
yang sesuai tergantung dengan bandwidth frekuensinya.
𝑺𝑵𝑹 = 𝟏𝟎 𝐥𝐨𝐠𝑷𝒔𝒊𝒈𝒏𝒂𝒍
𝑷𝒏𝒐𝒊𝒔𝒆 (2.1)
dimana Psignal adalah kekuatan rata-rata sinyal dan Pnoise adalah kekuatan rata-rata noise.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Gambar 2.3. Menunjukan perbedaan antara interferensi dengan noise.
Gambar 2. 3. Perbedaan Interferensi dan Noise
Tabel 2. 2. Standar Nilai SINR unuk LTE [9]
2.3. TEKNIK MODULASI 4G LTE.
Modulasi adalah proses pengubahan suatu parameter data informasi yang akan di
transmisikan kedalam sebuah media seperti kabel, udara, dan serat optik supaya data
informasi yang dikirimkan dapat diterima dengan baik, sedemikian hingga mempengaruhi
pola parameter (amplituda, frekuensi, fasa) suatu sinyal pembawa [5,8]. Tujuan modulasi
ini adalah untuk mentransformasikan sifat sinyal informasi agar sesuai dengan keadaan
medium transmisi sehingga menghasilkan kualitas yang maksimum dan efisiensi transmisi.
Modulasi digital merupakan proses penumpangan sinyal digital (bit stream) ke dalam
sinyal carrier. Modulasi digital adalah proses mengubah-ubah karakteristik dan sifat
(carrier) sedemikian rupa sehingga bentuk hasilnya (modulated carrier) memiliki ciri-ciri
dari bit-bit (0 atau 1) yang dikandungnya. Berarti dengan mengamati modulasi carrier,
dapat mengetahui urutan bit disertai clock (timing, sinkronisasi). Melalui proses modulasi
digital sinyal-sinyal digital setiap tingkatan dapat dikirim ke penerima dengan baik. Ada
Kategori Range Nilai SINR
Sangat bagus 30, ≤ 15 db
Bagus 15, ≤ 0 db
Normal 0, ≤ -5 db
Buruk -5, ≤ -11 db
Sangat buruk -11, ≤ -20 db
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
tiga teknik modulasi digital yaitu: Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying
(FSK) dan phase Shift Keying (PSK).
Amplitudo Shift Keying (ASK) adalah salah satu bentuk modulasi yang gelombang
pembawanya dimodulasi berdasarkan Amplitudo sinyal informasi digitalnya. Dalam sistem
modulasi ASK, simbol biner 1 direpresentasikan dengan suatu ketinggian Amplitudo
tertentu pada gelombang pembawanya. Jika sinyalnya berupa 1, maka sinyal pembawa
tersebut akan dikirimkan. Jika tidak, maka sinyal 0 yang akan dikirimkan. Dengan kata
lain, munculnya frekuensi gelombang pembawa tergantung pada ada atau tidaknya sinyal
digital.
Frequency Shift Keying (FSK) adalah bentuk modulasi digital yang gelombang
pembawanya dimodulasi berdasarkan pergeseran Frekuensi. Dalam sistem modulasi FSK
simbol 1 dan 0 ditransmisikan Secara berbeda antara satu sama lain dalam satu atau dua
buah sinyal sinusoidal yang berbeda besar frekuensinya.
Phase Shift Keying (PSK) merupakan bentuk modulasi yang proses pemodulasian
menggunakan cara penggeseran Fasa(Phase). Pada sistem modulasi Phase Shift Keying
(PSK), sinyal gelombang pembawa sinusoidal dengan amplitudo dan frekuensi yang dapat
digunakan untuk menyatakan sinyal biner “1” dan “0”, tetapi untuk sinyal “0” fasa
gelombang pembawa tersebut digeser 180°[11].
modulasi Quadrature Ampltude Modulation (QAM) merupakan gabungan antara
modulasi digital jenis ASK dengan PSK, yaitu menyatakan data biner digital 0 dan 1 ke
dalam bentuk amplitudo dan fase dari sinyal analog[2].
2.4. Quadrature Amplitudo Modulation (QAM)
QAM adalah suatu cara pentransmisian pada laju bit-bit yang lebih tinggi pada
saluran/kanal dengan lebar pita yang terbatas [15]. QAM adalah teknik modulasi yang
dilakukan dengan cara mengubah amplitudo dan phase sinyal carrier [8]. Pemilihan teknik
modulasi sangat penting agar dapat mengatasi gangguan kanal komunikasi seperti noise
ataupun interferensi. Umumnya pemilihan teknik modulasi, didasarkan pada kondisi kanal
komunikasi, kebutuhan transfer data, efesiensi dan tingkat kerumitan rangkaian. Pada
modulasi digital sinyal informasi akan dikonversikan terlebih dahulu ke dalam simbol
digital untuk kemudian dilakukan proses modulasi. Modulasi digital merupakan proses
penumpangan sinyal digital (bit stream) ke dalam (carrier) [11]. Modulasi digital adalah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
proses merubah karakteristik dan sifat gelombang pembawa sedemikian rupa sehingga
bentuk hasilnya memiliki ciri-ciri dari bit-bit (0 atau 1) yang dikandungnya.
Sinyal QAM menggunakan dua pembawa kuadtratur cos (2𝜋fct) dan sin (2𝜋fct),
masing-masing dimodulasikan oleh bit informasi [15]. Metode dari transmisi sinyal
memakai Quadrature Carrier Multiplexing yaitu mentransmisikan dua pesan sinyal yang
berbeda dengan frekuensi yang sama. Gambar 2.4. menunjukan proses transmisi di
modulasi QAM.
Gambar 2. 4. Metode Transmisi QAM [15]
Sinyal ditransmisikan pada frekuensi carrier yang sama dengan memakai dua
pembawa kuadtrat Ac cos 2𝜋fct dan kuadtrat Ac sin 2𝜋fct. Untuk mengerjakannya,
diandaikan m1(t) dan m2(t) adalah dua sinyal informasi terpisah yang ditrasmisikan
melalui kanal. Amplitudo sinyal m1(t) memodulasi Ac cos 2𝜋fct dan amplitudo sinyal
m2(t) memodulasi Ac sin 2𝜋fct. Dua sinyal dijumlahkan dan ditransmisikan melalui kanal.
