BAB II DASAR TEORI · 2015. 4. 23. · GSM Evolution). Suatu protokol yang mengatur cara kerja...

7

BAB II

DASAR TEORI

Bab dua ini akan membahas tentang dasar teori. Pada bab ini akan dijelaskan

mengenai perkembangan telekomunikasi yang berupa penjelasan mengenai Jaringan generasi

ke-3 (3G), Jaringan LTE dan jaringan generasi ke-4 (4G). Kemudian penjelasan dasar

mengenai OFDM yang merupakan sistem yang dipakai pada sebagian besar jaringan

telekomunikasi, serta penjelasan mengenai PAPR.

Seperti yang telah diutarakan pada bab sebelumnya bahwa pada paper-paper yang

telah dipublikasikan masih belum didapatkan penjelasan secara mendetail baik mengenai

DFTS-OFDM maupun nilai PAPR pada DFTS-OFDM yang membuat DFTS-OFDM menjadi

yang paling tepat untuk digunakan untuk proses uplink pada jaringan 4G.

Pada paper[1] dijelaskan tentang garis besar skema OFDM serta SC-FDMA (DFTS-

OFDM) namun tidak dijelaskan secara detail mengapa DFTS-OFDM yang baik digunakan

dalam transmisi uplink pada LTE, namun hanya mengatakan bahwa pada DFTS-OFDM nilai

PAPR akan lebih kecil dibandingkan pada OFDM tanpa menyertakan keterangan lebih lanjut

detail dari pernyataan tersebut.

Kemudian pada paper berikutnya[2] menuliskan secara umum perbedaan DFTS-

OFDM dengan OFDMA pada proses uplink. Pada paper tersebut juga menuliskan tentang

perbandingan nilai PAPR antara keduanya berupa grafik tanpa ada penjelasan yang

mendetail.

8

2.1 Perkembangan Telekomunikasi

Teknologi telekomunikasi telah menjadi kebutuhan harian. Dalam satu dekade

terakhir, teknologi telekomunikasi telah berevolusi dari teknologi mahal yang hanya

dapat dinikmati oleh sebagian kecil pengguna menjadi sebuah sistem yang dapat

digunakan oleh sebagian besar populasi dunia. Untuk memahami kerumitan sistem

komunikasi mobile, sangatlah penting untuk memahami dari mana mereka datang dan

bagaimana sistem selular berkembang.

Dalam kurun waktu 10 tahun terjadi perkembangan yang sangat pesat dengan

berbagai penemuan atau inovasi teknologi komunikasi dan pada akhir tahun 90-an

muncul teknologi 2G (Generasi Kedua). Perbedaan utama dari teknologi 1G dan 2G

adalah 1G masih menggunakan sistem analog sedangkan 2G sudah menggunakan sistem

digital. Dengan adanya teknologi Generasi Kedua, maka munculah teknologi selular

yang baru yakni GSM, yang merupakan suatu sistem komunikasi wireless.

Pada awal tahun 2000-an munculah teknologi generasi 2.5 (2.5 G) yang

mempunyai kemampuan transfer data yang lebih cepat. Yang terkenal dari generasi ini

adalah GPRS (General Packet Radio Service) dan EDGE (Enhanced Data rates for

GSM Evolution). Suatu protokol yang mengatur cara kerja transfer data pada sistem

wireless GSM. Dalam teorinya, kecepatan transfer data EDGE dapat mencapai 384 kbps.

Selanjutnya setelah teknologi 3G pengembangan akan jaringan dan berbagai peralatan

pendukungnya terus dilakukan hingga saat ini lahirlah teknologi LTE (Long Term

Evolution).

9

2.1.1 Proses uplink pada Jaringan 3G

Saat ini standard dari 3G UMTS menyediakan kecepatan maksimum dalam

mengunduh data yaitu sebesar 384 kbps. Namun dengan banyaknya pengguna

maka akan membutuhkan kecepatan transfer data yang lebih tinggi untuk

mendukung layanan data yang membutuhkan laju data yang lebih tinggi. Oleh

sebab itu permintaan akan kenaikan kecepatan data menjadi penting. Hal ini

menghasilkan perkembangan dari teknologi 3G HSPA.

Dengan peningkatan pada trafik data, para operator ingin membawa

peningkatan pendapatan dari transmisi data. Keunggulan lain dari pengenalan 3G

HSPA adalah dapat memasukkan pembaruan perangkat lunak ke dalam sistem.

Jaringan 3G HSPA menggunakan dua protokol, yaitu untuk proses downlink

menggunakan HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) dan untuk proses

uplink menggunakan HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) yang dapat

diperoleh dari 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), agar

dapat menghasilkan kecepatan transfer data yang lebih tinggi.

