OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) merupakan teknik

modulasimulticarrier, dimana antar subcarriernya satu dengan yang lain saling ortogonal.

Karena sifat ortogonalitas ini, maka antar subcarrier yang berdekatan bisa

dibuat overlapping tanpa menimbulkan efek intercarrier interference (ICI). Hal ini akan

membuat sistem OFDM mempunyai efisiensi spektrum yang lebih tinggi jika dibandingkan

dengan teknik modulasimulticarrier konvensional.

Konsep dari OFDM adalah membagi data rate sinyal informasi wideband menjadi

deretan data paralel dengan data rate yang lebih rendah sehingga akan didapatkan deretan

paralel sinyal dengan data rate rendah (narrowband), kemudian data-data paralel tersebut

dimodulasi dengan subcarrier yang saling ortogonal.

Hal ini merupakan salah satu keuntungan dari penggunaan OFDM, karena kanal yang

semula bersifat frequency selective fading akan dirasakan seperti kanal flat fading oleh masing-

masing subcarrier, sehingga distorsi sinyal akibat perlakuan kanal multipath fading menjadi

berkurang. Penggunaan discrete fourier transform (DFT) pada sistem OFDM akan mengurangi

tingkat kompleksitas sistem pengirim dan penerima.

Dengan penggunaan DFT maka tidak diperlukan banyak osilator, mixer danfilter untuk

masing-masing subcarrier. DFT digunakan untuk menghasilkan sub carrier yang ortogonal,

untuk mempersingkat waktu komputasi dapat diimplementasikan algoritma Fast Fourier

Transform (FFT).

Keunggulan

Efisien dalam pemakaian frekuensi  

Untuk memperjelas perbedaan OFDM, baik dalam operasi dasarnya maupun dalam segi

efisiensi spektrumnya, dengan sistem single carrier, dan juga dengan sistem multicarrier

konvensional, Dari gambar tersebut bisa dilihat, bahwa OFDM adalah salah satu jenis dari

multicarrier (FDM), tetapi memiliki efisensi pemakaian frekuensi yang jauh lebih baik.

Pada OFDM overlap antar frekuensi yang bersebelahan diperbolehkan, karena masing-

masing sudah saling orthogonal, sedangkan pada sistem multicarrier konvensional untuk

mencegah interferensi antar frekuensi yang bersebelahan perlu diselipkan frekuensi penghalang

(guard band), dimana hal ini memiliki efek samping berupa menurunnya kecepatan transmisi

bila dibandingkan dengan sistem single carrier dengan lebar spektrum yang sama. Sehingga

salah satu karakteristik dari OFDM adalah tingginya tingkat efisiensi dalam pemakaian

frekuensi. 

Selain itu pada multicarrier konvensional juga diperlukan band pass filter sebanyak

frekuensi yang digunakan, sedangkan pada OFDM cukup menggunakan FFT saja.  

Kuat menghadapi frequency selective fading

Karakter utama yang lain dari OFDM adalah kuat menghadapi frequency selective

fading. Dengan menggunakan teknologi OFDM, meskipun jalur komunikasi yang digunakan

memiliki karakteristik frequencyselective fading (dimana bandwidth dari channel lebih sempit

daripada bandwidth dari transmisi sehingga mengakibatkan pelemahan daya terima secara tidak

seragam pada beberapa frekuensi tertentu), tetapi tiap sub carrier dari sistem OFDM hanya

mengalami flat fading (pelemahan daya terima secara seragam).

Pelemahan yang disebabkan oleh flat fading ini lebih mudah dikendalikan, sehingga

performansi dari sistem mudah untuk ditingkatkan.  

Teknologi OFDM bisa mengubah frequency selective fading menjadi flat fading, karena

meskipun sistem secara keseluruhan memiliki kecepatan transmisi yang sangat tinggi sehingga

mempunyai bandwidth yang lebar, karena transmisi menggunakan subcarrier (frekuensi

pembawa) dengan jumlah yang sangat banyak, sehingga kecepatan transmisi di

tiap subcarrier sangat rendah dan bandwidth dari tiap subcarrier sangat sempit, lebih sempit

daripada coherence bandwidth (lebar daripada bandwidth yang memiliki karakteristik yang

relatif sama). Perubahan dari frequency selective fading menjadi flat fading bisa diilustrasikan

seperti gambar 4.  

Tidak sensitif terhadap sinyal tunda  

Keuntungan yang lainnya adalah, dengan rendahnya kecepatan transmisi di

tiap subcarrier berarti periode simbolnya menjadi lebih panjang sehinnga kesensitifan sistem

terhadap delay spread (penyebaran sinyal-sinyal yang datang terlambat) menjadi relatif

berkurang.  

Kelemahan

Sebagai sebuah sistem buatan menusia, tentunya teknologi OFDM pun tak luput dari

kekurangan-kekurangan. Diantaranya, yang sangat menonjol dan sudah lama menjadi topik

penelitian adalah frequency offset dan nonlinear distortion (distorsi nonlinear).  

Frequency Offset

Sistem ini sangat sensitif terhadap carrier frequency offset yang disebabkan oleh jitter

pada gelombang pembawa (carrier wave) dan juga terhadap Efek Doppler yang

disebabkan oleh pergerakan baik oleh stasiun pengirim maupun stasiun penerima.  

Distorsi Nonlinear  

Teknologi OFDM adalah sebuah sistem modulasi yang menggunakan multi-frekuensi

dan multi-amplitudo, sehingga sistem ini mudah terkontaminasi oleh distorsi nonlinear

yang terjadi pada amplifier dari daya transmisi.  