Sehingga sinyal yang di transmisikan adalah:
𝑢(𝑡) = 𝐴𝑐 𝑚1(𝑡) 𝑐𝑜𝑠 2𝜋𝑓𝑐𝑡 + 𝐴𝑐 𝑚2(𝑡) 𝑠𝑖𝑛 2𝜋𝑓𝑐𝑡
atau
𝑈𝑚 (𝑡) = 𝐴𝑚𝑐 𝑔𝑇(𝑡) 𝑐𝑜𝑠 2𝜋𝑓𝑐𝑡 + 𝐴𝑚𝑠 𝑔𝑇(𝑡) 𝑠𝑖𝑛 2𝜋𝑓𝑐𝑡
m = 1,2, ……., M (2.2)
Dimana Amc dan Ams adalah posisi dari level amplitudo yang diperoleh dari
penempatan k-bit sequence ke dalam amplitudo sinyal. Umumnya, QAM dapat di lihat
sebagai bentuk gabungan dari modulasi amplitudo digital dan modulasi fasa digital. Jadi
bentuk gelombang sinyal QAM yang ditransmisikan dapat dinyatakan:
𝑈𝑚𝑛 (𝑡) = 𝐴𝑚 𝑔𝑇(𝑡) 𝑐𝑜𝑠 (2𝜋𝑓𝑐𝑡 + 𝜃𝑛) (2.3)
m = 1,2,3…….., M1
n = 1,2,3,…….., M2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
Gambar 2.5. dan Gambar 2.6. Menunjukkan diagram blok fungsional dari modulator QAM
dan demodulator QAM untuk mendapat sinyal QAM yang akan ditransmisikan
Gambar 2. 5. Diagram blok modulator QAM [15]
Gambar 2. 6. Diagram blok demodulator
QAM merupakan suatu teknik modulasi digital yang mengkombinasikan modulasi
amplitude dan fasa [14] . Hal ini dapat dilakukan dengan memodifikasi gelombang pada
kanal inphase dan quadrature. Sehingga gelombang yang menyusun konstelasinya selain
memiliki fasa yang berbeda juga memiliki amplitudo yang bervariasi. Pengubahan bit
kesimbol berfungsi memetakan runtun bit informasi menjadi simbol QAM. Pada umumnya
keluaran pengubah bit-kesimbol akan dipetakan kebentuk kode Gray. Orde QAM yang
biasa digunakan adalah 4, 16, 64, ataupun 256. Pada modulasi QAM, titik-titik konstelasi
(constellation points) dibuat dalam bentuk kotak dengan jarak vertikal dan horizontal yang
sama. Berikut ini merupakan beberapa jenis modulasi QAM yang akan digunakan:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
1. 16-QAM
QAM 16 keadaan adalah teknik encoding M-ary dengan M = 16 dimana ada 16
keluaran yang mungkin dengan amplitudo dan fase yang berbeda[17]. Data
masukan di bagi menjadi 4 bit (24 = 16) /yang disebut quadbit. Data masukan
biner di bagi menjadi 4 kanal yaitu : I, I', Q, dan Q' laju bit pada masing-masing
kanal sebesar 1/4 dari laju bit masukan (fb /4). Empat bit masukan secara serial
sampai pembelahan bit, dan dikeluarkan secara serentak dan paralel pada kanal
I, I', Q, dan Q'. Bit pada kanal I dan Q menyatakan polaritas dari
converter.(logika 1 = +V, logika 0 = -V),bit pada kanal I' dan Q' menyatakan
besar keluaran (logika 1 = 0,821 V dan logika 0 = 0,22V). Akibatnya converter
menghasilkan 4 tingkatan sinyal PAM. Dua polaritas dan dua besaran yang
mungkin pada keluaran converter yaitu ± 0,22𝑉 dan 0,821 V, sinyal PAM
dimodulasi dengan membawa 'In phase' dan 'Quaqdrature' di modulator dan
masing-masing modulator mempunyai 4 keluaran yang mungkin. Keluaran
modilator kanal I adalah + 0,821 sin ct, 0,821 sin ct + 0,22 sin ct dan 0,22 sin
ct. Keluaran modulator kanal Q adalah + 0,821 cos ct, + 0,22 cos ct 0,821 cos
ct, dan 0,22 cos ct. Penjumlahan linier menggabungkan keluaran modulator,
dan menghasilkan 16 kondisi keluaran QAM 16 keadaan. Gambar 2.7.
Menunjukkan diagram blok fungsional dari modulator 16 QAM untuk
mendapatkan sinyal yang akan di trasnmisikan.
Gambar 2. 7. Diagram blok pemancar 16QAM [15]
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Tabel 2. 3. Tabel kebenaran Q 16 QAM
Tabel 2. 4.Table kebenaran I 16 QAM
Untuk masukan Quadbit I = 0, I’ = 0, Q = 0, Q’ = 0 (000), masukan ke
converter kanal I = 0 dan I’ = 0. Dari tabel kebenaran diperoleh keluaran adalah
- 0,22 V. Sedangkan masukan ke convereter kanal Q adalah Q = 0 dan Q’ = 0,
dari tabel diperoleh keluaran adalah - 0,22 .Jadi dua masukan modulator kanal I
adalah - 0,22V dan 𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑐𝑡 dan keluarannya :
𝑰 = (− 𝟎, 𝟐𝟐)(𝒔𝒊𝒏 𝝎𝒄𝒕) = − 𝟎, 𝟐𝟐 𝒔𝒊𝒏 𝝎𝒄𝒕 (2.4)
dengan menyesuaikan menggunakan tabel kebenaran sebagai parameter.
Dua masukan modulator kanal Q dalah − 0,22 𝑉 𝑑𝑎𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑐𝑡 dan
keluarannnya :
𝐐 = (− 𝟎, 𝟐𝟐)(𝐜𝐨𝐬 𝛚𝐜𝐭) = − 𝟎, 𝟐𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝛚𝐜𝐭 (2.5)
Keluaran dari modulator digabungkan pada penjumlah linier dan menghasilkan
keluaran termodulasi yaitu :
Keluaran penjumlah = − 0,22 sin 𝜔𝑐𝑡 − 0,22 cos 𝜔𝑐𝑡
= 0,311 (𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑐𝑡 − 1350)
Tabel 2. 5. Tabel kebenaran keluaran 16 QAM
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
Gambar 2. 8. Diagram susunan bit 16 QAM.
Gambar 2.9. Menunjukkan diagram blok fungsional dari demodulator 16 QAM
untuk mendapatkan sinyal yang ditrasnmisikan.
Gambar 2. 9. Penerima 16QAM
2. 64-QAM
QAM 64 adalah teknik encoding M-ary dengan M=64 dimana ada 64
keluaran yang mungkin dengan amplitudo dan fasa yang berbeda[18]. Data
masukan biner dibagi menjadi 6 bit ( 26 =64) atau disebut heksabit.Data
masukan biner dibagi menjadi 6 kanal yaitu : Q,Q’,Q” I,I’ dan I” laju bit pada
masin-masing kanal sebesar 1/6 dari laju masukan (fb/6) .Enam bit masukan
secara serial sampai pembelahan bit , dan dikeluarkan secara serentak dan
paralel pada kanal Q,Q’,Q” I,I’dan I”. Bit pada kanal I dan Q menyatakan
polaritas dari converter ( logika 1 = +V , logika 0 = -V ), sedangkan bit pada
kanal Q’,Q’’ dan I’,I” menyatakan besar keluaran (00=0,821V; 01 = 0,22V;10
= 1,307V dan 11 = 0,541V).
Converter menghasilkan 8 tingkatan sinyal PAM . Dua polaritas dan 4 besaran
yang mungkin pada keluaran converter yaitu ±0,812 V; ±0,22V; ±1,307V dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
±0,541V. Sinyal PAM dimodulasi dengan membawa ‘in phase’ dan
‘Quadrature’ dimodulator dan masing-masing modulator mempunyai 8
keluaran yang mungkin. Keluaran kanal I adalah 0,821 sin ωct ; -0,821 sin ωct
; 0,22 sin ωct ; -0,22 sin ωct ; 1,307 sin ωct ; -1,307 sin ωct ; 0,541 sin ωct dan
–0,541 sin ωct . Keluaran modulator kanal Q adalah 0,821 cos ωct ; -0,821 cos
ωct ; 0,22 cos ωct ; -0,22 cos ωct ; 1,307 cos ωct ; -1,307 cos ωct ; 0,541 cos
ωct dan –0,541 cos ωct . Penjumlahan linnier menggabungkan keluaran
modulator dan menghasilkan 64 kondisi keluaran QAM 64 keadaan . Gambar
2.10. Menunjukkan diagram blok fungsional dari modulator 64 QAM untuk
mendapatkan sinyal yang akan di trasnmisikan.