HSDPA adalah suatu teknologi terbaru dalam sistem telekomunikasi bergerak

yang dikeluarkan oleh 3GPP. HSDPA mempunyai layanan berbasis paket data di

WCDMA downlink data rate mencapai 14.4 Mbps dan bandwidth 5MHz.

HSUPA adalah pasangan teknologi dari HSDPA, namun diaplikasikan pada

proses uplink dari UE (user equipment) ke stasiun pusat (NodeB). HSUPA juga

menyediakan peningkatan kecepatan yang cukup bagi para penggunanya di proses

uplink. Namun HSUPA tidak menyediakan kapasitas yang sama pada proses

uplink dibandingkan dengan proses downlink dikarenakan karena secara umum

sebagian besar data mengalir dalam arah downlink, atau menuju UE.

10

Pada intinya HSUPA merupakan teknologi yang mirip dengan HSDPA.

Namun tetap ada perbedaan mendasar yang membedakan keduanya,

Diantaranya[3]:

1. Proses uplink pada UMTS bersifat non-orthogonal karena ortogonalitas

yang sempurna tidak dapat dilakukan pada setiap UE. Sebagai akibatnya,

akan banyak gangguan antara transmisi uplink pada sel-sel yang sama.

2. Pada downlink, proses buffering dialokasikan pada NodeB tunggal,

sedangkan pada uplink didistribusikan dengan beberapa UE.

3. Sumber penyebaran data proses downlink adalah pada energi transmisi.

Pada proses uplink, sumbernya terbatas pada level gangguan yang masih

bisa ditoleransi dan ini tergantung pada energi transmisi dari berbagai UE.

HSUPA terdiri dari 2 teknologi dasar yang juga dipakai oleh HSDPA, yaitu

scheduling dan hybrid ARQ[4] :

1. Scheduling

Proses scheduling pada HSUPA sangat diperlukan untuk dapat

mengatur kapan dan di laju data manakah UE diperbolehkan untuk

memancarkan.

Semakin tinggi laju data yang digunakan oleh terminal, maka harus

semakin tinggi energi terminal yang diterima di NodeB agar dapat

mempertahankan Eb/N0 yang diperlukan untuk kesuksesan proses

demodulasi. Dengan meningkatan energi pancaran, UE akan dapat

memancarkan laju data yang lebih tinggi. Namun dikarenakan uplink pada

3G bersifat non-orthogonal, energi yang diterima dari satu UE

menghadirkan pula gangguan untuk terminal lain. Oleh karena itu, sumber

daya yang dipakai bersama untuk HSUPA adalah jumlah gangguan yang

11

masih dapat ditoleransi. Bila level gangguan terlalu tinggi, beberapa proses

pengiriman data di sel tertentu, kanal pengaturan dan pengiriman pada

proses uplink yang tidak terjadwal mungkin tidak dapat diterima

semestinya. Sebaliknya, level gangguan yang terlalu rendah

mengindikasikan jika UE dan kapasitas sistem tidak dimanfaatkan dengan

baik. Oleh sebab itu, HSUPA bergantung pada scheduler untuk

memberikan data dengan izin pengiriman kepada pengguna untuk dipakai

sebagai laju data tinggi tanpa melebihi batas toleransi maksimum level

gangguan dalam sel.

Pada HSUPA, data yang akan dikirim bertempat di UE. Di saat yang

sama, scheduler yang terletak di NodeB mengatur aktivitas pengiriman

yang berbeda-beda dalam sel. Oleh karena itu, mekanisme komunikasi

antara keputusan scheduling untuk UE dan untuk menyediakan informasi

balik dari UE ke scheduler sangat dibutuhkan.

Kerangka scheduling dalam HSUPA terdiri dari dua bagian penting,

yaitu scheduling grants yang dikirim oleh NodeB scheduler untuk

mengatur pengiriman data pada UE dan scheduling request yang dikirim

oleh UE ke sumber yang meminta.

Scheduling grant mengatur batas maksimum yang diperbolehkan untuk

dipakai terminal E-DCH ke pilot power ratio, pemberian yang besar

mengizinkan terminal memakai laju data yang lebih tinggi, namun juga

membawa lebih banyak gangguan dalam sel. Berdasarkan pengukuran level

gangguan, scheduler mengatur scheduling di masing-msing terminal untuk

mempertahankan level gangguan sesuai target yang diinginkan.

12

Di HSDPA, pengguna tunggal akan dialamatkan pada masing-masing

TTI. Namun untuk HSUPA strategi scheduling mengatur beberapa

pengguna yang dialamatkan secara paralel, alasannya adalah terminal

tunggal tidak dapat memanfaatkan kapasitasnya secara penuh.

Selain permasalahan pada terminal, gangguan antar sel juga harus

dapat ditanggulangi. Walaupun scheduler memperbolehkan UE untuk

mengirim data pada laju data tinggi berdasarkan level gangguan dalam sel

yang dapat diterima, hal ini dapat menyebabkan gangguan yang tidak dapat

diterima oleh sel-sel tetangga. Oleh karena itu dalam soft handover, serving

cells bertanggung jawab dalam proses scheduling. Kemudian UE bertugas

mengawasi informasi scheduling dari seluruh sel.

