(journal) azis muslim - fft performance ofdm analysis using matlab

Analisa Performa Titik FFT/IFFT Pada OFDM Sistem Dengan Matlab

Azis Muslim ST1, Dr. Debyo Saptono, ST MT

2

1,2

Teknik Elektro, Teknologi Industri, Universitas Gunadarma 3 Jl. Margonda Raya No. 100, Pondok Cina, Depok 16424

1 [email protected],

2 [email protected]

Abstrak

Dalam memenuhi kebutuhan akan teknologi telekomunikasi yang cepat, berkapasitas besar dan tahan terhadap

gangguan, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) adalah salah satu alternatif yang dapat dipilih.

OFDM merupakan teknik transmisi multicarrier dimana sinyal dibagi menjadi beberapa sinyal dan setiap sinyal

bersifat orthogonal atau tegak lurus sehingga tidak terjadi interferensi satu sama lain. Dalam penulisan ini, sistem

OFDM disimulasikan menggunakan MATLAB dengan beberapa titik IFFT/FFT untuk dibandingkan hasilnya

sehingga dapat diketahui pengaruh titik IFFT/FFT pada sistem OFDM dan dapat ditentukan titik IFFT/FFT yang

optimal. Hasil simulasi berupa grafik plot antara bit error rate (BER) dan signal to noise-ratio (SNR). Hasil

simulasi tersebut menunjukan bahwa jumlah titik IFFT/FFT mempengaruhi nilai BER dan SNR namun tidak

bersifat linear sehingga untuk menentukan jumlah titik IFFT/FFT yang optimal harus melalui uji coba karena

tidak dapat diprediksi.

Kata kunci : OFDM, IFFT, FFT, BER, SNR

1. Pendahuluan

Di era digital seperti sekarang, semua orang

dapat berkomunikasi satu sama lain dengan mudah

dimanapun dan kapanpun. Bukan hanya sekedar

percakapan namun kita dapat berbagi gambar, suara

maupun video dengan mudah. Berkembangnya

perangkat komunikasi membuat kebutuhan kita juga

menjadi berkembang. Untuk dapat mendapatkan

informasi setiap harinya, kita membutuhkan akses

transmisi yang cepat, optimal dan tahan terhadap

gangguan. Layanan seperti konferensi video, voip,

dan aplikasi digital multimedia membutuhkan

kecepatan transmisi yang tinggi dengan kapasitas

user yang besar.

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

(OFDM) adalah salah satu teknik modulasi yang

dapat memenuhi kebutuhan akses transmisi yang

cepat dengan efesiensi bandwidth. OFDM

memodulasi sinyal menjadi multicarrier yang saling

orthogonal dan saling bertumpuk (overlaping) tanpa

ada interferensi sehingga lebih tahan terhadap noise

dan multipath fading.

Dalam paper ini, penulis menganalisis skema

modulasi OFDM dengan mengubah jumlah

IFFT/FFT yang berpengaruh pada jumlah

subcarriers, kemudian dibandingkan untuk dianalisa

pengaruhnya terhadap bit error rate sinyal sehingga

dapat ditentukan modulasi OFDM mana yang

optimal.

2. Landasan Teori 2.1 Konsep Dasar Orthogonal Frequency

Division Multiplexing (OFDM)

OFDM merupakan modulasi multicarrier

dimana sinyal carrier bersifat tegak lurus dan

ditempatkan berdempet satu sama lain tanpa terjadi

interferensi pada sinyal tersebut.

Gambar 2.1 Konsep Dasar OFDM[9]

Sinyal yang overlap menyebabkan pemakaian

bandwidth yang sedikit. Hal tersebutlah yang

menyebabkan OFDM mendukung proses transmisi

yang cepat dengan kapasitas user yang besar [9].

(1.2) m) (n 0N

m2cos

N

n2cos

:Time Discrete

m)(1.1) (n 0)2cos()2cos(

:Time Continuous

1-N

0k

000

kk

dttmftnfT

Dua sinyal dikatakan tegak lurus saat integral

dari sinyal tersebut selama satu periode adalah nol

seperti dijelaskan pada persamaan 1.1 dan 1.2 [6]

2.2 Aplikasi OFDM

OFDM telah dipilih untuk berbagai macam

teknologi telekomunikasi baik yang sedang berjalan

maupun untuk teknologi masa depan. Dengan

karakteristik yang multicarrier, bandwidth yang

efesien, kecepatan yang tinggi dan tahan terhadap

gangguan membuat OFDM cocok untuk diterapkan.

Beberapa aplikasi tersebut diantaranya untuk high-

speed wireless application seperti (Long Term

Evolution) LTE, Wimax, (Digital Audio Broadcast)

DAB maupun Terrestrial Digital Video Broadcast

(DVB-T) System dan untuk wired system seperti

ADSL dan beberapa teknologi yang mendukung

transimisi data yang cepat [7].

