Fourier and Fourier Transform Why should we learn Fourier Transform?
T1 612005039 DISCRETE FOURIER TRANSFORM SREAD …
Transcript of T1 612005039 DISCRETE FOURIER TRANSFORM SREAD …
i
DISCRETE FOURIER TRANSFORM-SPREAD ORTHOGONAL FREQUENCY
DIVISION MULTIPLEXING PADA JARINGAN GENERASI KEEMPAT (4G)
Oleh:
SINCERA SONIA CONCHITA
NIM : 612005039
Skripsi
Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Ijazah Sarjana Teknik
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
iii
INTISARI
Saat ini jaringan telekomunikasi paling maju adalah Jaringan 4G dimana radio akses
menggunakan OFDM untuk proses downlink dan DFTS-OFDM untuk proses uplink.
DFTS-OFDM memanfaatkan modulasi single carrier dan penghitungan sinyal dalam
ranah frekuensi. Keunggulan dari DFTS-OFDM adalah rendahnya nilai PAPR. PAPR adalah
perbandingan antara daya puncak sinyal dengan daya rata-ratanya.
Pada DFTS-OFDM terdapat 2 metode pemetaan, yaitu IFDMA dan LFDMA. Nilai
PAPR pada metode IFDMA lebih kecil bila dibandingkan dengan nilai PAPR pada metode
LFDMA. Sehingga metode IFDMA lebih bias dipakai dalam DFTS-OFDM sebagai sistem
yang digunakan pada proses uplink pada Jaringan Generasi Keempat.
iv
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis panjatkan ke hadirat
Tuhan Yang Maha Esa sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Penulis
juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah memberikan bimbingan,
bantuan dan dukungan untuk penulisan tugas akhir ini, yaitu :
1. Bunda Maria dan Tuhan Yesus Kristus yang memberikanku hidup, menerangi jalanku
serta membantu penulis agar terus berusaha menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Liem Tiong Ien dan Tan Kim Bie, kakek dan nenek tercinta yang selalu mendukung
penulis dengan menyayangi dan memanjakan penulis serta selalu menjaga penulis dari
surga sana.
3. Florentia Pramushinta Dewi, mamah tercinta yang selalu dengan sabar mendampingi
dan mendukung penulis setiap waktu serta Fransisco Serrano Jevon Philaret, adik
tersayang penulis yang nakal namun selalu mendukung dan menyemangati kapanpun
penulis terpuruk.
4. Marcellus Andri Dwi Prasetyo, ST, tempat penulis memberikan separuh hatinya yang
selalu memberi dukungan dan motivasi.
5. Sherlock “Locky” Holmes, sahabat, saudara serta peliharaan yang selalu bisa membuat
penulis tertawa dan terhibur disaat paling sedih pun.
6. Bapak Budihardja M,M,Eng dan Bapak Dalu Setiaji, M T selaku pembimbing yang
dengan sabar membimbing, memberi saran, masukan serta koreksi yang berharga dalam
penulisan tugas akhir ini.
7. Bapak Handoko, M.Eng selaku Dekan Fakultas Teknik Elektro dan Komputer UKSW
atas segala bantuan dan pengertiannya.
v
8. Bapak Andreas Ardian Febrianto, ST., MT. atas segala bantuan, masukan serta saran
yang berguna bagi penulis.
9. Seluruh tenaga pengajar Fakultas Elektro dan Komputer UKSW atas segala ilmu yang
diperoleh penulis selama mengenyam pendidikan di FTJE-UKSW.
10. Christine Estya Kusuma Sari, ST. sahabat yang selalu menyemangati penulis dengan
segenap jiwa raga serta menyediakan segala keperluan penulis saat di Salatiga.
11. Kristin, Tian, Ira dan seluruh penghuni kos Dipo 42 tercinta atas dukungan dalam doa
serta penerimaan yang baik kepada penulis selama di Salatiga.
12. Sinchi, Pilove, Cheesy, Choco, Andro, Meda, Cherry, Pedro, Boldy, Vio, dan seluruh
hamster penulis baik masih hidup maupun sudah pergi ke Hamster Heaven, yang selalu
menemani dan memberi kebahagiaan bagi penulis.
13. Seluruh mahasiswa angkatan 2005 yang merupakan teman seperjuangan penulis dalam
proses menyelesaikan tugas akhir ini.
14. Miss Yeti dan Miss Ida yang bukan hanya sebagai guru bahasa inggris namun juga
sebagai pendengar yang setia di saat penulis stress serta pemberi saran terbaik yang
pernah penulis dengar.