Keuntungan dalam menggunakan Fast scheduling adalah ia

mengizinkan pengisian koneksi yang lebih mudah. Sejumlah besar

pengguna dapat dimasukkan dalam sistem serta mekanisme scheduling

dapat menangani beberapa pengguna yang membutuhkan pengiriman data

secara bersamaan. Namun bila hal ini menimbulkan level gangguan yang

tidak dapat ditoleransi oleh sistem, maka scheduler akan secara cepat

bertindak dan membatasi laju data yang mungkin dipakai. Tanpa fast

scheduling kendali pengisian harus lebih dapat menjaga batas dalam sistem

bilamana beberapa pengguna mengirimkan data secara terus menerus.

2. Hybrid ARQ dengan perpaduan lunak

Penggunaan Hybrid ARQ dengan perpaduan lunak digunakan untuk

menahan kemungkinan kesalahan pengiriman data. Untuk setiap blok

pengiriman yang diterima pada proses uplink, bit tunggal dikirim dari

13

NodeB menuju UE untuk mengindikasikan kesuksesan decoding atau untuk

meminta pengiriman ulang dari kesalahan yang diterima oleh blok

pengiriman.

Hybrid ARQ dapat dimanfaatkan tidak hanya sebagai penahan terhadap

gangguan yang tiba-tiba, namun juga untuk meningkatkan efisiensi

jaringan, kapasitas dan jangkauan.

2.1.2 Jaringan Long Term Evolution (LTE)

Perkembangan teknologi telekomunikasi sangat pesat. Teknologi

telekomunikasi seluler saat ini mulai bergerak secara kolektif dari 3G menuju

4G. LTE (Long Term Evolution) adalah sebuah nama baru dari layanan yang

mempunyai kemampuan tinggi dalam sistem komunikasi bergerak (mobile). Hal

ini merupakan langkah menuju generasi ke-4 (4G) dari teknologi radio yang

dirancang untuk meningkatkan kapasitas dan kecepatan jaringan telepon

mobile, hal tersebut dapat terlihat dari arsitektur LTE yang lebih sederhana dari

teknologi sebelumnya, penggunaan OFDM, antena cerdas (MIMO), serta

beberapa teknologi pendukung lainnya.

Banyak yang menyebut LTE sebagai “4G”, namun tak sedikit pula yang

menyebut LTE Release 10 atau LTE-Advance sebagai 4G, dengan peluncuran

perdana LTE Release 8 yang lebih dikenal dengan “3.9G”.

2.1.2.1 LTE sebagai kandidat 4G

Teknologi LTE biasanya disebut sebagai teknologi 4G, namun

kenyataannya LTE yang direalisasikan saat ini belum memenuhi standar

dari teknologi 4G yang sesungguhnya, itulah sebabnya LTE yang ada saat

14

ini masih disebut sebagai generasi 3.9G. Meskipun begitu, pada teknologi

ini telah terdapat beberapa perubahan dibandingkan dari teknologi

sebelumnya, baik dalam hal teknis maupun aplikasinya. Dari sisi teknis,

perubahan yang dapat dilihat adalah adanya arsitektur yang lebih sederhana

dari teknologi sebelumnya, penggunaan antena cerdas (MIMO), OFDM,

dan lain-lain. Dari sisi aplikasi, user dapat menikmati layanan LTE baik

voice maupun data, semua komunikasi telah full IP, sehingga dapat

menguntungkan user dari segi harga.

Jaringan LTE mampu mentransformasikan pengalaman pengguna

telekomunikasi, memperbarui layanan mobile broadband ke tingkatan baru

sehingga kegiatan mobile seperti browsing internet, mengirim email, video

sharing, serta aplikasi lain akan sangat mudah diakses tanpa ada

interverensi atau keterlambatan.

LTE memiliki Radio Access Network sendiri yang bernama E-

UTRAN. Jaringan intinya disebut Evolved Packet Core (EPC). EPC bersifat

all-IP dan mudah berinterkoneksi dengan jaringan IP lainnya, termasuk

WiFi, WiMAX, dan XDSL. Untuk menghubungkan UE dengan E-UTRAN

digunakan eNB (e-NodeB). Pada GSM eNB ini adalah NodeB atau BTS,

namun pada LTE eNB terdapat penambahan fungsi dimana beberapa fungsi

BSC (Base Station Controller) juga dilakukan oleh eNB tersebut.

15

Dalam rangka memenuhi persyaratan dari IMT Advanced tentang 4G,

maka LTE mempunyai beberapa persyaratan seperti di bawah ini[1] :

1. Peak data rate LTE diharapkan untuk memiliki data rate sebesar 100

Mbps untuk downlink, dan 50 Mbps untuk uplink dengan alokasi

spectrum bandwidth 20 Mbps.