2.3 Titik IFFT/FFT Pada OFDM

Untuk mengubah sinyal subcarrier menjadi

sinyal yang saling tegak lurus (orthogonal), data

terlebih dahulu dikombinasikan kedalam IFFT/FFT

sesuai dengan jumlah titiknya. Jumlah titik

IFFT/FFT berupa 2N (dimana N adalah bilangan

integer) contohnya 16. 32, 64 dan seterusnya. Setiap

sinyal yang telah dikonversi merupakan sinyal yang

berbeda dan saling tegak lurus. Dengan

menggunakan proses IFFT/FFT, maka proses pada

transmitter dan receiver harus sama satu sama lain.

Seperti yang ditunjukan oleh gambar berikut[7].

Gambar 2.2 Blok Diagram FFT pada OFDM[7].

Dalam prakteknya, sistem OFDM

menggunakan kombinasi dari Fast Fourier Transtfer

(FFT) dan Invers-Fast Fourier Transform (IFFT)

yang setara dengan DFT dan IDFT secara

matematis, sistem OFDM meperlakukan sumber

seperti sinyal pada domain frekuensi sehingga

diberikan blok IFFT pada transmitter agar berubah

menjadi domain waktu. Output dari IFFT merupakan

penjumlahan dari semua sinusoid N dan membuat

sebuuah simbol OFDM tunggal. Sedangkan pada

receiver diberlakukan sebaliknya [10].

3. Desain dan Perancangan

3.1 Desain Sistem OFDM

Sistem OFDM yang disimulasikan pada tulisan

ini berpacu pada diagram blok pada gambar 3.1

dimana sistem OFDM dibagi menjadi tiga bagian

yaitu transceiver, channel dan receiver. Transceiver

merupakan proses pada saat sinyal dikirimkan dan

receiver adalah proses penerimaan sinyal tersebut.

Saat sinyal dipancarkan oleh tranceiver, sinyal

tersebut akan melewati blok channel atau udara

bebas sebelum diterima oleh receiver. Chanel

tersebut berisi gangguan mulai dari noise, clipping

sampai multipath fading.

Gambar 3.1 Blok Diagram OFDM

3.1.1 Random Data Generator

Random data generator adalah suatu generator

untuk memodelkan sinyal input pada sitem OFDM.

Random data tersebut berupa bilangan integer acak.

3.1.2 Parallel to Serial

Blok parallel to serial berfungsi untuk

mengubah data input menjadi beberapa baris dan

kolom. Data diubah menjadi matriks bit-bit.

3.1.3 QAM Modulation

Pada blok ini, sinyal dimodulasi sesuai dengan

modulasi yang diinginkan. Pada penulisan ini,

modulasi menggunakan QAM.

3.1.4 Invers Fast Fourier Transform

Blok IFFT bertujuan untuk membangkitkan

frekuensi subcarrier yang ortogonal dan mengubah

sinyal dari domain frekuensi ke domain waktu.

3.1.5 Guard Period Insertion

Guard Period adalah menempatkan sinyal tak

bermakna atau kosong diantara sinyal informasi

yang bertujuan untuk mencegah Inter-symbol

Interfrence pada proses transmisi.

3.1.6 Serial to Parallel

Pada blok ini, sinyal di conversi menjadi seri

agar dapat ditransmisikan sehingga transceiver

mentransikan sinyal seri.

3.1.7 Channel

Channel merupakan udara bebas atau ruang

antara transmitter dan receiver. Pada proses inilah

sinyal biasanya mendapat gangguan baik berupa

fading ataupun noise.

3.1.8 Guard Period Removal

Guard Period Removal berada pada receiver.

Blok ini berguna untuk menghilangkan guard period

yang sudah disisipkan pada sinyal oleh transmitter.

3.1.9 QAM Demodulation

Untuk mendapatkan informasi yang

dikirimkan, sinyal kemudian di modulasi pada blok

ini.

3.2 Parameter of OFDM Simulation

Simulasi pada penulisan ini menggunakan

beberapa batasan parameter seperti yang ditunjukan

pada tabel dibawah ini.

Tabel 3.1 Parameter Sistem OFDM

No Parameter Value

1 Modulation

Carrer

4-QAM, 16-QAM, 64-

QAM, dan 128-QAM

2 IFFT/FFT size 16, 32, 64, 128, 256,

512, dan 1024

3 Guard Interval

1/4

4 Channel AWGN

5 SNR length 15

6 Nloop 100

Simulasi ini adalah membandingkan pengaruh

IFFT/FFT pada OFDM dan mencari jumlah titik

optimal yang dapat dirancang. Titik IFFT/FFT yang

dibandingkan adalah 16, 32, 64, 128, 256, 512, dan

1024. Agar hasil simulasi lebih akurat, penulis

membandingkan perbandingan titik IFFT/FFT

tersebut dengan beberapa modulasi yaitu 4-QAM,

16-QAM, 64-QAM, dan 128-QAM. Modulasi QAM

dipilih karena mengacu pada penelitian sebelumnya

bahwa modulasi QAM merupakan modulasi yang

memiliki BER rendah pada sistem OFDM

[1][2][3][4][5].

3.3 Alat Simulasi dan Algoritma

Simulasi pada penulisan ini menggunakan

software MATLAB versi 2012. Matlab merupakan

software dengan bahasa permrograman tingkat

tinggi dan interaktif untuk perhitungan numerik,

visualisasi, dan pemrograman. MATLAB juga dapat

digunakan untuk menganalisis data,

mengembangkan algoritma, dan membuat model

dan aplikasi [11].

Dalam mensimulasikan OFDM pada matlab,

penulis menggunakan flowchart seperti dibawah ini.

Gambar 3.2 Flowchart Simulasi OFDM

Parameter diinisialisasikan terlebih dahulu

sesuai dengan kebutuhan seperti yang tunjukan oleh

tabel 3.1 kemudian menentukan nilai rasio kesalahan

bit (EbN0), karena hasil simulasi berupa grafik

perbandingan BER dengan SNR maka nilai EbN0

sama dengan nilai SNR dengan increament 1.

Setelah itu data akan diproses dalam blok

transmitter. Blok transmitter terdiri dari random data

generator, pengaturan modulasi, pengaturan IFFT,

pensisipan guard interval dan konversi sinyal dari

paralel ke seri. Sinyal dalam bentuk seri tersebut

dikirimkan menuju blok channel. Pada blok channel

sinyal akan diberikan gangguan berupa noise. Model

channel yang digunakan pada simulasi ini adalah

AWGN. Setelah melalui blok channel, sinyal akan

didemodulasi pada blok reciever. Bagian receiver ini

terdiri dari konversi serial ke paralel, penghilangan

guard interval, pengaturan FFT dan pengaturan

demodulasi. Langkah selanjutnya adalah

perhitungan BER dengan membandingkan data

sebelum dikirim dan data setelah diterima. Proses ini

terus dilakukan sampai jumlah BER sama dengan

SNR. Jika telah mencapai jumlah yang ditentukan

maka hasil perhitungan tersebut akan diplot kedalam

grafik.

4. Hasil Simulasi dan Analisis

Hasil dari simulasi disajikan dalam bentuk

grafik plot yang membandingkan nilai BER dan

SNR. Hasil dari simulasi tersebut dapat dilihat pada

grafik dibawah ini.

4.1 Perbandingan Pengaruh IFFT/FFT Pada 4-QAM

Gambar 4.1 Grafik Plot Sistem OFDM 4-QAM Pada

Beberapa Titik IFFT/FFT

Tabel 4.1 Perbandingan BER dan SNR Pada

Simulasi 4-QAM


Gambar 4.2 Grafik Plot Sistem OFDM 16-QAM

Pada Beberapa Titik IFFT/FFT


Simulasi 16-QAM





Simulasi 64-QAM





Simulasi 128-QAM

4.5 Analisa

Plot diagram menunjukan pola dari SNR dan

BER pada setiap tipe QAM. Pada 4-QAM, plot

diagram melengkung kedalam. Pada 16-QAM dan

yang lainnya, plot diagram melengkung keluar. Pada

IFFT/FFT yang tinggi, kurva plot diagram semakin

halus, sedangkan pada titik IFFT/FFT rendah, kurva

semakin tidak teratur.

Dari tabel dan grafik diatas, dapat dilihat

bahwa perubahan titik IFFT/FFT pada SNR yang

sama memberikan pengaruh terhadap nilai BER

Namun perubahan BER yang disebabkan oleh

perubahan titik IFFT/FFT tidak dapat diramalkan.

Jika diamati secara horisontal dimana nilai SNR

adalah sama, IFFT/FFT bekerja secara acak dan

tidak terdapat pola untuk menentukan jumlah titik

optimal maupun pengaruh IFFT/FFT terhadap BER.

Seperti pada tabel 4.1, pada saat nilai SNR adalah 0,

nilai BER terkecil dihasilkan oleh 16 titik IFFT/FFT

dengan nilai 0.2456, sedangkan BER tertinggi

dihasilkan oleh 64 titik IFFT/FFT dengan nilai

0.2533. Berbeda dengan SNR 1, BER terkecil justru

dihasilkan oleh 32 titik IFFT/FFT dan BER terbesar

berada pada 16 titk IFFT/FFT. Begitu pula pada

tabel lain, naik turunnya BER tidak konstan dan

tidak linier terhadap IFFT/FFT.

5. Kesimpulan

Simulasi pada penulisan ini adalah

membandingkan pengaruh jumlah titik IFFT/FFT

pada sistem OFDM 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM

dan 128-QAM dengan parameter dan batasan-

batasan yang telah disebutkan sebelumnya diatas.

Dari hasil simulasi dan analisa, beberapa kesimpulan

yang dapat diambil oleh penulis adalah:

a) Jumlah titik IFFT/FFT mempengaruhi nilai BER pada SNR tertentu, namun tidak bersifat

linear sehingga tidak dapat diprediksi.

b) Semakin tinggi nilai IFFT/FFT, curva plot semakin halus dan mengalami penurunan BER

yang teratur.

c) Jumlah titik IFFT/FFT optimal ditentukan dengan melihat SNR terkecil untuk

menghasilkan BER. Namun untuk menentukan

jumlah titik optimal tersebut harus melalui uji

coba dan simulasi dengan parameter-parameter

yang dibutuhkan karena tidak bersifat linear

sehingga tidak dapat diprediksi.

Adapun saran penulis untuk penelitian selanjutnya

adalah parameter yang digunakan harus lebih

banyak dan detail, misalnya pada simulasi ini SNR

dibatasi hanya mencapai nilai 15 dan beberapa

parameter lain seperti channel yang berbeda, jenis

guard interval, maupun parameter-parameter lain

yang belum diperhatikan pada simulasi ini. Dengan

penelitian lebih lanjut akan terlihat pengaruh jumlah

IFFT/FFT pada proses transmisi sehingga dapat

diprediksi berapa jumlah titik IFFT/FFT optimal

tanpa harus melalui uji coba.

Daftar Pustaka:

[1]. Sudhartanto, Aristyo., Agus Wardijono, Beta., Analisis Kinerja Modulasi M-ary

QAM Pada Sistem OFDM, Jurnal Ilmiah

KOMPUTANSI, STMIK Jakarta, Volume

12 Nomor 1, Juni 2013.

[2]. S.S.Ghorpade, S.V.Sankpal, Behaviour of

OFDM System using MATLAB

Simulation, International Journal of

Advanced Computer Research (ISSN

(print):2249-7277 ISSN (online):2277-

7970), Volume-3 Number-2 Issue-10 June

2013.

[3]. C.Padmaja, Dr.B.L.Malleswari, Bit Error Rate Performance Analysis of OFDM

Using Matlab Simulation, International Journal of Engingeering Research and

Application (IJERA) ISSN:2248-9622,

Vol.2 Issue5, September-Oktober 2012.

[4]. Sharma, Deepak., Srivastava, Praveen.,

OFDM Simulator Using Matlab.

International Journal of Emerging

Technology and Advanced Engineering.

Volume 3, Issue 9, September 2013.

[5]. Abdillah, Kusuma., Moegiharto, Yoedy.,

Analisis Kinerja Orthogonal Frequency

Division Multiplexing (OFDM) Berbasis

Perangkat Lunak, Institut Teknologi

Sepuluh November, http://repo.eepis-

its.edu/300/1/1161.pdf diunduh pada

November, 2013.

[6]. Erich Cosby, Orhogonal Frequency Division Multiplexing: Tutorial and

Analysis. Virginia Tech. December 11,

2001.

[7]. Kamaru Adza B.K. Design And Implementation Of OFDM Transmitter And

Receiver On FPGA Hardware. Masters thesis, Universiti Teknologi Malaysia.

2005.

[8]. E. Lawyer. The Suitability of OFDM As a Modulation Technique For Wireless

Telecomunications, With a CDMA

Comparison. Masters thesis, James Cook University, October 1997.

[9]. Anonim. OFDM and Multi-channel Communication Systems. Diterima dari

http://www.ni.com/white-paper/3740/en/.

Diakses pada Desember 2013.

[10]. Ove Edfors, Magnus Sandell, Jan-Jaap V. Beek, Daniel Landstrom, Frank Sjoberg. An

Introduction to Orthogonal Frequency-

Division Multiplexing. September 1996.

Diterima dari

http://www.sm.luth.se/csee/sp/research/repo

rt/esb96rc.pdf. Diakses pada Desember

2013 .

[11]. Anonim. MATLAB. Didapatkan dari http://www.mathworks.com/products/matla

b/. Diakses pada Desember 2013.

[12]. Mahmoud Al-dababses, OFDM-AWGN. Didapatkan dari

http://www.mathworks.com/matlabcentral/f

ileexchange/40297-ofdm-

awgn/content/OFDM_Noise.m. Diakses

pada Desember 2013.

(journal) azis muslim - fft performance ofdm analysis using matlab

Documents