Kinerja Teknik Transmisi OFDM melalui Kanal HAPS (High Altitude Platform Station)

Publish in

Documents

53 views

Please download to get full document.

View again

of 8
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Share
Description
See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/277865403 Kinerja Teknik Transmisi OFDM melalui Kanal HAPS (High Altitude Platform Station) Article · January 2009 CITATIONS READS 0 37 3 authors, including: Imam Santoso Universitas Diponegoro 83 PUBLICATIONS 5 CITATIONS
Transcript
  See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/277865403 Kinerja Teknik Transmisi OFDM melalui KanalHAPS (High Altitude Platform Station)  Article  · January 2009 CITATIONS 0 READS 37 3 authors , including:Imam SantosoUniversitas Diponegoro 83   PUBLICATIONS   5   CITATIONS   SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Imam Santoso on 11 August 2015.The user has requested enhancement of the downloaded file. All in-text references underlined in blueare linked to publications on ResearchGate, letting you access and read them immediately.  Kinerja Teknik Transmisi OFDM melalui Kanal HAPS   (  High Altitude Platform Station ) Afriandi FERDINAN #1 , Imam SANTOSO #2  , DARJAT #3 #   Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,  Jln. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia 2 immstso@gmail.com, 3 darjat@undip.ac.id  Abstract   - Provision of broadband communications services in High Altitude Platform Station (HAPS) is a new idea and worthy to be discussed. One is the application of OFDM transmission technique as a medium for digital modulation in HAPS. HAPS is a new technology in the telecommunications sector at an altitude of 18-50 km (the stratosphere) and used to serve the broadband wireless access (BWA) and other multimedia devices. HAPS technology has advantages that can cover the lack of terrestrial and satellite technology. Performance of OFDM transmission technique in which a HAPS channel Rician channel can be evaluated by looking at the effect of K-factor. K-factor is the dominant signal power ratio (Line Of Sight) with multipath signal power. In real conditions on the ground, the received power is a combination of the dominant signal power and multipath signal power. The increase in elevation angle between the HAPS platform with user terminals resulted in the increasing value of K-factor and the influence that affected the performance of OFDM systems multipath fading. Effect of K-factor can be identified by computer simulation. Effect of K-factor observed by looking at the value of Bit Error Rate (BER) on the system to the value of signal to noise ratio (SNR) by varying the bitrate and frequency doppler. The results showed that the increasing value of K-factor at the same bitrate the smaller the resulting BER. This shows the better performance of OFDM systems. Meanwhile, the OFDM system performance deteriorated over increasing Doppler frequency. This is because the increasing value of K-factor at the same Doppler frequency resulting more BER value. Keywords  - HAPS, OFDM, K-factor, BER, bit rate, Doppler frequency. I.   PENDAHULUAN Kebutuhan akan jasa multimedia yang berpita lebar dan berkecepatan tinggi semakin besar dan meningkat begitu cepat. Hal ini menuntut adanya penambahan lebar pita frekuensi juga kecepatan implementasi. Maka dari itu, lahirlah teknologi  High Altitude Platform Station (HAPS) sebagai solusi untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan tersebut. Teknologi HAPS merupakan solusi atas kekurangan infrastruktur yang terdapat pada sistem terestrial dan satelit. Kekurangan sistem terestrial adalah pada fleksibilitas dan mobilitasnya. Memang sistem ini membuat pemakainya bisa menempatkan  payload   mereka dengan posisi yang dekat dari bumi, tetapi harga yang harus mereka bayar tergolong besar. Sedangkan kekurangan sistem satelit adalah resiko yang tinggi, limited bandwith expansion , dan time delay  yang tinggi untuk suara dan data interaktif, serta biaya keseluruhan yang mahal (perakitan, perawatan, peluncuran, dan lain-lain). Jadi sebenarnya HAPS mencoba menggabungkan konsep sistem satelit pada jangkauan terestrial. HAPS dengan berbagai kelebihannya diharapkan mampu menjadi wahana yang bisa dikolaborasikan dengan teknik transmisi OFDM (Orthogonal Frequency  Division Multiplexing)  yang juga memiliki