Pada standard 4G, 100 Mbps adalah data rate untuk suatu handset yang

bergerak terhadap base station.

2. Mobilitas E-UTRAN harus dioptimalkan untuk kecepatan rendah

dari 0-15km/jam.

3. Spektrum E-UTRA dapat beroperasi pada alokasi spektrum yang

berbeda-beda, termasuk diantaranya adalah 1.25 MHz, 1.6 MHz, 2.5

MHz, 5 MHz,10 MHz, 15 MHz, dan 20 MHz baik pada uplink maupun

downlink.

4. Dapat mencapai 200 pengguna aktif dalam 1 sel (5 MHz).

5. User-plane latency kurang dari 5ms.

6. Pilihan spektrum frekuensi yang dapat disesuaikan dengan jaringan saat

ini yaitu band GSM, CDMA, UMTS (450, 700, 850, 900, 1700, 1800,

1900, 2100, 2500 MHz)

7. Mendukung operasi FDD (Frequency Division Duplex) maupun TDD

(Time Division Duplex).

8. Antena MIMO (Multiple In Multiple Out) sudah terstandarisasi.

16

2.1.2.2 Proses uplink pada LTE

Proses uplink berdasar pada transmisi OFDM yang berbeda dengan

proses downlink dimana pada saat uplink memungkinkan efisiensi penguat

terminal yang lebih tinggi.

Penggunaan DFTS-OFDM pada LTE uplink adalah karena pada

DFTS-OFDM memungkinkan terjadinya pemisahan orthogonal pada

pengiriman data. Pemisahan orthogonal itu sendiri berguna untuk

menanggulangi gangguan antara pengiriman data dari terminal yang

berbeda dalam satu sel.

Pada proses uplink bila mengalokasikan bandwidth yang amat besar

untuk proses transmisi dari terminal tunggal bukanlah merupakan cara

yang efisien. Dalam situasi ini, terminal dapat dialokasikan dari sebagian

spectrum yang tersedia hanya dan terminal lain dapat dijadwalkan untuk

mengirimkan data secara parallel dari bagian spectrum yang tersisa.

Dengan kata lain pengiriman data pada proses uplink memungkinkan

bekerja pada TDMA maupun FDMA.

2.1.3 Proses uplink pada Jaringan 4G

Discrete Fourier Transform-spread OFDM (DFTS-OFDM) adalah suatu

teknik multiple access baru yang digunakan untuk uplink pada LTE juga pada

jaringan 4G. Teknik ini dapat pula dikatakan sebagai pengembangan dari OFDM

yang telah ada sebelumnya. Hanya saja pada DFTS-OFDM terdapat penambahan

proses DFT pada transmitter.

Seperti yang telah diketahui bahwa untuk memperoleh kapasitas yang besar,

maka kondisi kanal-kanal yang ada harus selalu dicatat dalam setiap keputusan

17

scheduling, atau yang sering disebut channel-dependent scheduling. Dalam

penggunaan DFTS-OFDM pada tujuan pengiriman uplink, scheduler memiliki

akses baik dalam domain waktu maupun domain frekuensi. Atau dengan kata lain

scheduler dapat memilih pengguna dengan kondisi kanal yang terbaik.

Kemungkinan channel-dependent scheduler dapat bekerja maksimal adalah saat

kanal berubah secara perlahan dalam waktu. Pada Jaringan 4G, keputusan

scheduling diambil sekali dalam 1 ms dan akan mengatur terminal mana yang

diperbolehkan untuk mengirimkan informasi selama interval waktu yang diberikan

serta sumber frekuensi mana proses pengiriman akan terjadi, termasuk laju data

yang dipakai.

2.2 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Dalam bab-bab sebelumnya telah dituliskan bahwa pada proses downlink Jaringan

Generasi Ke-4 (4G) digunakan sebuah teknik transmisi yand bernama Orthogonal

Frequency Division Multiplexing (OFDM). Pada subbab ini akan diterangkan secara

garis besar prinsip dasar dari OFDM, sistematika OFDM serta OFDM sebagai teknik

yang diterapkan pada proses downlink Jaringan 4G.

2.2.1 Prinsip Dasar OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) adalah sebuah teknik

transmisi yang menggunakan beberapa buah frekuensi (multicarrier) yang saling

tegak lurus (orthogonal).

Gambar 2.

Dari Gambar 2.

pengirim maupun penerima.

Pada proses pengiriman terdiri dari blok

IFFT dan parallel-to

bit-bit serial dikonversikan ke dalam bentuk paralel oleh

Converter, sehingga bil

adalah R/N dimana N adalah jumlah jalur paralel atau jumlah

konversi bit serial ke paralel

Gambar 2.1 Blok diagram OFDM[1]

Dari Gambar 2.1 dapat dilihat secara jelas proses dari OFDM baik pada

pengirim maupun penerima.