Gambar 2. 10. Pemancar 64 QAM
Tabel 2. 6. Tabel kebenaran kanal I dan Q 64 QAM
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
Untuk masukan heksabit I=0 , I’ = 0 , I”= 0 ,masukan ke converter kanal I dari
tabel kebenaran diperoleh -0,821 V . Sedangkan masukan ke converter kanal Q
adalah Q=0 , Q’= 0 ,Q”= 0 , dari tabel diperoleh keluaran –0,821 V . Jadi tiga
masukan modulator kanal I adalah –0,821 V dan cos t ωc dan keluarannya I = (
- 0,821 ) ( sin t ωc ) = -0,821 sin t ωc . sedangkan pada kanal Q adalah Q= ( -
0,821 ) ( cos t ωc ) = -0,821 cos t ωc .
Tabel 2. 7. Tabel kebenaran keluaran 64QAM
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Tabel 2. 8. Lanjutan Tabel kebenaran 64QAM
Tabel 2. 9. Lanjutan Tabel Kebenaran 64QAM
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Gambar 2. 11. Diagram fasor 64 QAM [14]
Gambar 2.12. Menunjukkan diagram blok fungsional dari modulator 16
QAM untuk mendapatkan sinyal yang ditrasnmisikan.
Gambar 2. 12. Penerima 64 QAM
2.4.1. LAJU PENGIRIMAN SINYAL QAM
Untuk suatu bentuk gelombang biner, laju bit adalah sama dengan laju pengiriman
sinyal dan dinyatakan dalam bit/detik. Rumus laju pengiriman sinyal pada 2.14.
𝑟 =1
𝑇 (2.6)
Dengan r adalah laju pengiriman sinyal dan T adalah waktu yang di perlukan untuk
memancarkan 1 bit. Bila sinyal dipancarkan melalui sebuah saluran jalur dasar (baseband
channel), lebar jalur saluran menentukan batas atau limit dari laju pengiriman sinyal. Limit
ini tercapai untuk sinyal dengan jumlah perubahan per detik yang terbesar, yakni suatu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
gelombang persegi yang mempresentasikan suatu sinyal digital. Periode gelombang
persegi ini adalah 2T dengan komponen frekuensi dasar ada di 2.15.
𝑓𝑜 =1
2𝑇=
𝑟
2 (2.7)
Saluran baseband berperilaku sebagai sebuah filter low pass yang melewatkan
semua frekuensi dari 0 sampai suatu nilai cut off. Dengan memisalkan bahwa respon
frekuensi adalah nol di atas suatu limit frekuensi B, maka agar komponen dasar dari
gelombang persegi dapat dipancarkan, f tidak boleh lebih besar dari B, jadi :
𝐵 ≥ 𝑓𝑜 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐵 ≥ 𝑟 2⁄ (2.8)
Persamaan (2.16) di atas disebut Kriteria Nyquist yang menyatakan bahwa untuk
suatu laju pengiriman sinyal r, lebar jalur tersempit yang dapat digunakan adalah :
𝐵 = 𝑟 2⁄ (2.9)
Dengan r adalah laju perngiriman sinyal dan B adalah bandwidth.
2.4.2. PROBABILITAS ERROR QAM
Probabilitas Error adalah fungasi dari ‘Carrier to Noise power ratio’ atau lebih
spesifik ‘energi per bit to noise power density ratio’ dan kondisi encoding yang mungkin
digunakan (M-ary)[15]. Carrier to Noise power ratio adalah rasio dari daya carrier rata-
rata dengan daya noise termal .Noise termal adalah
𝑁 = 𝐾 𝑇 𝐵 (𝑤𝑎𝑡𝑡). (2.10)
dengan N = daya termal noise (W), K = konstanta Boltzman, T = suhu, B =
banwidth dan = 1/ 𝑓𝑏 , fb adalah laju bit (bit per detik).
Energi per bit adalah energi dari satu bit informasi adalah
𝐸𝑏 = 𝐶 𝑇𝑏 (𝐽/𝑏𝑖𝑡) 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐸𝑏 = 𝐶/ 𝑓𝑏 (𝐽/𝑏𝑖𝑡) (2.11)
dengan Eb = energi dari satu bit (J/bit), C = daya carrier (W) dan Tb = waktu dari bit
tunggal(s).
Rapat daya Noise adalah daya noise termal untuk banwidth 1 Hz yaitu:
𝑁𝑜 = 𝑁/𝐵 (𝑊/𝐻𝑧). (2.12)
dengan No= rapat daya noise (W/Hz),N = daya noise termal (W) dan B = banwidth (Hz).
energi per bit to noise power density ratio digunakan untuk membandingkan bermacam
sistem modulasi yang digunakan, laju transmisi (bit rate, noise modulasi dan teknik
encoding (M-er) yang berbeda.
𝐄𝐛
𝐍𝐨=
𝑪 𝒇𝒃⁄
𝐍 𝐁⁄=
𝐂𝐁
𝑵 (2.13)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
𝐄𝐛
𝐍𝐨=
𝑪
𝑵∗
𝑩
𝒇𝒃 (2.14)
dengan Eb / No = energi per bit to noise power density ratio, C/N = carrier to noise
power ratio dan B/ fb = noise bandwidth to bit rate ratio. Jika bandwidth sama dengan laju
bit, maka Eb / No = C/N . Untuk transmisi M-er 22 (n = 1, 2, 3, 4 …….), energi per bit
adalah 𝐸𝑏 = 𝐸𝑠/𝑛.
2.4.3. BER untuk QAM
Kesalahan terjadi jika noise pada sinyal yang diterima melebihi batas daerah
keputusan.
𝑷𝒆 = 𝟏
𝟐 𝑷𝒓𝒐𝒃 (|𝑿| > 𝑫𝒎)
=𝟏
𝟐 𝒆𝒓𝒇𝒄 (
𝒅𝒎
√𝟐𝝅) (2.15)
dimana x adalah level noise, dm adalah jarak sinyal antara dua sinyal dan 𝜎2 adalah
daya noise rata-rata. 𝒆𝒓𝒇𝒄(𝒙) = 𝟏 − 𝒆𝒓𝒇(𝒙).
= ∫ 𝒆−𝒕𝟐 𝟐⁄ 𝒅𝒕
∞
𝒙 (2.16)
Q(X) digunakan untuk menggantikan erfc(x)
𝑸(𝑿) = 𝟏
𝟐 𝒆𝒓𝒇𝒄 (
𝟐
√𝝅) =
𝟏
√𝝅 ∫ 𝒆−𝒕
𝟐 𝟐⁄∞
𝒙 𝒅𝒕 (2.17)
Bandwidth QAM adalah:
𝑩 =𝑹𝒔 (𝟏+ 𝜶)
𝐥𝐨𝐠𝟐 𝑴 𝒂𝒕𝒂𝒖 𝑩 = 𝑹𝒔 (𝟏 + 𝜶) (2.18)
2.4.4. SIGNAL TO NOISE POWER RATIO [𝑺 𝑵⁄ ] QAM
𝑷𝒆 = 𝟏 𝟐⁄ 𝒆𝒓𝒇𝒄 (√𝟏
𝟐[
𝑺
𝑵]) (2.19)
Untuk M sinyal berkemungkinan sama di transmisi, energy rata-rata diberikan:
𝑺 = 𝟏 𝑴⁄ ∑ 𝑺𝑰𝑴𝒊=𝟏 (2.20)
2.5. BER
Parameter yang digunakan untuk menilai unjuk kerja transmisi digital pada system
komunikasi LTE adalah Bit Error rate [5]. BER adalah perbandingan antara jumlah bit
informasi terima salah dengan jumlah bit informasi yang ditrnasmisikan pada selang waktu
tertentu. Semakin rendah BER yang dihasilkan transmisi digital, semakin baik unjuk kerja
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
transmisi digital tersebut. Hubungan antara (Eb/No) dengan BER tergantung pada jenis
modulasi yang digunakan. Suatu nilai (Eb/No) untuk sistem modulasi yang berlainan akan
menghasilkan nilai BER yang berbeda.