15. Para kru dan pemain film “3 idiots” yang menjadi inspirasi dan penyemangat bagi
penulis dalam proses pengerjaan tugas akhir ini.
16. Semua pihak yang telah membantu baik secara materiil maupun moriil sehingga tugas
akhir ini dapat diselesaikan.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini jauh dari kata semurna namun penulis berharap
semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Salatiga, September 2012
Penulis
vi
DAFTAR ISI
halaman
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………………………..... i
LEMBAR PENGESAHAN ………………………………………………………….….…… ii
INTISARI ………………………………………………………………………………....… iii
KATA PENGANTAR …………………………………………………………………......... iv
DAFTAR ISI …………………………………………………………………………….…... vi
DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………………...….... ix
DAFTAR TABEL ………………………………………………………………………....... xi
DAFTAR SIMBOL ……………………………………………………………………….... xii
DAFTAR SINGKATAN ……………………………………………………………….….. xiii
BAB I : PENDAHULUAN
1.1 Tujuan ……………………………………………………………………....... 1
1.2 Latar Belakang Masalah …………………………………………………....... 1
1.3 Sistematika Penulisan ……………………………………………………....... 4
BAB II : DASAR TEORI
2.1 Perkembangan Telekomunikasi …………………………………….……....... 8
2.1.1 Proses uplink pada Jaringan 3G ………………………….……......….... 9
2.1.2 Jaringan Long Term Evolution (LTE) ……………………................… 13
2.1.2.1 LTE sebagai Kandidat Jaringan 4G …………….…..........… 13
2.1.2.2 Proses uplink pada Jaringan LTE ………………....…..….... 16
2.1.3 Proses uplink pada Jaringan 4G ……………………………..….…...... 16
vii
2.2. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) ………..........…..... 17
2.2.1 Prinsip Dasar OFDM …………………………………........………...... 17
2.2.2 Sistematika OFDM …………………………………………...........….. 20
2.2.2.1 Demodulasi OFDM …………………………………….....… 20
2.2.2.2 Implementasi OFDM menggunakan IFFT/FFT …………...... 21
2.2.2.3 Penyisipan Cyclic Prefix ……………………………….......... 22
2.2.3 OFDM untuk downlink pada Jaringan 4G ……………………….....… 24
2.3 Peak to Average Power Ratio (PAPR) ………………………………........... 28
2.3.1 Definisi PAPR ……………………………………………………........ 28
2.3.2 PAPR pada OFDM ………………………………………………......... 29
BAB III : DISCRETE FOURIER TRANSFORM SPREAD-OFDM
3.1 Prinsip Dasar DFTS-OFDM ……………………………………………....... 30
3.2 Analisis Matematis ………………………………………………………...... 33
3.3 Penerima DFTS-OFDM …………………………………………………...... 34
3.4 Jenis Pemetaan DFTS-OFDM ………………………………………...….… 37
3.5 DFTS-OFDM untuk uplink pada Jaringan 4G ………………………...….... 39
3.6 Desain Simulasi ……………………………………….………………....…. 43
BAB IV : PAPR PADA DFTS-OFDM
4.1 PAPR pada DFTS-OFDM ………………………………………………...... 51
4.2 Analisis Matematis PAPR pada DFTS-OFDM …………………………...... 58
4.3 Desain Simulasi …………………………………………………………...... 62
viii
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ………………………….……….....................……………...... 66
5.2 Saran ………………………………………………………………………...66
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………….………….....67
LAMPIRAN ………………………………………………………….…………................... 68
ix
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1 Blok diagram OFDM …………………………………………………......…… 18
Gambar 2.2 Modulasi OFDM ……………………………………………………….…..….. 18
Gambar 2.3 Demodulasi OFDM ………………………………………………….…..…….. 21
Gambar 2.4 Modulasi OFDM dengan proses IFFT ………………………………...………. 22
Gambar 2.5 Perkiraan penerimaan sinyal ………………………………………...………… 23
Gambar 2.6 Penyisipan Cyclic Prefix ………………………………………….....………… 24
Gambar 2.7 Downlink Resource Grid …………………………………………...………….. 26
Gambar 2.8 Struktur Frame Tipe 1 ………………………………………………...……….. 27
Gambar 2.9 Struktur Frame Tipe 2 …………………………………………..……….…….. 28
Gambar 3.1 Blok Diagram DFTS-OFDM .............................................................................. 32
Gambar 3.2 (a) Spektrum dasar DFTS-OFDM ....................................................................... 33
Gambar 3.2 (b) Spektrum multi-carrier DFTS-OFDM .......................................................... 33