Pada proses pengiriman terdiri dari blok-blok serial-to-paralel,

to-serial. Deretan data yang akan ditransmisikan yaitu deretan

bit serial dikonversikan ke dalam bentuk paralel oleh

sehingga bila bit rate semula adalah R maka bit rate di tiap jalur paralel

adalah R/N dimana N adalah jumlah jalur paralel atau jumlah subcarrier.

konversi bit serial ke paralel akan ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Modulasi OFDM[3]

18

dapat dilihat secara jelas proses dari OFDM baik pada

paralel, modulator,

Deretan data yang akan ditransmisikan yaitu deretan

bit serial dikonversikan ke dalam bentuk paralel oleh serial-to-paralel

a bit rate semula adalah R maka bit rate di tiap jalur paralel

subcarrier. Prinsip

.

19

Sinyal hasil modulasi tersebut terdiri dari Nc yang merupakan modulator

kompleks, dimana setiap modulator berinteraksi dengan satu OFDM subcarrier.

Sehingga sinyal modulasi x(t) pada OFDM dengan interval waktu mTu ≤ t ≤

(m+1)Tu adalah :

…(2.1)

Dimana xk(t) adalah nilai k yang termodulasi oleh subcarrier dengan

frekuensi fk = k.∆f dan ak(m) adalah simbol modulasi yang dipakai pada subcarrier

ke-k selama simbol OFDM ke-m dengan interval waktu mTu ≤ t ≤ (m+1)Tu .

Gambar 2.2 menunjukkan bahwa pada setiap interval simbol OFDM, modulasi Nc

akan ditransmisikan secara paralel.

Jumlah dari subcarrier OFDM berkisar antara kurang dari ratusan hingga

ribuan, dengan range subcarrier spacing antara ratusan kHz turun hingga beberapa

Hz saja. Penggunaan subcarrier spacing ini tergantung pada keadaan lingkungan

dimana sistem itu bekerja, termasuk pemilihan frekuensi saluran radio secara

maksimal dan variasi laju kanal.

Sinyal OFDM hasil modulasi kemudian dialirkan ke dalam Inverse Fast

Fourier Transform (IFFT) untuk mengubah sinyal dari domain frekuensi ke dalam

sinyal domain waktu dengan cara mencuplik sinyal x(t) dengan laju Tss/N. Sinyal

OFDM yang telah diaplikasikan ke dalam IFFT ini kemudian dikonversikan lagi ke

dalam bentuk serial. Setelah disisipi cyclic prefix dengan cara menyalin bagian

akhir simbol sepanjang periode CP (yang digunakan dan ditempatkan pada awal

simbol), barulah data dikirim.

Saat proses penerima, setelah melalui kanal maka sinyal informasi akan

diterima oleh penerima. Pada gambar blok penerima teridiri dari blok-blok serial-

to-paralel , FFT, demodulasi dan paralel-to-serial. Penerima sinyal yang telah

20

dialirkan ke FFT kemudian didemodulasikan dan dikonversikan ke dalam bentuk

serial oleh paralel-to-serial Converter dan akhirnya kembali menjadi bentuk data

informasi.

Pengertian dari Orthogonal Frequency-Division Multiplex adalah dimana dua

subcarrier OFDM yang termodulasi xk1 dan xk2 yang saling tegak lurus pada

interval waktu mTu ≤ t ≤ (m+1)Tu , yaitu :

� ��

��

� ��

��∆��∆�� 0 …(2.2)

dengan k1 ≠k2

2.2.2 Sistematika OFDM

Pada subbab ini akan diterangkan lebuh lanjut mengenai sistematika OFDM

yang meliputi demodulasi OFDM yang terjadi saat proses penerimaan data,

penggunaan IFFT pada modulator begitu pula penggunaan FFT pada demodulator,

serta proses penyisipan cyclic prefix.

2.2.2.1 Demodulasi OFDM

Pada Gambar 2.3 memperlihatkan bahwa proses demodulasi pada

OFDM memiliki sejumlah penghubung untuk tiap-tiap subcarrier.

Orthogonalitas antara dua subcarrier seperti yang dijabarkan pada

persamaan 2.2 terlihat jelas bahwa idealnya dua subcarrier OFDM tidak

akan menyebabkan gangguan terhadap masing-masing subcarrier setelah

proses demodulasi.

