Tugas Akhirrepository.usd.ac.id/38395/2/165114059_full.pdf · 2020. 11. 20. · tugas akhir kinerja...

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


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.


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.


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.


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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.


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.


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


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.


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


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


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.


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:


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]


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


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


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


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


17

Tabel 2. 8. Lanjutan Tabel kebenaran 64QAM

Tabel 2. 9. Lanjutan Tabel Kebenaran 64QAM


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


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)


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


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].


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.


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


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.


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.


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.


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


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.


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.


30

Tabel 3. 5. Tabel Kebenaran 64 QAM


31

Tabel 3. 6. Lanjutan tabel kebenaran 64 QAM

Tabel 3. 7. Lanjutan tabel kebanaran 64 QAM


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


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.


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.


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)


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.


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);


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

.


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


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


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


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


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


1 1 0 0 = X’k.


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];


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

.


0.3162 + 0.9487i 0.9487 - 0.9487i 0.3162 + 0.9487i 0.3162 + 0.9487i 0.9487 + 0.9487i

0.3162 - 0.9487i


-0.9487 - 0.3162i -0.3162 - 0.3162i -0.9487 - 0.3162i


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-

Tugas Akhirrepository.usd.ac.id/38395/2/165114059_full.pdf · 2020. 11. 20. · tugas akhir kinerja...

Documents

Transcript of Tugas Akhirrepository.usd.ac.id/38395/2/165114059_full.pdf · 2020. 11. 20. · tugas akhir kinerja...