Gambar 3.3 Penerima DFTS-OFDM ...................................................................................... 35
Gambar 3.4 Persamaan Ranah Frekuensi ............................................................................... 35
Gambar 3.5 Penyisipan Cyclic Prefix ..................................................................................... 37
Gambar 3.6 Perbedaan Localized dan Distributed Mapping ………………........………….. 38
Gambar 3.7 Pemetaan DFTS-OFDM ..................................................................................... 39
Gambar 3.8 Skema Transmisi DFTS-OFDM ………………………………...........……….. 40
Gambar 3.9 Uplink Resource Block ………………………………………...…….………… 41
Gambar 3.10 Blok Diagram SC-FDMA yang Digunakan untuk Simulasi …....….………… 43
Gambar 4.1 PAPR pada OFDM ............................................................................................. 52
Gambar 4.2 Power Amplifier …………………………………………………............……. 52
x
Gambar 4.3 Sinyal Input OFDM ……………………………………..….………………… 53
Gambar 4.4 Proses pengiriman data pada DFTS-OFDM ……………....…..……………… 56
Gambar 4.5 Metode Pemetaan pada Subcarrier ……………………………..…………….. 57
Gambar 4.6a Pengiriman Simbol DFTS-OFDM dalam Ranah Frekuensi ……..….……….. 58
Gambar 4.6b Pengiriman Simbol DFTS-OFDM dalam Ranah Waktu …………..…….…... 58
Gambar 4.7 Blok Diagram Modulator SC-FDMA untuk Simulasi ……………….......…… 62
Gambar 4.8 Grafik perbandingan CCDF dari PAPR untuk IFDMA dan LFDMA
menggunakan filter pulse shaping (filter Root raised-cosine) dan tanpa filter pulse
shaping (M=256, N=64, QPSK, BW=5MHz) ……………………………..….. 65
xi
DAFTAR TABEL
halaman
Tabel 2.1 Parameter resource block untuk downlink ……………………………………….. 25
Tabel 3.1 Parameter resource block uplink ………………………………………….....…… 42
xii
DAFTAR SIMBOL
Nama Simbol Arti Simbol
R Jumlah bit rate
N Jumlah subcarrier
x(t) Sinyal masukan modulasi
m Simbol OFDM
k Simbol subcarrier
xk(t) Nilai k yang termodulasi oleh subcarrier
fk Frekuensi subcarrier
����� Simbol modulasi
Tu jumlah integer dari eksponensial kompleks selama
interval proses demodulasi terintegrasi
TCP panjang cyclic prefix
��� Jumlah simbol OFDM pada downlink
������
�� Jumlah subcarrier pada resource block
W Filter pada ranah frekuensi
Pmax Daya maksimal
Pav Daya rata-rata
r(t) Sinyal baseband
���� Hasil ranah frekuensi dari proses subcarrier mapping
T Periode pencuplikan simbol
T� Periode pencuplikan simbol setelah proses subcarrier
mapping
xiii
DAFTAR SINGKATAN
Nama Singkatan Keterangan
3GPP Third Generation Partnership Project
ACI Adjacent Channel Interference
ARQ Automatic Repeat reQuest
BS Base Station
BSC Base Station Controller
CDMA Code Division Multiple Access
CP Cyclic Prefix
DCH Dedicated Channel
DFT Discrete Fourier Transform
DFTS-OFDM Discrete Fourier Transform Spread-OFDM
DwPTS Downlink Pilot Timeslot
EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution
EPC Evolved Packet Core
E-UTRAN Evolved-UTRAN
FDD Frequency Division Duplex
FDMA Frequency Division Multiple Access
FFT Fast Fourier Transform
GP Guard Period
GPRS General Packet Radio Service
GSM Global System for Mobile communication
HSDPA High Speed Downlink Packet Access
xiv
HSUPA High Speed Uplink Packet Access
IBI Inter Block Interference
IBO Input Power Back Off
ICI Inter Carrier Interference
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
IFDMA Interleaved Frequency Division Multiple Access
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
IMT International Mobile Telecommunication
ISI Inter-Symbol Interference
LFDMA Localized Frequency Division Multiple Access
LTE Long Term Evolution
MA Multiple Access
MIMO Multiple Input Multiple Output
NodeB Logical node handling transmission/reception in
multiple cells
OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PA Power Amplifier
PAPR Peak to Average Power Ratio
PRB Physical Resource Block
PSK Phase Shift Keying
PUSCH Physical Uplink Shared Channel
RB Resource Block
RMS Root Mean Square
SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access
SNR Signal to Noise Ratio