BER didefinisikan sebagai jumlah terjadinya error tiap jumlah bit data terkirim
pada suatu sistem digital. Apabila jumlah bit error adalah 𝑁𝐸 dan jumlah bit total terkirim
adalah 𝑁𝑇 maka[13][15].
𝐁𝐄𝐑 =𝐍𝐄
𝐍𝐓 (2.21)
2.6. PEMODELAN KANAL AWGN
AWGN merupakan noise yang pasti terjadi dalam jaringan nirkabel manapun,
memiliki sifat-sifat additive, white, dan gaussian. Sifat additive artinya noise ini
dijumlahkan dengan sinyal, sifat white artinya noise tidak bergantung pada frekuensi
sistem operasi dan memiliki rapat daya yang konstan, dan sifat gaussian artinya besarnya
tegangan noise memiliki rapat peluang terdistribusi gaussian.
Noise yang di tambahkan dalam setiap kanal transmisi yang ideal. Disebuat kanal
ideal karena kanal tersebut memiliki bandwidth yang luas dan memiliki respon terhadap
semua jenis frekuensi sehingga dapat mempengaruhi bentuk sinyal yang keluar karena
permasalahan distorsi [17].
𝑺𝒘 (𝒇) =𝑵𝒐
𝟐 (𝑾 𝑯𝒛⁄ ) (2.22)
dengan N0 adalah daya dari noise dan F adalah frekurensi.
Noise yang muncul sesuai dengan distribusi Gaussian dengan rataan nol dan
variansi yang dimiliki tergantung dari kerapatan daya dari noise tersebut. Nilai dari
variansi itu dapat di tuliskan sebagai berikut.
𝒇(𝒙) =𝟏
√𝟐𝝅𝝈𝐞𝐱𝐩 (−
𝒙𝟐
𝟐𝝈𝟐) (2.23)
𝝈𝒊𝟐 =𝑵𝒐
𝟐 , 𝒊 = 𝟎. 𝟏 (2.24)
Kanal AWGN dapat dikatakan sebagai media untuk transmisi sinyal dalam sistem
telekomunikasi. Output pada kanal AWGN adalah penjumlahan dari input dan noise,
seperti pada gambar 2.13 [17].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 2. 13. Kanal AWGN.
𝒚 = 𝒉𝒙 + 𝒏 (2.25)
dimana y adalah sinyal yang diterima, x adalah sinyal yang dikirimkan, h adalah kanal, dan
n adalah AWGN atau biasa disebut noise.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1. Model Sistem
Proses perancangan sistem untuk mengetahui kinerja transmisi data dengan melalui
beberapa proses, yaitu dengan encoding data menjadi biner, penambahan kanal AWGN,
decoding biner. Perancangan sistem ditunjukan pada gambar 3.1.
Gambar 3. 1. Perancangan Sistem Kinerja Transmisi Data pada MATLAB
Gambar 3.1 menunjukkan proses yang akan dilakukan pada sistem untuk melihat
kerja trasmisi data dengan menggunakan data masukan berupa data citra. Simulasi kinerja
transmisi data citra menggunakan software MATLAB. Gambar 3.1 memperlihatkan fungsi
Input data citra Encoder
dataIn biner 2 to 4
converter Balance
modulator
Sinyal carrier
Linier
summer
AWGN
modulasi
DEMODULASI
power
splitter
Bit Error Rate Data keluaran
Decoder
Balance
detector ADC carrier
recovery
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
utama pada sistem, yaitu pada penyandian, modulasi. Data masukan berupa data citra yang
akan dimasukkan ke dalam sistem diubah menjadi biner, sehingga dapat disandikan. Hasil
penyandian akan diteruskan melewati modulasi agar bisa masuk ke dalam kanal AWGN.
Setelah melewati kanal AWGN, sandi dikembalikan melalui de-modulasi kembali
untuk dilakukan proses pegawasandian. Data keluaran inilah yang akan menjadi hasil akhir
atas sistem kinerja transmisi data yang menggunakan modulasi QAM pada komunikasi
4G-LTE.
3.1.1. Analisis Kebutuhan Sistem
Perancangan sistem yang digunakan unutk mengetahui kinerja transmisi data citra
akan membutuhkan file dalam format “jpg”. File dalam format “jpg” tersebut merupakan
data citra yang berbentuk gambar. Data tersebut akan diubah menjadi data biner (data yang
terdiri dari angka 0 dan 1) yang akan dimasukkan secara manual ke dalam perancangan
sistem.
3.2. Pembuatan Data Masukan
Pembuatan data masukan bertujuan untuk menentukan jumlah data yang akan
ditransmisikan dalam sistem kinerja transmisi data. Proses pembuatan data masukan
ditunjukkan pada syntax 3.1.
𝒃𝒊𝒏𝒆𝒓 = 𝒊𝒎𝟐𝒃𝒘 (𝒊𝒏𝒑𝒖𝒕) (3.1)
dengan input adala data citra yang diubah menjadi biner.
Data tersebut akan menjadi masukan untuk sistem kinerja tranmisi yang dimasukkan
secara manual.
3.3. Proses Encoder
Pada sistem turbo code, proses selanjutnya adalah melakukan proses encoder turbo
code. Proses encoder pada turbo code menggunkan code rate (cr) =1/3, encoder ini adalah
parallel concanated convolutional code (pccc) dengan 2 encoder 8-state constituent yang
bekerja langsung.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Gambar 3. 2. Diagram Struktur Encoder Turbo Codes.
Gambar 3.2. menunjukkan struktur encoder yang terdapat pada Turbo Codes.
Encoder Turbo Codes menggunakan dua Encoder Recursive Systematic Convolutional
(RSC) yang terhubung secara parallel dengan Interleaver. Interleaver Turbo mendahului
Encoder RSC yang kedua. Fungsi encoder pada sistem ini adalah mengubah data masukan
berupa data biner menjadi data sandi. Ditunjukkan pada syntax 3.2.
𝒐𝒖𝒕𝒑𝒖𝒕 = 𝒍𝒕𝒆𝑻𝒖𝒓𝒃𝒐𝒄𝒐𝒅𝒆(𝒊𝒏𝒑𝒖𝒕); (3.2)
dengan input adalah data biner
3.4. Proses Modulasi
Pada proses modulasi bit masukan sudah dapat disandikan oleh encoder, proses
selanjutnya adalah memodulasi bit-bit yang telah menjadi symbol baru dalam proses
modulasi sebelum ditransmisikan ke dalam kanal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
3.4.1. 16QAM
Pada sinyal 16-QAM, I dan Q adalah sinyal-sinyal 4-ary digital baseband. Setiap
masukan biner yang akan dimodulasi menggunakan 16-QAM akan di kelompokan menjadi
pola 4 bit membentuk I dan Q.
a. Data input.
Data input yang akan dimodulasi pada 16-QAM dibagi menjadi 4 buah kanal
yaitu I, I', Q, dan Q'. dengan data in adalah data output dari lteturbocode.
b. 2 to 4 Converter
Sinyal binary data yang diterima dibagi ke dalam empat group bit (quadbit)
yaitu kanal Q, Q’, I, I’. Masing-masing kanal mempunyai bit rate yang sama yaitu
satu per empat dari input data rate. Bit I dan Q menentukan polaritas pada
output converter 2 ke 4 level (1=positif dan 0=negatif). Bit I‟ dan Q‟ menentukan
magnitudo (1=0,821 V dan 0=0,22 V) sehingga converter 2 ke 4 level
menghasilkan sinyal PAM 4 level. Dua polaritas dan dua magnitudo tersebut
merupakan output dari setiap converter 2 ke 4 level yaitu 0,22 V dan 0,821 V.