Pada demodulasi OFDM, penanggulangan gangguan antara

subcarrier-subcarrier

subcarrier yang ada. Namun orthogonalitas

tersebut berlangsung saat struktur spesifik domain frekuensi dari tiap

subcarrier

spacing ∆f

subcarrier (1/

2.2.2.2 Implementasi OFDM menggunakan IFFT/FFT

Pada subbab sebelumnya telah dibahas mengenai modulator (Gambar

2.2) serta demodulator (Gambar 2.

dari prinsip dasar OFDM. Proses modulasi OFDM dapat diimplementasikan

dengan proses I

pada Gambar 2.

sama dengan 2

efisien pada proses implementasi radix

Transform) .

Gambar 2.3 Demodulasi OFDM[3]


subcarrier OFDM tidak terjadi saat pemisahan

yang ada. Namun orthogonalitas subcarrier-

tersebut berlangsung saat struktur spesifik domain frekuensi dari tiap

subcarrier dikombinasikan dengan pemilihan secara teliti

∆f bernilai sama dengan masing-masing laju simbol pada

(1/Tu).

2.2.2.2 Implementasi OFDM menggunakan IFFT/FFT


serta demodulator (Gambar 2.3) yang dapat digunakan sebagai ilustrasi


dengan proses IFFT yang diikuti dengan konversi digital

pada Gambar 2.2. Secara umum, dengan memilih IFFT ukuran

sama dengan 2m untuk beberapa integer m, modulasi OFDM

pada proses implementasi radix-2 IFFT (Inverse Fast Fourier

.

21


OFDM tidak terjadi saat pemisahan spektrum dari

-subcarrier OFDM

tersebut berlangsung saat struktur spesifik domain frekuensi dari tiap-tiap

dikombinasikan dengan pemilihan secara teliti subcarrier

masing laju simbol pada


digunakan sebagai ilustrasi


digital-to-analog, seperti

FT ukuran N yang

modulasi OFDM akan menjadi

Inverse Fast Fourier

Gambar 2.

Perlu diingat bahwa IDFT/IFFT sebagai implementasi dari modulator

OFDM adalah salah satu pilihan dalam implementasi

bukanlah suatu keharusan untuk digunakan di setiap spesifikasi

access.

2.2.2.3 Penyisipan Cyclic Prefix

Pada siste

simbol dengan pengulangan simbol terakhir itu sendiri. Walaupun biasanya

penerima akan membuang sampel dari

prefix memiliki 2 tujuan yaitu, untuk menghilangkan ISI

sebelumnya dan sebagai pengulangan simbol

proses sederhana dalam domain frekuensi, seperti equalisasi dan estimasi

kanal. Agar

prefix harus minimal s

Dalam memahami orthogonalitas dari

mengetahui bahwa

terdiri dari jumlah integer dari eksponensial kompleks selama interval

proses demodul

Gambar 2.4 Modulasi OFDM dengan proses IFFT[3]


OFDM adalah salah satu pilihan dalam implementasi

bukanlah suatu keharusan untuk digunakan di setiap spesifikasi

Cyclic Prefix

Pada sistem komunikasi, cyclic prefix memiliki definisi mengawali


penerima akan membuang sampel dari cyclic prefix tersebut, namun

memiliki 2 tujuan yaitu, untuk menghilangkan ISI

sebelumnya dan sebagai pengulangan simbol yang dapat digunakan untuk


kanal. Agar cyclic prefix dapat beroperasi secara efektif, panjang dari

harus minimal sama dengan panjang dari kanal multipath.

Dalam memahami orthogonalitas dari subcarrier

mengetahui bahwa subcarrier yang termodulasi xk(t) pada persamaan 2.1


proses demodulasi terintegrasi yaitu . Namun, dalam kasus kanal

22


OFDM adalah salah satu pilihan dalam implementasi transmitter dan

bukanlah suatu keharusan untuk digunakan di setiap spesifikasi radio-

memiliki definisi mengawali


tersebut, namun cyclic

memiliki 2 tujuan yaitu, untuk menghilangkan ISI dari simbol

dapat digunakan untuk


dapat beroperasi secara efektif, panjang dari cyclic

multipath.

subcarrier adalah dengan

pada persamaan 2.1


. Namun, dalam kasus kanal

time-dispersive

hilangnya orthogonalitas pada

antara jeda demodulator pada satu lintasan akan

simbol dari lintasan yang berbeda seperti pada Gambar 2.

pada saat kanal

subcarrier tetapi juga diantara

Untuk mengatasi masalah ini dan me

sensitif terhadap penyebaran waktu pada kanal radio, maka proses transmisi

OFDM menggunakan penyisipan

Pada Gambar 2.6

dikopi dan dimasukkan ke bagian awal dari simbol OFDM tersebut.

Penyisipan cyclic prefix

menjadi Tu

pengurangan dari

bawah, orthogonalitas

diwujudkan bila pada penerima hanya membawa simbol OFDM dengan

interval waktu

lebih pendek dari panjang

pada ketidakmunculan ISI pad

dispersive orthogonalitas tiap subcarrier akan hilang. Alasan dari

orthogonalitas pada subcarrier tersebut adalah korelasi waktu

jeda demodulator pada satu lintasan akan overlap

simbol dari lintasan yang berbeda seperti pada Gambar 2.

pada saat kanal time-dispersive tidak hanya akan terjadi ISI dalam

tetapi juga diantara subcarrier.

