I. PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Dalam perkembangan

transmisi data pada

PENGARUH MODULASI BPSK PADA UNJUK KERJA SISTEM

ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING

(OFDM)

Kirbi Timur Nomas (1101124335)Jurusan Teknik Telekomunikasi,

Fakultas Teknik, Universitas Telkom,Jln.Telekomunikasi no.1, Bandung, Jawa

Barat, Indonesia

Abstrak

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) merupakan suatu teknik transmisi yangmenggunakan beberapa frekuensi subcarrier (multicarrier) yang saling tegak lurus (orthogonal). Masing-masing subcarrier tersebut dimodulasikan dengan teknik modulasi konvensional pada rasio simbol yangrendah. Modulasi ini berupa modulasi Binary Phase Shift Keying atau BPSK adalah salah satu teknik modulasisinyal dengan konversi sinyal digital “0” atau “1” menjadi suatu simbol berupa sinyal kontinyu yangmempunyai dua fase yang berbeda. Untuk bit “1” mempunyai pergeseran fase 0° dan untuk bit “0”mempunyai pergeseran fase 180°. Jadi pada modulasi BPSK, informasi yang dibawa akan mengubah fasesinyal pembawa.

Pada tugas ini dibuat suatu simulasi dengan menggunakan Matlab. Tujuan pembuatan simulasi iniadalah untuk menganalisis pengaruh modulasi BPSK pada kinerja sistem OFDM dengan kondisi kanal hanyadiberi derau AWGN (Additive White Gaussian Noise). Parameter yang diubah adalah level modulasi BPSKdengan masukan sistem berupa data acak digital. Unjuk kerja sistem OFDM diamati dengan melihat nilai BitError Rate (BER) serta nilai Signal to Noise Ratio (Eb/No) yang diperoleh pada penerima denganmemvariasikan nilai Eb/No kanal.

Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pada pengiriman data digital, BPSK merupakan teknikmodulasi yang paling kebal terhadap derau dibandingkan QPSK, 16PSK, dan 256PSK. Hal ini dilihat darinilai BER BPSK yang lebih kecil dibandingkan ketiga modulasi lainnya(pada simulasi yang lainnya).

Kata kunci : OFDM,BPSK,BER,Eb/No

komunikasi bergerak dibutuhkansistem yang memiliki keunggulan- keunggulan dibandingkan dengansistem yang sebelumnya ataudibandingkan dengan sistem yangsudah ada. Keunggulan –

keunggulan itu bisa berupaefisiensi bandwidth yang lebihbaik , Bit Error Rate (BER) yangrendah, kapasitas user yangbanyak dan sebagainya.Saat ini banyak terdapatteknik Multiplexing yangdigunakan untuk mengefisienkanproses pentransmisian data.

Multiplexing dapatdikategorikan menjadi beberapajenis berdasarkan parameteryang di-multiplex-nya, salahsatunya frekuensi yang disebutdengan FDM (Frequency DivisionMultiplexing). Jikafrekuensi-frekuensi yangdigunakan saling tegak lurus,maka disebut Orthogonal FDM(OFDM). OFDM memiliki suatukeunggulan sehingga banyakdigunakan pada sistemtelekomunikasi modern.

OFDM adalah teknik modulasiyang diterapkan kepada sinyalyang telah termodulasi,sebagai modulasi tingkat kedua.Caranya yaitu dengan membagidata secara paralel padasejumlah subkanal pita sempit,lalu masing-masing data padasubkanal tersebutdimodulasikan dengansubfrekuensi pembawa yangsaling orthogonal, selanjutnyaditransmisikan secara simultan.OFDM memungkinkan pengirimanaliran data kecepatan tinggidengan membaginya ke dalamaliran-aliran berkecepatanrendah. Proses yangdilakukan sama dengan teknikmodulasi multicarrier, yangmembedakan adalah penggunaansubpembawa yang saling orthogonalpada masing-masing subkanal.

1.2TujuanTujuan dari pembuatan tugasakhir ini adalah :

1. Mengetahui danmembandingkan pengaruhmodulasi digital BPSK yang

disimulasikan terhadapkinerja sistem OFDM.