Tabel 3.1 dan Tabel 3.2 menunjukkan tabel kebenaran dari kanal I dan Q untuk
converter 2 ke 4 di mana mempunyai level yang sama.
Tabel 3. 1. Tabel kebenaran Q
Tabel 3. 2. Tabel kebenaran I
Dari Tabel 3.1 dan Tabel 3.2 dapat diketahui dan dapat diperhitungkan level
yang akan ditampilkan. t diperhitungkan level yang akan ditampilkan. Pada blok
2to4 level converter data bit nya adalah bilangan biner acak yang kemudian
untuk tiap bit nya di converter sehingga menghasilkan nilai output yang sesuai
dengan tabel kebenaran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
𝒅𝒂𝒕𝒂𝑰𝒏 = 𝒓𝒂𝒏𝒅𝒊([𝟎 𝟏], 𝒏𝒖𝒎𝑺𝒂𝒎𝒑𝒍𝒆𝒔, 𝒌); (3.3)
dengan k adalah jumlah bit persimbol dan numSamplesl adalah jumlah simbol.
c. Pembangkitan reference carrier oscilato.
Dalam refrence carrier oscilator akan dibangkitkan sinyal carrier 𝑠𝑖𝑛𝑢𝑠 𝜔𝑐𝑡
untuk kanal I dan sinyal carrier 𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑐𝑡 untuk kanal Q. Sinyal carrier tersebut
akan merubah sinyal digital menjadi sinyal analog sehingga mudah dikirim.
𝒉𝑫𝒆𝒎𝒐𝒅 = 𝒎𝒐𝒅𝒆𝒎. 𝒒𝒂𝒎𝒅𝒆𝒎𝒐𝒅(𝒅𝒂𝒕𝒂𝑰𝒏, 𝑴);
𝒛𝒔𝒚𝒎 = 𝒎𝒐𝒅𝒖𝒍𝒂𝒕𝒆(𝒉𝑫𝒆𝒎𝒐𝒅, 𝒚𝒏𝒐𝒊𝒔𝒆); (3.4)
dengan dataIn adalah keluaran dari 2 to 4 converter.
d. Pembangkitan Balance modulator.
Pada tiap kanal mempunyai Balanced Modulator yang sama, akan tetapi sinyal
pembawa atau sinyal yang akan dikalikan berbeda, pada kanal I dikalikan dengan
sinyal sinus, sedangkan pada kanal Q dikalikan dengan sinyal cosinus yang telah
digeser phase-nya sebesar 90°. Pada Product Modulator di kanal I, terjadi perkalian
antara sinyal hasil tegangan pada kanal I dengan sinyal carrier sinus, dan untuk
kanal Q dikalikan dengan sinyal carrier cosinus.
𝒅𝒂𝒕𝒂𝑺𝒚𝒎 = 𝒃𝒆𝒓𝒔𝒚𝒏𝒄(𝑬𝒃𝑵𝒐, 𝒑𝒉𝒂𝒔𝒆𝒓𝒓,′ 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒊𝒆𝒓′) (3.5)
dengan phaserr adalah pergeseran phase yang di inginkan, carrier adalah frekuensi
pembawa.
e. Pembangkitan linnier summer.
Pada blok ini terjadi proses penjumlahan antara hasil perkalian pada kanal I
dengan sinyal pembawa bentuk sinωct dan pada kanal Q dengan sinyal pembawa
bentuk cosωct. Nilai negatif ( - ) dan positif ( + ) diperoleh dari nilai bit data
yang dikirimkan.
𝒕𝒙𝑺𝒊𝒈_𝒒𝒂𝒎 = 𝒒𝒂𝒎𝒎𝒐𝒅(𝒅𝒂𝒕𝒂𝑺𝒚𝒎, 𝑴) (3.6)
dengan M adalah modulasi yang di inginkan.
Tabel 3. 3. Tabel Kebenaran 16 QAM
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
3.4.2. 64 QAM
Pada sinyal 64-QAM, I dan Q adalah sinyal-sinyal 6-ary digital baseband. Setiap
masukan biner yang akan dimodulasi menggunakan 64-QAM akan di kelompokan menjadi
pola 6 bit membentuk Q,Q’,Q”,I,I’ dan I”.
a. Data input
Data masukan biner dibagi menjadi 6 bit atau disebut heksabit. Data masukan
biner dibagi menjadi 6 kanal yaitu : Q,Q’,Q” I,I’ dan I”. dengan data in adalah data
output dari lte turbo code.
b. 2 to 6 converter
Bit pada kanal I dan Q menyatakan polaritas dari converter ( logika 1 = +V
, logika 0 = -V ) , sedangkan bit pada kanal Q’,Q’’ dan I’,I” menyatakan besar
keluaran (00=0,821V; 01 = 0,22V;10 = 1,307V dan 11 = 0,541V) converter
menghasilkan 8 tingkatan sinyal PAM . Dua polaritas dan 4 besaran yang
mungkin pada keluaran converter yaitu ± 0,812 V; ± 0,22V; ± 1,307V dan ±
0,541V. Sinyal PAM dimodulasi dengan membawa ‘in phase’ dan
‘Quadrature’ dimodulator dan masing-masing modulator mempunyai 8
keluaran yang mungkin. Tabel 3.3 menunjukkan tabel kebenaran dari kanal I
dan Q untuk converter 2 ke 6 dimana mempunyai level yang sama.
Tabel 3. 4. Tabel Kebenaran I dan Q
Dari Tabel 3.4 dapat diketahui dan dapat diperhitungkan level yang akan
ditampilkan. t diperhitungkan level yang akan ditampilkan.Pada blok 2 to 6 level
converter data bitnya adalah bilangan biner acak yang Kemudian untuk tiap
bitnya di converter sehingga menghasilkan nilai output yang sesuai dengan tabel
kebenaran. Dengan fungsi converter di tunjukan pada syntax 3.7.
𝒅𝒂𝒕𝒂𝑰𝒏 = 𝒓𝒂𝒏𝒅𝒊([𝟎 𝟏], 𝒏𝒖𝒎𝑺𝒂𝒎𝒑𝒍𝒆𝒔, 𝒌) (3.7)
dengan k adalah jumlah bit persimbol dan numSamplesl adalah jumlah simbol.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
c. Pembangkitan reference carrier oscilato.
Dalam refrence carrier oscilator akan di bangkitkan sinyal cerrier 𝑠𝑖𝑛𝑢𝑠 𝜔𝑐𝑡
untuk kanal I dan sinyal cerrier 𝑐𝑜𝑠𝑖𝑛𝑢𝑠 𝜔𝑐𝑡 untuk kanal Q. Sinyal cerrier
tersebut akan merubah sinyal digital menjadi sinyal analog sehingga mudah
dikirim. Dengan fungsi reference carrier oscilato di tunjukan pada syntax 3.8.
𝒉𝑫𝒆𝒎𝒐𝒅 = 𝒎𝒐𝒅𝒆𝒎. 𝒒𝒂𝒎𝒅𝒆𝒎𝒐𝒅(𝒅𝒂𝒕𝒂𝑰𝒏, 𝑴);
𝒛𝒔𝒚𝒎 = 𝒎𝒐𝒅𝒖𝒍𝒂𝒕𝒆(𝒉𝑫𝒆𝒎𝒐𝒅, 𝒚𝒏𝒐𝒊𝒔𝒆) (3.8)
dengan dataIn adalah keluaran dari 2 to 4 converter.
d. Pembangkitan Balance modulator.
Pada tiap kanal mempunyai Balanced Modulator yang sama, akan tetapi sinyal
pembawa atau sinyal yang akan dikalikan berbeda, pada kanal I dikalikan dengan
sinyal sinus, sedangkan pada kanal Q dikalikan dengan sinyal cosinus yang telah
digeser phase-nya sebesar 90°. Pada Product Modulator di kanal I, terjadi perkalian
antara sinyal hasil tegangan pada kanal I dengan sinyal cerrier sinus, dan untuk
kanal Q dikalikan dengan sinyal carrier cosinus. Dengan fungsi Balance modulator
di tunjukan pada syntax 3.9.
𝒅𝒂𝒕𝒂𝑺𝒚𝒎 = 𝒃𝒆𝒓𝒔𝒚𝒏𝒄(𝑬𝒃𝑵𝒐, 𝒑𝒉𝒂𝒔𝒆𝒓𝒓,′ 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒊𝒆𝒓′) (3.9)
dengan phase adalah pergeseran phase yang di inginkan, carrier adalah frekuensi
e. Pembangkitan linnier summer.
Pada blok ini terjadi proses penjumlahan antara hasil perkalian pada kanal I
dengan sinyal pembawa bentuk sin ωct dan pada kanal Q dengan sinyal pembawa
bentuk 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑐𝑡 Nilai negatif (-) dan positif (+) diperoleh dari nilai bit data yang
dikirimkan. Dengan fungsi Balance modulator di tunjukan pada syntax 3.10.
𝒕𝒙𝑺𝒊𝒈_𝒒𝒂𝒎 = 𝒒𝒂𝒎𝒎𝒐𝒅(𝒅𝒂𝒕𝒂𝑺𝒚𝒎, 𝑴) (3.10)
dengan M adalah modulasi yang di inginkan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
Tabel 3. 5. Tabel Kebenaran 64 QAM
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Tabel 3. 6. Lanjutan tabel kebenaran 64 QAM
Tabel 3. 7. Lanjutan tabel kebanaran 64 QAM
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
3.5. Perancangan AWGN
Suatu kanal transmisi memiliki noise yang timbul akibat perangkat transmitter dan
perangkat receiver [19]. Rasio energi bit terhadap kerapatan spektral daya derau, E b / N 0 ,
diatur ke 10 dB. Dari nilai itu, rasio signal-to-noise (SNR) dapat ditentukan. Mengingat
SNR, sinyal termodulasi, dataMod, dan dilewatkan melalui saluran dengan menggunakan
fungsi awgn .
Hitung SNR ketika saluran memiliki E b / N 0 = 10 dB.
𝒔𝒏𝒓 = 𝑬𝒃𝑵𝒐 + 𝟏𝟎 ∗ 𝒍𝒐𝒈𝟏𝟎 (𝒌) − 𝟏𝟎 ∗ 𝒍𝒐𝒈𝟏𝟎 (𝒏𝒖𝒎𝑺𝒂𝒎𝒑𝒍𝒆𝒔𝑷𝒆𝒓𝑺𝒚𝒎𝒃𝒐𝒍) (3.11)
Noise inilah yang disebut dengan AWGN karena noise ini bersifat additive terhadap
sinyal trasmisi atau ditambahkan pada sinyal transmisi dengan pola acak dari Gaussian.
Sinyal keluaran yang melalui kanal AWGN sama dengan sinyal asli di tambah dengan
noise AWGN. Dengan fungsi kanal AWGN di tunjukan pada syntax 3.12. [17].
𝒅𝒊𝒕𝒆𝒓𝒊𝒎𝒂𝑺𝒊𝒈𝒏𝒂𝒍 = 𝒂𝒘𝒈𝒏 (𝒚, 𝒔𝒏𝒓, 𝒔𝒊𝒈𝒑𝒐𝒘𝒆𝒓) (3.12)
Dengan y adalah input yang akan di proses AWGN, snr adalah Signal to Noise Ratio,
sigpower adalah Signal Power dalam dBw.
3.6. Proses De-Modulasi
Prose demodulasi mengembalikan data asli dari proses AWGN menuju De-
Modulasi, pada proses ini juga penghilangan sinyal cerrier yang, dilakukan dengan
menggunakan rumus yang telah ada proses pemindahan ini dilakukan untuk
mengembalikan data input kemudian akan di decorder sehingga nantinya di akhir dapat
menjadi data output.
3.6.1. Pembangkit power spliter.
Pada blok ini akan terjadi proses membagi sinyal infomasi yang telah
termodulasi yang diterima dipisah menjadi beberapa bagian yang akan dilakukan
proses berikutnya, dengan bentuk dan tegangan sinyal berbeda. Proses berikutnya
adalah Product Detector pada kanal I, Product Detector pada kanal Q serta
Carrier Recovery. Dengan demikian ketiga blok tersebut dapat menerima sinyal
informasi yang sama dengan sinyal informasi yang telah dikirimkan. Fungsi dari
Power Splitter ini membagi sinyal ke beberapa bagian tanpa mengubah bentuk dan
tegangannya, sehingga sinyal dari Linear Summer akan sama hasilnya pada Power
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Splitter baik pada kanal I maupun kanal Q maka programnya pun sama dengan
linnier summer. Dengan fungsi power spliter di tunjukan pada syntax 3.13.
𝒓𝒙𝑺𝒚𝒎_𝒒𝒂𝒎 = 𝒒𝒂𝒎𝒅𝒆𝒎𝒐𝒅(𝒅𝒊𝒕𝒆𝒓𝒊𝒎𝒂𝑺𝒊𝒈𝒏𝒂𝒍, 𝑴) (3.13)
dengan data diterimaSignal adalah output dari hasil kanal AWGN.
3.6.2. Pembangkitan carrier recovery.
Sinyal informasi yang diterima dari splitter akan diproduksi ulang sehingga
bentuknya berbeda dengan sinyal informasi yang diterima. Hasil reproduksi atau
hasil recovery harus mempunyai frekuensi dan phase yang koheren dengan sistem
sinyal carrier referensi yang dikirimka sehingga match antara penerima dan
pengirim serta dapat dilakukan proses berikutnya. Dengan kata lain sinyal yang
dihasilkan adalah sinyal sinus yang akan diteruskan ke proses Product Detector,
untuk kanal I akan langsung diteruskan akan tetapi untuk kanal Q sinyal yang telah
di recovery dirubah phase nya sebesar 90°sehingga menjadi bentuk sinyal cosinus.
Dengan fungsi carrier recovery di tunjukan pada syntax 3.14.
𝒉𝑫𝒆𝒎𝒐𝒅 = 𝒎𝒐𝒅𝒆𝒎. 𝒒𝒂𝒎𝒅𝒆𝒎𝒐𝒅(𝒓𝒙𝑺𝒚𝒎_𝒒𝒂𝒎, 𝑴);
𝒛𝒔𝒚𝒎 = 𝒅𝒆𝒎𝒐𝒅𝒖𝒍𝒂𝒕𝒆(𝒉𝑫𝒆𝒎𝒐𝒅, 𝒚𝒏𝒐𝒊𝒔𝒆) (3.14)
dengan rxSym_qam adalah output dari hasil pembangkit power spliter.
3.6.3. Pembangkitan Balance detector.
Sinyal Informasi yang diterima akan dilakukan proses yaitu proses perkalian
dari hasil sinyal informasi yang telah di modulasi dengan sinyal hasil recovery
sinyal informasi dari splitter. Jadi pada Balanced Detector kanal I sinyal yang
dihasilkan adalah hasil perkalian dari sinyal informasi termodulasi yang
diterima dengan sinyal sinus, karena pada kanal I, sinyal recovery yang berupa
sinus. Sedangkan untuk Balanced Detector kanal Q adalah perkalian dari sinyal
informasi termodulasi yang diterima dengan sinyal sinus yang phase nya digeser
90°, dengan kata lain dikalikan dengan sinyal cosinus. Dengan fungsi Balance
detector di tunjukan pada syntax 3.15.