Sinkronisasi Sinyal  

Pada stasiun penerima, menentukan start point untuk memulai operasi Fast Fourier

Transform (FFT) ketika sinyal OFDM tiba di stasiun penerima adalah hal yang relatif

sulit. Atau dengan kata lain, sinkronisasi daripada sinyal OFDM adalah hal yang sulit.

Protokol OFDMA pada WiMAX

Walaupun algoritma Scheduling tidak perlu dispesifikasikan oleh standar WiMAX, dan

karenanya tidak dispesifikasi, namun ada beberapa hal penting yang perlu distandarisasi, berupa:

subkanalisasi, pesan mapping, dan ranging.

Subkanalisasi

Pada WiMAX, pengguna lebih cenderung dialokasikan blok subcarrier daripada

subcarrier individual, dengan tujuan untuk memperkecil kompleksitas dari algoritma alokasi

subcarrier dan penyederhanaan dari mapping message. Asumsikan bahwa ada user sebanyak k

yang dialokasikan pada sebuah blok dari Lk , subcarrier Lk ini bisa dibagikan merata sepanjang

bandwidth (Distributed Subcarrier Permutation), atau seluruhnya berada pada satu jangkauan

frekuensi tertentu (Adjacent Subcarrier Permutation).

Keuntungan utama yang diperoleh dari sistem Distributed Subcarrier Permutation ini

adalah diversitas frekuensi yang meningkat dan ketahanan dari sistem; kelebihan dari Adjacent

Subcarrier Permutation adalah diversitas multiuser yang meningkat.

Mapping message

Agar Mobile Station (MS) dapat mengetahui subcarrier mana yang tersedia untuknya,

maka Base Station (BS) harus membroadcast informasi ini pada pesan DL MAP. Sama halnya,

BS menginformasikan kepada setiap MS subcarrier mana yang bisa digunakan melalui pesan UL

MAP.

Sebagai tambahan mengkomunikasikan alokasi subcarrier DL dan UL kepada MS, MS

juga harus diinformasikan tentang burst profile yang digunakan pada DL dan UL. Burst Profile

berdasar pada nilai SINR dan BLER yang diukur pada kedua link dan mengidentifikasi level

modulasi dan coding yang cocok untuk digunakan.

Ranging

Setiap MS memiliki jarak yang unik dari Base Station, karena itu sangatlah penting pada

uplink dilakukan sinkronisasi simbol dan equlisasi level daya yang diterima diantara MS yang

aktif. Proses ini dikenal sebagai ranging; ketika dimulai, ranging meminta BS untuk

mengestimasi kekuatan dari kanal dan waktu kedatangan dari MS yang sedang dipertanyakan.

Sinkronisasi dari downlink tidak diperlukan, karena link ini telah disinkronisasi, namun untuk

uplink, user (pengguna) yang aktif perlu disinkronisasi paling tidak dalam rentang waktu jaga

cyclic prefix. Jika tidak, ISI (Inter Symbol Interference) dapat timbul.

Sama halnya, walaupun kontrol terhadap daya downlink direkomendasikan

penggunaannya untuk mencegah interferensi dari sel yang bersebelahan, namun penggunaannya

bisa dihapuskan. Kontrol terhadap daya Uplink penting untuk:

1. meningkatkan waktu hidup baterai

2. mengurangi interferensi daya dari sel yang bersebelahan

3. mencegah diabaikannya pengguna yang berada pada jarak yang sangat jauh dari sel

Analisis Data Sistem OFDM pada WiMAX

Analisis yang akan dilakukan pada simulasi ini adalah membandingkan BER terhadap

Eb/No untuk masing-masing CP pada setiap modulasi yang akan digunakan. Simulasi ini juga

dilakukan menggunakan pengkodean dan tanpa pengkodean.

Menggunakan Pengkodean

Simulasi yang dilakukan dengan menggunakan pengkodean ada 2, yaitu:

a. Modulasi 16QAM

Untuk menganalisis BER sistem OFDM pada WiMAX dengan modulasi 16QAM maka dilakukan beberapa simulasi dengan perbedaan CP setiap simulasinya.

1. Hasil simulasi untuk CP = 0 didapat data seperti pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Hasil BER untuk Sistem OFDMpada WiMAX CP = 0

Pengaruh Eb/No terhadap BER pada kanal AWGN dapat dilihat pada saat Eb/No 0 dB didapat

nilai BER sebesar 0.4945422535 dan pada saat Eb/No 5 dB didapat nilai BER sebesar

0.3093309859 dB. Lamanya waktu simulasi yang dilakukan adalah 51.2406 detik. Dari Tabel

4.2, maka didapat grafik perbandingan antara Eb/No dan BER.

Eb/No(dB) BER Simulasi

0 0.4945422535

5 0.3093309859

10 1.99502064427 E-4

15 3.4783860252 E-12

20 1.8174044409 E-41

25 4.702349374 E-154

30 0

Gambar 4.1 Perbandingan Eb/No dengan BER tanpa CP

Dari Gambar 4.1 terlihat perbandingan antara Eb/No dan BER yang

diterapkan pada OFDM tanpa pengaruh CP (CP=0). Untuk nilai Eb/No 1 dB atau

dapat dikatakan noise yang dibangkitkan adalah sangat besar dibandingkan

dengan energi bit menyebabkan tingkat kesalahan dari sistem menjadi tinggi.

Pemberian niali Eb/No yang semakin tinggi akan menyebabkan noise yang

dibangkitkan semakin kecil sehingga performansi dari sistem akan menjadi lebih

baik.