2. Mengamati nilai BER(Bit Error Rate) danEb/No (Energy per bit tothe spectral noisedensity) pada penerimaOFDM dan Througput.

3. Menyajikan simulasikinerja sistemOrthogonal Frequency DivisionMultiplexing (OFDM) denganmenggunakan matlab 2009.

1.3 Batasan MasalahAgar pembahasan atau analisistidak melebar dan terarah, makapermasalahan dibatasi pada :

1. Model kanal yang dipergunakan adalah kanal AWGN tanpa ada delay multipath.

2. Modulasi digital yang digunakan ialah BPSK.

II. LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Modulasi OFDM Prinsip utama dari OFDM adalahpembagian kecepatan tinggi alirandata ke dalam sejumlah alirandata kecepatan rendah kemudiandikirimkan secara simultanmelalui suatu subcarrier. OFDMadalah sebuah teknik yangditerapkan kepada sinyalyang telah termodulasi, sebagaimodulasi tingkat kedua. Caranyayaitu dengan membagi datasecara paralel pada sejumlahsubkanal pita sempit, lalu

masing- masing data padasubkanal tersebut dimodulasikandengan subfrekuensi pembawayang saling orthogonal,selanjutnya ditransmisikansecara simultan. OFDMmemungkinkan pengiriman alirandata kecepatan tinggi denganmembaginya ke dalam aliran-aliran berkecepatan rendah.Proses yang dilakukan samadengan teknik modulasimulticarrier, yang membedakanadalah penggunaan subpembawayang saling orthogonal padamasing- masing subkanal. Sebuahsinyal OFDM terdiri darisejumlah subcarrier kemudiandimodulasikan denganmenggunakan BPSK (Binary Phase ShiftKeying).Sistem OFDM sederhanaditunjukkan pada gambar 1

Gambar 1. Sistem OFDM sederhana

Data masukan berupa datadigital yang merupakan sumberinformasi kemudian datamasukan tersebut dinotasikanoleh pengkode.OFDM menggunakan BPSK. Hasilmodulator baseband dimasukkanke dalam OFDM modulator dimanasimbol-simbol masukan dari

baseband modulator akandiproses dengan menggunakanInverse Fast Fourier Transform(IFFT), kemudian hasilmodulasi pada OFDM modulatorakan dikirimkan ke dalam kanal, z(t) dari local oscillator yang akan dengan frekuensi pembawa. Pada didemodulasikan dengan Fast Fourier Demodulator yang akan mengubahsimbol-simbol menjadi digit biner. biner akan dinotasikan kembalimenjadi dataDigital kecepatan pengiriman Log Mbaud, dengan satu baudSatu baud adalah satu simbolperdetik.

dengan demikian lebar pitayang diperlukan lebih keciluntuk pengiriman jumlah bityang sama.

OFDM merupakan suatuteknik modulasi multicarrier,prinsip utama dari OFDM adalahpembagian kecepatan tinggialiran data ke dalam beberapakecepatan aliran rendahkemudian dikirimkan secarasimultan melalui sejumlahsubcarrier yang salingorthogonal dapat dilihatpada persamaan

Dimana Π(t) merupakanrektanguler pulsa yangdigambarkan (-T/2, T/2) dalaminterval waktu [0,T]. Dengandemikian sinyal yangditransmisikan dapat

dituliskan seperti padapersamaan

Jika kita masukan pembawa datasimbol(sampel) pada saat t=k[N] maka persamaanya menjadi

menjadi rangkaian m = m1, m2,m3, …, mj, dimana setiap mjmewakili digit biner (bit)yaitu satu (1) dan nol (0).Modulator berfungsi untukmemodulasikan in-bit menjadisatu simbol disebut jugapengiriman M-ary. Biasanya padaSebuah sinyal OFDM terdiridari jumlah subcarrierkemudian dimodulasikan denganmenggunakan BPSK (Binary PhaseShift Keying). Untuk memodulasi Nfrekuensi pembawa bisadiselesaikan dengan menggunakanoperasi FFT (Fast Fourier Transform)untuk blok simbol data hasildari blok simbol data Nditransformasikan menjadisimbol OFDM. Pada keluaranmodulasi sinyal-sinyalpembawa akan ditambahkandengan frekuensi dasarsecara bersamaan sebelumditransmisikan.

2.2 Phase ShiftKeying Dalam modulasidigital perbedaan antarafrekuensi modulasi dengan fasemodulasi cukup jelas, karenadalam modulasi digital sinyalinformasi memiliki bentukgelombang diskrit. Sepertidalam hal modulasiamplitudo dan modulasifrekuensi, kita memulai dengansinyal carrier sinusoida yangmemiliki bentuk dasarAcos[θ(t)]. Dengan adanyaproses modulasi pada fasegelombang carrier tersebutyaitu dengan sistem phase shiftkeying (PSK) nilai θ(t) adalah2πfc + φ(t). Dalam hal ini nilaiφ(t) memberikan pengertianbahwa fase dari gelombangtersebut termodulasi danmengandung informasi sesuaidengan input dari sinyalbaseband pemodulasinya. Berikutini merupakan beberapa jenismodulasi PSK:

1. Binary Phase Shift Keying (BPSK)Dalam binary phase shift keying(BPSK), dua keluaran faseyang mungkin akan keluar danmembawa informasi (“binary”dimaksudkan disini “2”).Satu fase keluaran (0omisalnya) mewakilisuatulogic 1 dan yang lainnya(misalnya180o) logic 0. Sesuaidengan perubahan keadaan

sinyal masukan digital, fasepada keluaran carrierbergeser diantara dua sudutyang keduanya terpisah 180o

(180o out of phase). Nama lainuntuk BPSK adalah phase reversalkeying (PRK) dan biphasemodulation.

Tabel 1 Tabel Kebenaran BPSK

Masukan

Bine

Fasa

keluarLogika0

1800

Logika1

00

III. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PERANGKAT LUNAK

3.1Model Sistem OFDM

Gambar 2.Blok pemodelan simulasi3.1.1 Pembangkitan Data InformasiPembangkitan data informasidilakukan secara random atauacak. Data yang dibangkitkannilainya sesuai dengan level

modulasi yang digunakan. UntukBPSK nilai bitnya 0 dan 1.

3.1.2 Konversi Serial ke Paralel

Data serial tadikemudian diubah ke dalamukuran simbol yang dibutuhkandalam transmisi, sebagai contoh1 bit per simbol untuk BPSK,sebelum akhirnya masuk ke dalamBlok serial ke paralel. Blokserial ke paralel berfungsiuntuk mengubah aliran data yangterdiri dari satu barismenjadi beberapa baris danbeberapa kolom. Hasil darikonversi serial ke paralelberupa matriks bit-bit denganjumlah baris menyatakan jumlahsubcarrier yang akan digunakan danjumlah kolom menyatakan jumlahsimbol data yang dikirimkanpada tiap subcarrier.

3.1.3 Modulasi SinyalSetelah melalui serial to

paralel, maka sinyal akanmemasuki blok modulasi. Padablok ini sinyal yang akanditransmisikan diberi fasareferensi, disandi-diffrensialkan terhadap simbolawalnya kemudian dipetakansesuai dengan jenis modulasiyang digunakan. Pada simulasiini jenis modulasi yangdigunakan adalah BPSK.

3.1.4 Inverse Fast Fourier Transform (IFFT)

Blok IFFT pada sistem OFDM bertujuan untuk membangkitkan frekuensi subcarrier yang saling orthogonal dan mengubah dari domain frekuensi ke domain waktu. Jumlah titik IFFT yangdigunakan dalam simulasi harus dua kali lebih besar dari jumlah subcarrier yang digunakan.

3.1.5 Penyisipan Guard Interval (GI)

Pada simulasi ini Guard Intervalyang digunakan bertipe CyclicPrefix. Panjang Cyclic Prefix yangdigunakan adalah hasilpenjumlahan dari banyaknyatitik IFFT dan guardtime padasimulasi yang kemudianditempatkan di depan simbol.Tujuan penyisipan Guard Intervalini adalah mencegah ISI danICI sehingga simulasi

dapat berjalan dengan baik.