𝒃𝒆𝒓 = 𝒃𝒆𝒓𝒔𝒚𝒏𝒄(𝑬𝒃𝑵𝒐, 𝒑𝒉𝒂𝒔𝒆𝒓𝒓,′ 𝒄𝒂𝒓𝒓𝒊𝒆𝒓′) (3.15)
Dengan phaserr adalah pergeseran phase yang di inginkan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
3.6.4. Pembangkitan ADC.
Sinyal dari blok Balanced Detector berupa sinyal sinus dengan besar tegangan
yang berbeda dalam blok ADC akan dirubah menjadi sinyal digital, karena sinyal
yang berbentuk nilai sin atau cos dengan perbedaan level tegangan akan dirubah
menjadi sinyal bit, akan tetapi level tegangan yang berbeda kemudian dilakukan
perbandingan sehingga diperoleh 2 bit pembentuknya. Untuk kanal I diperoleh
hasil bit I dan I‟ sedangkan untuk kanal Q diperoleh hasil bit Q dan Q‟. Hasil
tersebut didasarkan pada tabel kebenaran seperti tabel diatas sehingga data yang
dihasilkan sesuai. Dengan fungsi ADC di tunjukan pada syntax 3.16.
𝒅𝒂𝒕𝒂𝑶𝒖𝒕_𝒒𝒂𝒎 = 𝒅𝒆𝟐𝒃𝒊(𝒓𝒙𝑺𝒚𝒎𝒒𝒂𝒎, 𝒌) (3.16)
dengan k adalah jumlah bit persimbol dan rxSym_qam adalah output dari balance
detector.
3.7. Proses decorder
Proses decorder atau pengawasandian dilakukan supaya data dapat kembali di baca
pada akhir proses transmisi ini. Decorder pada sistem ini menggunkan algoritma maximum
a-posteriori probability (MAP) dengan masukan yang sama dari model parallel
concenated convolutional code (PCCC).
Gambar 3. 3. Diagram Struktur Decoder Turbo Codes.
Decoder Turbo Codes akan melakukan dengan cara yang berulang, karena proses
umpan balik pada decoding. Setiap iterasi terdiri dari dua iterasi setengah, satu iterasi
setiap RSC. RSC decoder 1 mulai berjalan selama iterasi setengah yang pertama dan RSC
decoder 2 berjalan selama iterasi pada yag kedua. Dengan Fungsi proses decorder turbo
codes di tunjukan pada syntax 3.17.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
𝒐𝒖𝒕𝒑𝒖𝒕 = 𝒍𝒕𝒆𝑻𝒖𝒓𝒃𝒐𝑫𝒆𝒄𝒐𝒅𝒆𝒓(𝒊𝒏𝒑𝒖𝒕) (3.17)
dengan input adalah output dari ADC.
3.8. BER Sistem.
Untuk menghitung BER yang diinginkan, dapat menggunkan perhitungan yang
akan membantu untuk melihat seberapa besar kesalahan yang ada pada saat penerimaan.
Data –data yang dikirim akan dapat di tentukan kesalahannya dengan menggukan BER.
BER inilah yang akan melihat kinerja untuk sistem perancangan yang dibuat. Semakin
kecil BER, maka perancangan sistem yang dibuat dikatakan berhasil. Perubahan SNR akan
mempengaruhi nilai BER pada akhirnya,karna dapat terjadi bahwa sinyal power lebih
tinggi dari noise power yang ada.
[𝒏𝒖𝒎𝑬𝒓𝒓𝒐𝒓𝒔, 𝒃𝒆𝒓] = 𝒃𝒊𝒕𝒆𝒓𝒓 (𝒅𝒂𝒕𝒂𝑰𝒏, 𝒅𝒂𝒕𝒂𝑶𝒖𝒕) (3.18)
dengan dataIn adalah data ouput encoder dan data Out adalah data output decoder.
Data yang akan di ambil adalah data hasil dari transmisi yang dilakukan yaitu nilai
BER. Nilai BER akan di dapat dari pengujian yang dilakukan dengan memasukan nilai
SNR. Nilai SNR yang dimasukkan (0:1:18)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini akan membahas mengenai langkah-langkah yang digunakan untuk
menjalankan program terkait Kinerja Transmisi Data menggunakan Teknik Modulasi N-
QAM pada Sistem Komunikasi 4G-LTE dengan simulasi yang dijalankan pada Software
MATLAB. Selain itu bab ini akan membahas masukan sekumpulan data dengan syntax
program yang dibuat dan membahas data hasil penujian simulasi.
4.1. Penjelasan dan Validasi Data dari setiap Syntax program
4.1.1. Pembuatan Data Masukan
Data masukan yang dibuat dalam program ini adalah data citra yang dibuat
menjadi sekumpulan data biner. Data informasi yang dikirim diubah menjadi lebih kecil
dari data yang sudah ditentukan di batasan masalah, dikarenakan ukuran data yang sesuai
dengan batasan masalah terlalu besar untuk ditransmisikan. Data akan ditransmisikan
sebanyak 17.978.112 bit dan akan menghasilkan pengulangan pengiriman sebanyak 2.926
kali, apabila menggunakan data sesuai batasan masalah yang sudah ada. Penulis akhirnya
memperkecil data yang digunakan dengan menggunakan data citra beresolusi 64x96 pixel,
dengan melakukan proses pengiriman data menggunakan perulangan sebanyak 24 kali
saja.
Gambar 4. 1. Data citra sesuai dengan batasan masalah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Gambar 4.1 adalah data citra yang sudah diatur sedemikian rupa, sehinga sudah
sesuai dengan batasan masalah pada penenilitian ini. Data citra ini yang akan digunakan
untuk ditransmisikan pada sistem perancangan yang sudah ada, tetapi karena ukuran
resolusi data citra yang terlalu besar, sehingga ukuran resolusi data citra diperkecil
sedemikian rupa supaya dapat ditransmisikan pada sistem.
Gambar 4. 2. Program untuk mengubah resolusi data citra masukan
Gambar 4.2 adalah program yang digunakan untuk mengubah resolusi data citra.
Dengan menggunakan fungsi ‘imread’ seperti diperlihatkan pada Gambar 4.2 digunakan
untuk membaca gambar dari file yang ditentukan oleh filename, selanjutnya gambar
diproses menggunakan fungsi ‘imresize’ untuk mengembalikan gambar dengan memiliki
jumlah baris dan kolom (pixel).
Gambar 4. 3. Data citra yang sudah diperkecil dari data citra masukan.
Gambar 4.3 adalah hasil dari proses pengubahan ukuran resolusi data citra dengan
ukuran pixel yang sudah ditentukan. Data citra ini yang akan ditransmisikan pada sistem.
clc;
clear;
I=imread('skripsi1.jpg');
J=imresize(I,[64 96]);
imshow (J);
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
4.1.2. Proses Encoder
Program encoder pada komunikasi LTE menggunakan perintah yg sama dengan
perintah aslinya dengan masukan data citra yang telah diubah menjadi biner. Hasil
keluaran dari proses Encoding ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4. 4. keluaran encoder dengan masukan biner dengan konversi gambar
masukan.
Contoh pada Gambar 4.5 membuktikan secara teori bahwa program encoding
mampu mengirim data biner sebanyak 8bit. Program akan menghasilkan 18444 bit dari
hasil proses encoding dari data masukan angka biner yang sudah dikonversi dari Gambar
4.3.
Gambar 4. 5. keluaran proses encoding dengan contoh data biner yang kecil
1×18444 int8 row vector
Columns 1 through 31
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
.
Columns 18415 through 18444
1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0
1×132 int8 row vector
Columns 1 through 32
1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 =Xk
Bits from Input
Columns 33 through 64
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1
Bits from Input Xk +dlk Xk + 1 Xk + 2
Columns 65 through 96
0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 = Zk. 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0
dk +2 Tail Bits Tail bits from Zk Interleave
Columns 97 through 128
1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 = Z’k . 0 1 1 1 0 1 0 1
Zk+1 Tail bits Tail Bits from 2 encoder
Columns 129 through 132
1 1 0 0 = X’k.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Seratus tiga puluh dua bit yang ada pada hasil tersebut adalah bit baru yang
mempresentasikan empat puluh bit informasi asli. Untuk encoder konstituen, blok
menghubungkan tiga aliran dan menggandakan bit ekor ke akhir aliran data yang
dikodekan dengan tiga aliran bit (aliran bit sistematis (X k ) dan paritas ( Zk ) dari encoder
pertama dan aliran bit paritas (Z ' k ) dari encoder kedua), saling terkait sesuai Xk, Zk , Z'k.
Tiga aliran paritas yang disandikan digabungkan dengan block-wise untuk
membentuk keluaran yang dikodekan [S P1 P2], dengan S adalah vektor bit sistematis, P1
adalah vektor penyandi 1 bit, dan P2 merupakan vektor penyandi 2 bit. Dari contoh
perhitungan teoritis ini terlihat bahwa proses turbo encoder sudah benar dan berjalan
dengan baik. Dapat dilihat bahwa data awal yang masuk ke turbo encoder akan
menghasilkan data yang lebih banyak di sisi output turbo encoder karena adanya
penambahan bit paritas.
4.1.3. Proses Modulasi
Setelah bit input sudah dapat disandikan oleh encoder, proses selanjutnya adalah
memodulasi bit-bit yang telah menjadi simbol baru sebelum ditransmisikan ke dalam
kanal. Modulasi yang digunakan dalam sistem ini adalah 16 QAM dengan langsung
mapping sebanyak titik-titik diagram fasor.
4.1.3.1. 16 QAM
Modulasi 16-QAM dapat memetakan 4 bit ke dalam satu symbol. Pada salah satu
kuadran untuk real positif dan imaginer positif maka 4 mobinasi bit tersebut dipetakan ke 4
buah simbol yaitu: 1+j, 1+j3, 3+j, 3+j3.
Gambar 4. 6.Mapping 16 QAM
refArray =1/sqrt(10)*[-3-3j,-3-1j,-3+3j,-3+1j,-1-3j,-1-1j,-1+3j,-1+1j,3-3j,3-
1j,3+3j,3+1j,1-3j,1-1j,1+3j,1+1j];
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Menggunakan rumus ‘refArray’ untuk menerapkan modulasi 16-QAM. Hasil dari
operasi modulasi akan mengeluarkan vektor kolom kompleks yang berisi nilai dari elemen
konstelasi sinyal 16-QAM. Dalam gambar 4.6 diagram konstelasi ini menunjukkan
pemetaan simbol biner natural dan Gray.
a. 2 to 4 Converter.
Data masukan menjadi matriks biner 4-bit. Kemudian, gunakan bi2de fungsi
tersebut untuk mengubah data menjadi simbol bilangan bulat yang akan di modulasi
dengan menggunkan program pada Gambar 4.7.
Gambar 4. 7.2 to 4 converter
Dengan dataIn adalah output lte turbo encoder. Menggunakan ‘bi2de’ fungsi
mengubah setiap 4-tupel menjadi bilangan bulat yang sesuai dengan rentang [0, ( M–1)].
Pemetaan bit-ke-simbol dengan terlebih dahulu membentuk kembali data menjadi k-tupel
biner , di mana k jumlah bit per simbol yang ditentukan oleh . Kemudian, gunakan fungsi
tersebut untuk mengonversi setiap 4-tupel menjadi nilai integer.
Gambar 4. 8. Constellation mapping with Gray coding
Gambar 4. 9. Keluaran Modulasi 16 QAM dengan data citra yang telah diubah menadi
biner
dataInMatrix = reshape(dataIn,length(dataIn)/k,k);
dataSymbolsIn = bi2de(dataInMatrix);
s=refArray(dataSymbolsIn+1);
Columns 1 through 6
-0.9487 + 0.3162i 0.3162 + 0.3162i -0.3162 + 0.3162i -0.9487 + 0.3162i -0.3162 + 0.3162i
0.9487 + 0.3162i
.
Columns 4603 through 4608
0.3162 + 0.9487i 0.9487 - 0.9487i 0.3162 + 0.9487i 0.3162 + 0.9487i 0.9487 + 0.9487i
0.3162 - 0.9487i
Columns 4609 through 4611
-0.9487 - 0.3162i -0.3162 - 0.3162i -0.9487 - 0.3162i
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Gambar 4. 10.Keluaran Modulasi 16 QAM dengan contoh data kecil.
Dapat dilihat dari output modulasi bahwa ada 33 simbol informasi yang
dikirimkan.Sinyal inormasi yang dikirimkan disetiap symbol dibagi menjadi 2 komponen
inphase dan Quadrature. Komponen inphase merupakan bagian real dan quadrature
merupakan bagian imaginer dari hasil sinyal modulasi dengan perbedaan phase 900, setiap
symbol informasi yang dikirimkan akan menempati setiap titik-titik pemetaan pada gambar
4.6. Mapping yang dilakukan ini sudah benar dan berjalan dengan baik karena setiap data
informasi yang di kirim sudah menempati titik-titik dari diagram fasor pada 16 QAM.
4.1.3.2. 64QAM
Untuk 64-QAM dengan total 64 kombinasi untuk 6 bit data. Maka tiap kuadran ada
16 simbol. 16 simbol ini adalah kombinasi real dan imaginer dengan amplituda 1,3,5,dan 7.
Columns 1 through 6 -0.3162 - 0.3162i -0.9487 - 0.3162i 0.3162 - 0.3162i 0.3162 - 0.9487i -0.3162 - 0.9487i -0.9487 - 0.3162i Columns 7 through 12 -0.9487 - 0.9487i -0.3162 + 0.9487i -0.9487 - 0.9487i -0.3162 + 0.9487i -0.3162 - 0.9487i -0.3162 + 0.9487i Columns 13 through 18 -0.9487 - 0.9487i -0.9487 + 0.9487i 0.3162 + 0.9487i 0.9487 - 0.9487i 0.3162 - 0.9487i 0.3162 - 0.9487i Columns 19 through 24 -0.9487 - 0.9487i -0.3162 + 0.9487i 0.3162 - 0.9487i -0.9487 + 0.9487i 0.3162 + 0.9487i 0.3162 + 0.9487i Columns 25 through 30 0.3162 - 0.9487i -0.3162 - 0.9487i 0.9487 + 0.9487i -0.9487 - 0.9487i 0.3162 + 0.9487i 0.9487 + 0.9487i Columns 31 through 33 0.3162 + 0.9487i -0.3162 - 0.9487i -0.3162 - 0.9487i
refArray =1/sqrt(42)*[-7+7j,-5+7j,-1+7j,-3+7j,7+7j,5+7j,1+7j,3+7j,-7+5j,-5+5j,-1+5j,-
3+5j,7+5j,5+5j,1+5j,3+5j,-7+j, -5+j, -1+j, -3+j, 7+j, 5+j, 1+j, 3+j,-7+3j,-5+3j,-1+3j,-
3+3j,7+3j,5+3j,1+3j,3+3j,-7-7j,-5-7j,-1-7j,-3-7j,7-7j,5-7j,1-7j,3-7j,-7-5j,-5-5j,-1-5j,-3-
5j,7-5j,5-5j,1-5j,3-5j,-7-j, -5-j, -1-j, -3-j, 7-j, 5-j, 1-j, 3-j,-7-3j,-5-3j,-1-