Gambar 2.5 Perkiraan penerimaan sinyal[5]

Untuk mengatasi masalah ini dan membuat sinyal OFDM tidak

terhadap penyebaran waktu pada kanal radio, maka proses transmisi

OFDM menggunakan penyisipan cyclic prefix.

Pada Gambar 2.6 tampak bahwa bagian terakhir dari simbol OFDM


cyclic prefix akan meningkatkan panjang simbol OFDM dari

u+TCP, dimana TCP adalah panjang cyclic prefix

pengurangan dari simbol OFDM itu sendiri. Dalam Gambar 2.

bawah, orthogonalitas subcarrier pada kanal time-dispersive


interval waktu dan tergantung pada rentang penyebaran waktu

pendek dari panjang cyclic prefix. Hal ini juga membawa penga

pada ketidakmunculan ISI pada proses penyisipan cyclic prefix.

23

akan hilang. Alasan dari

tersebut adalah korelasi waktu

overlap dengan batasan

simbol dari lintasan yang berbeda seperti pada Gambar 2.5. Oleh karena itu,

tidak hanya akan terjadi ISI dalam

[5]

mbuat sinyal OFDM tidak

terhadap penyebaran waktu pada kanal radio, maka proses transmisi

bahwa bagian terakhir dari simbol OFDM


gkatkan panjang simbol OFDM dari Tu

cyclic prefix dengan

simbol OFDM itu sendiri. Dalam Gambar 2.6 bagian

dispersive dapat


dan tergantung pada rentang penyebaran waktu

Hal ini juga membawa pengaruh

cyclic prefix.

Gambar 2.

Penyisipan

pengirim IFFT.

panjang N akan dikopi dan dimasukkan ke dalam blok awal, menambah

panjang blok dari N menjadi N+N

Pada sisi penerima,

OFDM, sebagai contoh : proses DFT/FFT.

Kekurangan dari penyisipan

dari energi sinyal penerima yang dimanfaatkan oleh demodulator

OFDM, sehingga mengisyaratkan adanya energi yang hilang pada proses

demodulasi.

2.2.3 OFDM untuk downlink

Sinyal yang dikirim dalam setiap slot pada saat proses

oleh sebuah resource grid

OFDM, dengan

Gambar 2.6 Penyisipan Cyclic Prefix

Penyisipan cyclic prefix ini dibawa di keluaran waktu diskrit pada

pengirim IFFT. Sample terakhir NCP dari blok keluaran IFFT dengan


panjang blok dari N menjadi N+NCP.

Pada sisi penerima, sample yang bersesuaian dibuang sebelum demodulasi

OFDM, sebagai contoh : proses DFT/FFT.

Kekurangan dari penyisipan cyclic prefix hanyalah sebagian kecil



demodulasi.

downlink pada Jaringan 4G

Sinyal yang dikirim dalam setiap slot pada saat proses downlink

resource grid yang terdiri dari subcarrier

= 6 dan = 110.

24

ini dibawa di keluaran waktu diskrit pada

dari blok keluaran IFFT dengan


yang bersesuaian dibuang sebelum demodulasi

hanyalah sebagian kecil



downlink digambarkan

subcarrier dan simbol

25

Jumlah simbol OFDM tergantung pada panjang cyclic prefix dan jarak

subcarrier yang dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Setiap elemen dalam resource grid disebut resource element dengan

indeks (k,l) dalam suatu slot, dimana � � 0, … , �� !"�#$

� % 1 dan ' �

0, … , �#(�)!" % 1. Resource block digunakan untuk mendeskripsikan pemetaan

dari kanal fisik tertentu ke resource element (RE).

Tabel 2.1 Parameter resource block untuk downlink[1]

26

Gambar 2.7 Downlink Resource Grid

Pada Gambar 2.7 dapat dilihat bahwa setiap resource block (RB) terdiri

dari 12 subcarrier (dalam ranah frekuensi) dan 7 simbol OFDM (dalam ranah

waktu) jika menggunakan cyclic prefix normal. Bandwidth subcarrier dalam

ranah frekuensi adalah 15 KHz, sehingga bandwidth satu PRB adalah 180 KHz.

Struktur frame diatas menggunakan struktur frame tipe 1 yaitu untuk

operasi band berpasangan (FDD) dimana transmisi downlink dan uplink

beroperasi pada frekuensi berbeda.

Gambar 2.

Pada Gambar 2.

menjadi 20 slot sama sebesar 0.5 ms. Masing

slot berturut-turut, sehingga satu radio frame terdiri dari 10 subframe

Jaringan 4G juga mendukung u

struktur frame tipe 2 dengan struktur dasar RB dan RE tetap sama, namun dalam

satu PRB sebagian subframe digunakan untuk

uplink atau sebagai

downlink).