3.1.6 Konversi Paralel ke Serial

Sebelum memasuki kanaltransmisi, simbol OFDM dalambentuk stream paralel dikonversike bentuk stream serial sinyalbaseband OFDM.

3.1.7 Kanal TransmisiPemodelan kanal yang

digunakan dalam simulasi iniadalah model kanal AWGN.

3.1.8 Konversi Serial ke Paralel

Pada blok ini sinyal yang telahmelalui kanal transimisi dikonversi kembali dari streamserial ke bentuk paralel sehingga proses simbol-simbol yang diterima dapat

3.1.9 Pengeluaran Guard Interval (GI)

Pada blok ini simbol yangtelah disisipkan Cyclic Prefix padablok penyisipan Guard Intervaldibuang kembali sehingga akandiperoleh simbol asli yangsesuai dengan pengirimansemula. Operasi pada blok inimerupakan kebalikan dari prosespenyisipan Guard Interval pada bloksistem pengiriman. Langkah-langkah operasinya berupapengeluaran Cyclic Prefix pada awalsimbol yang diterima.

3.1.10 Fast Fourier Transform (FFT)Pada blok ini simbol-

simbol OFDM akan dipisahkandari frekuensi carriernya.Prosesnya juga merupakanproses kebalikan dari blokInverse Fast Fourirer transform (IFFT).

3.1.11 Demodulasi SinyalSinyal kemudian diubah

kembali ke bentuk bit-bitinformasi dengan melakukanproses demodulasi (jugamerupakan kebalikan dariproses modulasi di blok sistempengiriman).

3.1.12 Konversi Paralel ke Serial

Parameter

Nilai

Modulasi carrier yang digunakan

BPSK

Jumlah titik FFT 64

Jumlah carrier yangdigunakan 52

Tipe Guard Period Cyclic prefix

Jumlah Guard time512, 25% dari jumlah titikFFT

Pada blok ini, bit-bitinformasi yang masih berupamatriks jumlah subcarrier ×jumlah simbol diubah kembali kebentuk semula dengan caradikonversi dari bentuk paralelke bentuk serial.

3.3 Parameter SistemParameter sistem yang

digunakan pada percobaankinerja sistem OFDM denganmasukan data acak dan suaraadalah:

Tabel 3. Parameter Sistem untuk

IV. ANALISIS HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis Modulasi BPSK untuk Masukan Data Acak

Jumlah data yangdibangkitkan adalah 10000bits, data-data tersebutkemudian ditransmisikan olehpemancar OFDM, kemudian pada

akhirnya diterima olehpenerima OFDM. Padapenerima jumlah bit galat akandibandingkan dengan jumlah bityang ditransmisikan sehinggadiperoleh nilai BER. Berikutini merupakan grafik nilai-nilai BER yang diperoleh danEb/No.

Gambar 3. Grafik BER vs Eb/No KanalMasukan Data Acak

Grafik diatas menunjukkanbahwa transmisi OFDMmenggunakan BPSK didapathubungan antara BER dan Eb/No( signal to noise rationternormalisasi, yang jugadinamakan SNR per bit. Eb/Nosangat berguna saatmembandingkan kinerja BER dariskema modulasi digital tanpamemperhitungkan bandwith.

Dari grafik menunjukkanbahwa semakin tinggi Eb/No nyamaka BER nya semakin rendah iniberarti bahwa bit yang dikirim

dan kemudian diterima memilikierror yang kecil.

Nilai Throughput = ( datayang sukses diterima / data yangdikirim ) * 100 %, maka didapatThroughput =[(10000-0.00001)/(10000)] * 100% = 99.99 %

V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1.Teknik modulasi BPSK merupakanteknik modulasi yang palingkebal terhadap derau, akantetapi memiliki kapasitasdata paling sedikit biladibandingkan teknik modulasiQPSK, 16PSK maupun 256PSK.2.Semakin Tinggi nilai Eb/Nomaka nilai BER nya semakin kecilini berarti bit error yangdikirim kecil.

VI. DAFTAR PUSTAKA

[1]. Faizin, M. Reza,Winarno, Yus Octavian,Makalah Modulasi Jenis-Jenisdan Karakteristiknya, TeknikElektro UniversitasDiponegoro, 2008

[2]. Lawrey, Eric, COFDMas a Modulation Technique forWireless Telecommunications, with aCDMA Comparison, Oktober 1997

[3]. Puspito, Sigit,Mengenal Teknologi FrequencyDivision Multiplexing (OFDM) pada

Komunikasi Wireless,Elektro Indonesia Nomor 24Tahun V, 1999.

[4]. Sampei, Seiichi, Applications of DigitalWireless Technologies to Global WirelessCommunications, Prentice Hall, 1997.

[5]. Sarif, Yofie H, AnalisisPengaruh Derau Terhadap LajuKesalahan Data pada Sistem OFDM,Laporan Tugas AkhirTeknik Elektro Undip, 2004.

[6]. Sklar, Bernard,Digital CommunicationsFundamentals and Applications,Prentice Hall, 1988.

[7]. Stallings, William, Dasar-Dasar KomunikasiData, Salemba Teknika, 2001.

[8]. Sibin, Wu, ChannelEstimation in OFDM System, PPTfiles, Juni 2008.

[9]. Phase Shift Keying, http://en.wikipedia.org/Phase shift keying

[10]. OFDM Simulation in matlab ,http://mathworks.com/matlabcentral

LAMPIRAN

Source Code :

close allclear allclc nbitpersym = 52; % number of bits per OFDM symbol (same as the number of subcarriers for BPSK)nsym = 10^4; % number of symbolslen_fft = 64; % fft sizesub_car = 52; % number of data subcarriersEbNo = 0:2:12; EsNo= EbNo + 10*log10(52/64)+ 10*log10(64/80); % symbol to noise ratio snr=EsNo - 10*log10(52/64); % snr as to be used by awgn fn.

M = modem.pskmod(2); % modulation object % Generating data t_data=randint(nbitpersym*nsym,1); % modulating data mod_data = modulate(M,t_data); % serial to parallel conversion par_data = reshape(mod_data,nbitpersym,nsym).'; % pilot insertion pilot_ins_data=[zeros(nsym,6) par_data(:,[1:nbitpersym/2]) zeros(nsym,1) par_data(:,[nbitpersym/2+1:nbitpersym]) zeros(nsym,5)] ; % fourier transform time doamain data and normalizing the data IFFT_data = (64/sqrt(52))*ifft(fftshift(pilot_ins_data.')).'; % addition cyclic prefix cylic_add_data = [IFFT_data(:,[49:64]) IFFT_data].'; % parallel to serial coversion ser_data = reshape(cylic_add_data,80*nsym,1); % passing thru channel no_of_error=[];ratio=[];for ii=1:length(snr) chan_awgn = sqrt(80/52)*awgn(ser_data,snr(ii),'measured'); % awgn addition ser_to_para = reshape(chan_awgn,80,nsym).'; % serial to parallel coversion cyclic_pre_rem = ser_to_para(:,[17:80]); %cyclic prefix removal FFT_recdata =(sqrt(52)/64)*fftshift(fft(cyclic_pre_rem.')).'; % freq domaintransform

rem_pilot = FFT_recdata (:,[6+[1:nbitpersym/2] 7+[nbitpersym/2+1:nbitpersym] ]); %pilot removal ser_data_1 = reshape(rem_pilot.',nbitpersym*nsym,1); % serial coversion z=modem.pskdemod(2); %demodulation object demod_Data = demodulate(z,ser_data_1); %demodulating the data [no_of_error(ii),ratio(ii)]=biterr(t_data,demod_Data) ; % error rate calculation end % plotting the result semilogy(EbNo,ratio,'--or','linewidth',2);hold on;theoryBer = (1/2)*erfc(sqrt(10.^(EbNo/10)));semilogy (EbNo,theoryBer,'--*b','linewidth',2);grid onaxis([0 12 10^-5 .1])xlabel('EbNo');ylabel('BER')title('Bit error probability curve for BPSK using OFDM');