kelebihan dalam hal keandalannya (robustness)  terhadap pengaruh multipath fading . Sinyal yang transmisikan pada sistem OFDM berbasis HAPS akan tiba di receiver   dalam dua keadaan yaitu LOS (Line of Sight)  dan multipath fading . Sehingga dalam melakukan analisa, karakteristik kanal pada sistem dimodelkan dengan distribusi Rician dengan K-factor   yang merupakan perbandingan daya sinyal langsung (LOS) dengan daya rata-rata sinyal pantul (multipath)  sebagai parameter utama. Dengan melihat pengaruh K-factor   dapat diketahui kinerja teknik transmisi OFDM pada kondisi kanal HAPS untuk kondisi multipath fadi  Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kinerja teknik transmisi OFDM pada kondisi kanal  High  Altitude Platform Station  (HAPS) yang merupakan kanal Rician dengan melihat pengaruh K-factor   yang merupakan perbandingan antara daya rata-rata  Line of Sight   (LOS) dengan daya rata-rata sinyal multipath akibat pengaruh multipath fading . Batasan masalah dalam penelitian ini adalah: ã   Model kanal adalah kanal AWGN dan kanal akibat pengaruh  Rician fading . ã   K-factor   yang digunakan diperoleh dari penelitian yang terdahulu. 152   TRANSMISI   , Jurnal Teknik Elektro, Volume 11, No. 3, September 2009, hal. 152-158 153 ã   Performansi sistem yang dibahas adalah perbandingan BER terhadap SNR. ã   Jumlah  path  sinyal multipath  dibatasi sebanyak tiga  path  sinyal. II. SISTEM KOMUNIKASI HAPS  High Altitude Platform Station (HAPS) merupakan teknologi baru yang sangat potensial untuk dipakai dalam industri komunikasi wireless . HAPS terdiri dari dua bagian utama [4]: ã   Platform  atau wahana yang terdiri dari perangkat propulsi, bahan bakar, perangkat komunikasi, pengendalian pengukuran, dan penyediaan energi. ã   Payload   yang terdiri dari perangkat telekomunikasi atau broadcasting .   Wahana HAPS berbentuk balon udara raksasa berukuran sepanjang 200 m atau bisa lebih besar. Balon udara raksasa ini berisi helium yang memungkinkannya terbang pada ketinggian 18-50 km (lapisan stratosfer). Gambar 2.1 Balon Udara HAPS [8]  Teknologi HAPS memiliki kelebihan yang dapat menutupi kekurangan dari teknologi terestrial maupun satelit. Untuk lebih jelasnya berikut tabel perbandingan teknologi HAPS dengan teknologi terestrial dan satelit. TABEL 2.1 PERBEDAAN KARAKTERISTIK KOMUNIKASI TERESTRIAL, SATELIT, DAN HAPS [11]   No   Aspek   Terestrial   HAPS   Satelit  1 Investasi Sedang Kecil Besar 2 Biaya operasi Sedang Sedang Besar 3 Resiko Kecil Sedang Besar 4 Koordinasi Lokal Lokal Internasional 5 Biaya upgrade Besar Sedang Besar 6 Kapasitas sistem Besar Besar Kecil 7 Cakupan geografis Kecil Besar Sangat Besar 8  Delay time Kecil Kecil Besar 9 Fading Besar Kecil Kecil Karakteristik Kanal Komunikasi HAPS Kanal komunikasi HAPS dipengaruhi oleh small-scale fading  yaitu fluktuasi sinyal dalam daerah yang sempit dan periode waktu yang sangat singkat. Small-scale fading , atau disebut juga dengan multipath fading , dihasilkan oleh dua macam mekanisme sebagai berikut: ã   time spreading  sinyal sebagai akibat dari multipath , yaitu  Delay Spread    ã   time varying channel  yang disebabkan oleh pergerakan, yaitu  Doppler Spread     Delay Spread   adalah perbedaan waktu antara kedatangan sinyal yang pertama dan sinyal multipath  dilihat oleh stasiun penerima.  Delay spread   bisa memicu terjadinya  Inter Symbol Interference (ISI). Hal ini dikarenakan sinyal multipath  yang tertunda bertumpuk (overlapping)   dan dapat menyebabkan error yang signifikan pada sistem dengan bitrate  yang tinggi. Karena bila bitrate  transmisi ditingkatkan, maka jumlah ISI juga akan meningkat. Pengaruhnya mulai menjadi sangat signifikan ketika delay spread   lebih besar dari ~50% durasi bit.  Doppler spread   yaitu pelebaran spektrum yang disebabkan oleh laju perubahan waktu terhadap kanal (time varying) akibat   Pergeseran relatif antara penerima dan  platform  HAPS. Jika suatu sinyal sinusoidal  f  c  dikirim, spektrum sinyal yang diterima (spektrum  Doppler) akan memiliki rentang frekuensi  f  c -f  d  , dimana  f  d   merupakan  Doppler Shift (frekuensi Doppler). Frekuensi Doppler merupakan besaran yang menunjukkan kecepatan gerak penerima.  