Untuk struk

dengan panjang masing

subframe dengan panjang masing

bukan merupakan

tiap subframe. Special subframe

GP (Guard Period

panjang masing-

Gambar 2.8 Struktur Frame Tipe 1[6]

Pada Gambar 2.8 struktur frame tipe 1 ini radio frame 10 ms dibagi

menjadi 20 slot sama sebesar 0.5 ms. Masing-masing subframe terdiri dari dua

turut, sehingga satu radio frame terdiri dari 10 subframe

Jaringan 4G juga mendukung untuk operasi TDD yang m


satu PRB sebagian subframe digunakan untuk downlink

atau sebagai special frame (untuk beralih antara transmisi

Untuk struktur frame tipe 2, radio frame 10 ms terdiri dari 2.5 frame

dengan panjang masing-masing 5 ms. Setiap setengah frame dibagi menjadi 5

subframe dengan panjang masing-masing 1 ms. Pada Gambar 2.9 frame yang

bukan merupakan special frame dibagi menjadi 2 slot dengan panjang 0.5 ms

Special subframe terdiri dari DwPTS (Downlink Pilot Timeslot

Guard Period), UpPTS (Uplink Pilot Timeslot). Ketiganya memiliki

-masing dengan total panjang 1 ms.

27

struktur frame tipe 1 ini radio frame 10 ms dibagi

masing subframe terdiri dari dua

turut, sehingga satu radio frame terdiri dari 10 subframe[7].

tuk operasi TDD yang merupakan


downlink dan sisanya untuk

(untuk beralih antara transmisi uplink dan

tur frame tipe 2, radio frame 10 ms terdiri dari 2.5 frame

masing 5 ms. Setiap setengah frame dibagi menjadi 5

masing 1 ms. Pada Gambar 2.9 frame yang

dengan panjang 0.5 ms

Downlink Pilot Timeslot),

). Ketiganya memiliki

28

Gambar 2.9 Struktur Frame Tipe 2[6]

2.3 Peak-to-Average Power Ratio (PAPR)

Salah satu permasalahan yang penting dalam tugas akhir ini adalah mengenai

Peak-to-Average Power Ratio (PAPR), dimana PAPR merupakan salah satu sebab

dipilihnya sebuah sistem baru pengganti OFDM yang digunakan dalam proses uplink

Jaringan 4G. Pada subbab berikut akan dijelaskan mengenai definisi PAPR secara umum

dan garis besar PAPR pada OFDM.

2.3.1 Definisi PAPR

PAPR adalah perbandingan antara daya puncak sinyal dengan daya rata-

ratanya. PAPR dapat terjadi sebagai hasil superposisi dari dua atau lebih subcarrier

sehingga menghasilkan nilai puncak sinyal yang sangat besar. Hal ini biasanya

disebabkan oleh modulasi masing-masing subcarrier yang dilakukan dengan

frekuensi yang berbeda sehingga menyebabkan beberapa subcarrier mempunyai

fase koheren yang pada akhirnya akan muncul amplitude dengan level jauh lebih

besar dari daya sinyalnya.

29

2.3.2 PAPR pada OFDM

Nilai PAPR yang besar akan menyebabkan sistem membutuhkan komponen

sistem yang memiliki daerah linier yang besar untuk mengakomodasi amplitudo

sinyal. Sedangkan Power Amplifier (PA) adalah salah satu komponen sistem yang

tidak linear. PA yang tidak linear akan menyebabkan distorsi yang sifatnya non-

linear sehingga akan muncul intermodulasi, yaitu frekuensi baru pada sinyal yang

akan ditransmisikan. Intermodulasi menyebabkan terjadinya interferensi di antara

subcarrier dan menyebabkan terjadinya pelebaran spektral dari sinyal keseluruhan.

Secara matematis nilai PAPR dapat dirumuskan dengan[7] :

*+*, �-

-� � atau *+*,��. � 10log �� …(2.3)

Dimana N adalah jumlah subcarrier.

Dari persamaan 2.3 dapat dikatakan bahwa nilai PAPR pada sistem OFDM

bersifat linear dengan jumlah subcarrier-nya. Saat N sinyal ditambahkan dengan

fase sama, sinyal tersebut akan menghasilkan nilai puncak yang besarnya N kali

dari daya rata-ratanya, sehingga nilai PAPR akan bertambah besar jika jumlah N

diperbesar.

BAB II DASAR TEORI · 2015. 4. 23. · GSM Evolution). Suatu protokol yang mengatur cara kerja...

Documents

Transcript of BAB II DASAR TEORI · 2015. 4. 23. · GSM Evolution). Suatu protokol yang mengatur cara kerja...