Doppler Spread   mengakibatkan berkurangnya daya sinyal dan distorsi sinyal. θ λ  cos v f  d   =    fd   =  Doppler Shift   (frekuensi Doppler) v  = kecepatan pergerakan relatif  λ  = panjang gelombang  frekuensi carrier    (f c) θ   = sudut antara arah propagasi sinyal datang dengan arah pergerakan pengguna. Kanal Rician   Kanal yang sesuai dengan karakteristik teknologi HAPS adalah kanal Rician dan kanal AWGN. Hal ini disebabkan karena posisi HAPS yang berada pada ketinggian 21 km dari permukaan bumi sehingga pancaran dari stasiun pengirim yang ada pada HAPS dengan ground station memiliki satu lintasan (path)  yang bersifat LOS tetapi tidak memungkinkan juga terjadinya multipath fading karena struktur bumi, bangunan maupun pepohonan di sekitar ground station  yang menjadi acuan yang dapat digambarkan dalam distribusi Rician. Perbandingan daya sinyal LOS dan daya sinyal multipath disebut Ricean K-factor   yang menggambarkan kekuatan relatif komponen LOS. PDF dari distribusi Rician dapat ditulis sebagai berikut : 153   FERDINAN   , Kinerja Teknik Transmisi OFDM melalui Kanal HAPS (High Altitude Platform Station) 154 202222 2exp)( σ  σ  σ    RA I  A R R R p       +−=   dengan  R  adalah envelope received signal , σ   adalah daya rata-rata komponen multipath ,  A  adalah daya rata-rata komponen LOS, dan  I  0  adalah fungsi Bessel orde ke nol. Dengan K-factor (K)  =  A 2  /2 σ  2 .   K-factor yang digunakan pada penelitian diperoleh dari penelitian yang terdahulu [3]. K-factor juga merupakan fungsi dari sudut elevasi. TABEL 2.2 PARAMETER RICIAN K-FACTOR  [3]  Elevation angle 2.4 Ghz K factor [dB] Local Mean Received Power [dBm] Standard Deviation of Local Mean Received Power [dB] 10 o 1.4 -89.8 7.6 20 o 2.0 -84.8 7.0 30  o  2.3 -81.4 5.0 40  o  2.7 -78.2 5.1 50  o  4.6 -74.3 3.3 60  o  6.4 -73.5 2.9 70  o  9.2 -73.2 3.6 80  o  12.2 -72.3 1.6 90  o  16.8 -70.1 0.5 III.   OFDM   Orthogonal Frequency Division Multiplexing  (OFDM) adalah teknik transmisi yang menggunakan beberapa buah frekuensi yang saling tegak lurus (orthogonal). Prinsip dari OFDM adalah membagi data yang dikirimkan secara seri menjadi beberapa bentuk aliran data paralel dengan kecepatan bit yang lebih rendah dan menggunakannya untuk memodulasi beberapa pembawa ( carrier  )[15]. Cara kerjanya adalah deretan data informasi yang akan dikirim dikonversikan kedalam bentuk paralel, sehingga jika bit rate  semula adalah B, maka bit rate  untuk setiap jalur paralel adalah B/N dimana N merupakan jumlah jalur paralel (jumlah subcarrier) . Sinyal yang terkirim dapat diekspresikan dengan persamaan matematis sebagai berikut: ( )  ∑ ∞+−∞=+−=      nt  jenT t  f  nbt s θ ω  0Re)(  (2.24) Dengan: Re(.) = bagian real dari persamaan b n   = data informasi yang telah dimodulasi dan menjadi input untuk IFFT  f (t)  = respon impuls dari filter transmisi T   = periode simbol ω 0  = frekuensi pembawa (frequency carrier) II.   PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI PERANGKAT LUNAK Pemancar Gambar 3.1 Blok sistem pengiriman Pembangkitan Bit Informasi Pembangkitan bit informasi dilakukan secara random atau acak yang terdistribusi uniform  dengan nilai antara 0 dan 1. Level threshold   yang digunakan adalah titik 0.5, jadi jika nilai acak yang dibangkitkan lebih kecil dari 0.5 maka nilai akan dikirimkan dengan bit 0, sedangkan jika bit acak yang dibangkitkan lebih besar atau sama dengan 0.5, maka nilai akan dikirimkan dengan bit 1. Konversi Serial ke Paralel Blok serial ke paralel berfungsi untuk mengubah aliran data yang terdiri dari satu baris dan beberapa kolom menjadi beberapa baris dan beberapa kolom. Hasil dari konversi serial ke paralel berupa matriks bit-bit dengan jumlah baris menyatakan jumlah subcarrier   yang digunakan dan jumlah kolom menyatakan jumlah simbol data yang dikirimkan pada tiap subcarrier  . Modulasi Sinyal Setelah melalui serial to paralel , maka sinyal akan memasuki blok modulasi. Pada blok ini sinyal akan dimodulasi sesuai dengan jenis modulasi yang digunakan. Pada simulasi ini jenis modulasi adalah QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Penyisipan Simbol Pilot  Pada simulasi ini penyisipan pilot dilakukan pada domain frekuensi. Simbol pilot disisipkan pada frekuensi subcarrier   tertentu dengan demikian pada frekuensi subcarrier   tertentu tidak lagi mengirim simbol- simbol informasi akan tetapi digunakan untuk mengirim simbol referensi (simbol pilot).  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 pada implementasi bernilai 512.
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks