ANALISIS PERBANDINGAN PERFORMANSI SISTEM MC-SS … Awal.pdf3.5.2 Alur Analisis Sistem MC-SS MIMO dengan Variasi Variabel Spreading Factor dan Kanal ..... 48 3.5.3 Jadwal Penyusunan

SKRIPSI HALAMAN SAMPUL DEPAN

ANALISIS PERBANDINGAN PERFORMANSI

SISTEM MC-SS MIMO DENGAN OFDM MIMO PADA

KANAL FADING

NI PUTU EKA APSARI YUNIARI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

ii

SKRIPSI HALAMAN SAMPUL DALAM

ANALISIS PERBANDINGAN PERFORMANSI

SISTEM MC-SS MIMO DENGAN OFDM MIMO PADA

KANAL FADING

NI PUTU EKA APSARI YUNIARI

1204405029

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

iv

LEMBAR PERSYARATAN GELAR

ANALISIS PERBANDINGAN PERFORMANSI SISTEM MC-SS MIMO

DENGAN OFDM MIMO PADA KANAL FADING

Tugas Akhir Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1

(Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas Teknik Universitas

Udayana

NI PUTU EKA APSARI YUNIARI

1204405029

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2016

vi

UCAPAN TERIMAKASIH

Pertama-tama, penulis panjatkan puji syukur kehadapan Ida Sang Hyang

Widhi Wasa, Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat asung kertha wara nugraha-

Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul “Analisis Perbandingan

Performansi Sistem MC-SS MIMO Dengan OFDM MIMO pada Kanal Fading” ini

dengan baik.

Dalam penyusunan Skripsi ini, penulis mendapatkan petunjuk, bantuan, dan

bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada kesempatan

ini, pertama-tama penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada Ibu Ni

Made Ary Esta Dewi Wirastuti, S.T., M.Sc., Ph.D selaku Dosen Pembimbing I dan

Bapak I Gst. A. Km. Diafari Djuni H, ST., MT selaku Dosen Pembimbing II

sekaligus sebagai Pembimbing Akademik yang dengan penuh perhatian dan

kesabaran telah membimbing, mengarahkan, mendorong, membantu dan memberi

semangat serta dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini

Selanjutnya penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada Bapak Prof.

Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Udayana atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk

bergabung dalam civitas akademika Fakultas Teknik Universitas Udayana. Tidak

lupa penulis ucapkan terimakasih kepada Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T.,

M.Eng.Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro dan Komputer Fakultas

Teknik Universitas Udayana atas fasilitas dan kesempatan yang diberikan kepada

penulis untuk mengikuti serta menyelesaikan pendidikan di Jurusan Teknik Elektro

dan Komputer Universitas Udayana. Serta kepada seluruh dosen pengajar di jurusan

Teknik Elektro dan Komputer yang telah memberikan bimbingan, perhatian serta

dorongan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro dan Komputer

Fakultas Teknik Universitas Udayana.

Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih sebagai bentuk

penghargaan kepada Papa, Mama, Adik, dan semua keluarga besar penulis yang

selalu memberikan dukungan moril, motivasi, dan materil serta membimbing

sehingga penyusunan Skripsi ini dapat selesai dengan baik. Tidak lupa penulis

ucapkan terimakasih kepada teman terdekat, sahabat, dan rekan-rekan Teknik

Elektro dan Komputer yang sudah membantu dan memberikan dukungan penuh

dalam suka maupun duka hingga Skripsi ini dapat terselesaikan. Serta semua pihak

yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang telah

diberikan sehingga Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna.

Oleh karena itu, segala bentuk ide pengembangan, kritik, dan saran yang bersifat

membangun dari dosen penguji dan pihak lainnya sangat hargai demi

kesempurnaan Skripsi ini. Akhir kata, semoga Skripsi ini dapat bermanfaat dalam

pengembangan IPTEK, serta menambah pengetahuan luas semua pihak.

Bukit Jimbaran, Mei 2016

Penulis

vii

ABSTRAK

Kombinasi antara spread sprectrum, OFDM, dan MIMO diharapkan

mampu mengurangi bit error rate serta efek fading untuk meningkatkan

kehandalan komunikasi wireless. Teknik transmisi dengan spread spectrum

membedakan pengguna dengan cara memberikan kode penyebaran yang berbeda

dengan panjang kode ditentukan oleh nilai spreading factor (SF) sehingga kebal

terhadap distorsi multi-path dan interferensi. OFDM (Orthogonal Frequency

Division Multiplexing) adalah sebuah teknik transmisi yang menggunakan beberapa

buah frekuensi (multicarrier) dimana aliran data serial berkecepatan tinggi dibagi

dalam beberapa subcarrier yang saling tegak lurus (orthogonal) serta

menambahkan cyclic prefix untuk memperlebar durasi simbol, agar tidak rentan

terhadap Inter Symbol Interference (ISI) dari multipath fading maupun gangguan

akibat noise. Masalah gangguan pada kanal atau multipath fading pada jaringan

wireless dapat diatasi dengan sistem MIMO (Multiple Input Multiple Output)

dengan menggunakan dua antena pengirim dan dua antena penerima yang bertujuan

untuk menjadikan sinyal pantulan sebagai penguat sinyal utama sehingga saling

mendukung.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan performansi sistem

OFDM MIMO dan Multicarrier Spread Spectrum (MC-SS) MIMO pada kanal

Additive White Gaussian Noise (AWGN), flat fading, dan frequency selective

fading ditinjau dari nilai dan grafik Bit Error Rate (BER) berbanding Energy Bit

per Noise (Eb/No). Penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui pengaruh SF

pada sistem MC-SS MIMO ditinjau dari nilai dan grafik BER berbanding Eb/No.

Dalam penelitian ini metode yang digunakan adalah simulasi dengan

software MatLab 2012a. Simulasi yang dilakukan adalah simulasi sistem MC-SS

MIMO dengan spreading factor 4, 8 dan 16 pada kanal AWGN, flat fading, dan

frequency selective fading dan simulasi OFDM MIMO pada kanal AWGN, flat

fading, dan frequency selective fading . Seluruh simulasi menggunakan nilai Eb/No

sebesar -10 dB sampai 10 dB.

Hasil dari simulasi menunjukkan performansi MC-SS MIMO lebih baik

dibandingkan OFDM MIMO. Selain itu semakin panjang spreading factor pada

sistem MC-SS MIMO, maka performansi sistem MC-SS MIMO semakin baik.

Kondisi ini juga berlaku pada kanal AWGN, flat fading dan frequency selective

fading. Namun pada kanal AWGN, performansi kedua sistem memiliki BER

terendah dibandingkan kanal flat fading dan frequency selective fading . BER

tertinggi dari kedua sistem adalah pada kanal frequency selective fading.

Kata Kunci: MIMO, OFDM, MC-SS, Eb/No, BER, spreading factor

viii

ABSTRACT

The combination of spread spectrum, OFDM, and MIMO is expected to

reduce the bit error rate and the fading effects to enhance the reliability of wireless

communication. In the spread spectrum technique each user is distinguished by

providing a different spreading code which code length is determined by the value

of the spreading factor (SF) so that are not susceptible to distortion and multi-path

interference. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is a

transmission technique that uses multiple frequencies (multicarrier), which is the

high-speed serial data stream divided into perpendicular subcarrier and add cyclic

prefix to widen the duration of a symbol, to keep from Inter Symbol Interference

(ISI) of multipath fading and interference due to noise. Multipath fading in the

wireless channel can be solved by MIMO (Multiple Input Multiple Output) system.

MIMO system use multiple transmitter and receiver antennas which aims to make

the reflected signal as the main signal amplifier so that amplifies each other.

This research aimed to compare the value of BER vs. Eb/No between MC-

SS MIMO system and OFDM MIMO system in AWGN, flat fading, and selective

fading channel. This research also aimed to determine the effect of the value of

spreading factor based on the value of BER vs. Eb/No.

The entire simulation has used MatLab 2012a program. The simulation

models of this research are simulation model for MC-SS MIMO system with

spreading factor of 4, 8 and 16 in AWGN, flat fading and selective fading channel

and simulation model for MIMO and OFDM in AWGN channel, flat fading and

selective fading. The entire simulation using Eb / No value of -10 dB to 10 dB.

The results of the simulation shows the performance of MC-SS MIMO is

better than MIMO OFDM. In addition, if the value of the spreading factor in MC-

SS system MIMO greater, then the MC-SS system performance MIMO getting

better. This condition also applies to AWGN, flat fading channels, and frequency

selective fading channels. But, AWGN channel has lowest BER than flat fading and

selective fading channel in both system. The highest BER of the two systems is the

selective fading channels.

Keyword: MIMO, OFDM, MC-SS, Eb/No, BER, spreading factor

ix

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN SAMPUL DEPAN .............................................................................. i

HALAMAN SAMPUL DALAM ........................................................................... ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ...................................................... iii

LEMBAR PERSYARATAN GELAR ................................................................... iv

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... v

UCAPAN TERIMAKASIH ................................................................................... vi

ABSTRAK ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ......................................................................................................... viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

DAFTAR ARTI LAMBANG, SINGKATAN, DAN ISTILAH .......................... xvi

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 4

1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 5

1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................... 5

1.5 Batasan Masalah ....................................................................................... 5

1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 8

2.1 Tinjauan Mutakhir .................................................................................... 8

2.2 Spread Spectrum ....................................................................................... 9

2.2.1 Prinsip Dasar Sistem Spread Spectrum ......................................... 9

2.2.1.1 Direct Sequence Spread Spectrum ............................... 9

2.2.1.2 Frequency Hopping Spread Spectrum ........................ 11

2.2.2 Spreading Code ........................................................................... 12

2.2.2.1 Hadamard-Walsh Codes ............................................. 12

x

2.2.2.2 Cross-Correlation dan Autocorrelation Kode

Hadamard-Walsh ........................................................ 12

2.2.3 Spreading Factor ........................................................................ 13

2.3 Orthogonal Frequency Division Multiplexing ........................................ 13

2.4 Multiple Input Multi Output .................................................................... 17

2.4.1 Sistem Space Time Block Code (STBC) ..................................... 18

2.5 Modulasi QPSK ...................................................................................... 21

2.6 Addiptive White Gaussian Noise ............................................................. 22

2.7 Kanal Flat Fadding ................................................................................. 23

2.8 Kanal Frequency Selective Fading ......................................................... 24

2.9 Distribusi Rayleigh.................................................................................. 25

2.10 Tanggapan Impuls dari Kanal Multipath ................................................ 26

2.11 Power Delay Profile ............................................................................... 27

2.12 Parameter Delay Spread ......................................................................... 27

2.13 Teknik Pembentukkan Pulsa ................................................................... 28

2.14 Energy Bit per Noise ............................................................................... 29

2.15 Bit Error Rate ......................................................................................... 29

BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 31

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian .................................................................. 31

3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian ........................................................... 31

3.2.1 Sumber Data Penelitian ............................................................... 31

3.2.2 Jenis Data Penelitian ................................................................... 31

3.3 Instrumen Penelitian ............................................................................... 32

3.4 Prosedur Penelitian ................................................................................. 32

3.4.1 Alur Penelitian Umum ................................................................ 32

3.4.2 Prosedur Pengumpulan Data ....................................................... 35

3.4.3 Parameter Simulasi...................................................................... 36

3.4.4 Pemodelan Kombinasi Sistem MC-SS dengan MIMO

STBC 2x2 .................................................................................... 37

3.4.5 Pemodelan Kombinasi Sistem OFDM dengan MIMO

STBC 2x2 .................................................................................... 41

xi

3.5 Metode Analisis Data .............................................................................. 44

3.5.1 Alur Analisis Perbandingan Sistem MC-SS MIMO dengan Sistem

OFDM MIMO ............................................................................. 45

3.5.2 Alur Analisis Sistem MC-SS MIMO dengan Variasi Variabel

Spreading Factor dan Kanal ....................................................... 48

3.5.3 Jadwal Penyusunan Penelitian .................................................... 50

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 52

4.1 Perbandingan Unjuk Kerja Sistem MC-SS MIMO dengan

OFDM MIMO ......................................................................................... 52

4.1.1 Unjuk Kerja Sistem MC-SS MIMO Pada Spreading Factor yang

Berbeda ....................................................................................... 52

4.1.2 Unjuk Kerja Sistem OFDM MIMO ............................................ 59

4.1.3 Perbandingan Unjuk Kerja Sistem MC-SS MIMO dengan OFDM

MIMO Ditinjau Berdasarkan BER vs. Eb/No............................. 63

4.2 Pengaruh Spreading Factor Pada Unjuk Kerja Sistem MC-SS MIMO . 67

BAB V SIMPULAN DAN SARAN ..................................................................... 76

5.1 Simpulan ................................................................................................. 76

5.2 Saran ....................................................................................................... 77

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Notasi Kanal Pada Penerima ................................................................ 19

Tabel 2.2 Notasi Sinyal Pada Penerima ............................................................... 20

Tabel 2.3. PDP pada kanal Typical Urban ........................................................... 27

Tabel 3.1 Parameter Simulasi Sistem MC-SS MIMO ......................................... 36

Tabel 3.2 Tabel Jadwal Penyusunan Penelitian ................................................... 50

Tabel 4.1 Nilai BER untuk Sistem MC-SS MIMO dengan Spreading

Factor 4 ................................................................................................................. 53

Tabel 4.2 Nilai BER untuk Sistem MC-SS MIMO dengan Spreading

Factor 8 ................................................................................................................. 54

Tabel 4.3 Nilai BER untuk Sistem MC-SS MIMO dengan Spreading

Factor 16 ............................................................................................................... 55

Tabel 4.4 Tabel BER vs. Normalisasi Delay Sistem MC-SS MIMO pada Kanal

Frequency Selective Fading .................................................................................. 58

Tabel 4.5 Nilai BER untuk Sistem OFDM MIMO .............................................. 60

Tabel 4.6 Tabel BER vs. Normalisasi Delay Sistem OFDM MIMO pada Kanal

Frequency Selective Fading .................................................................................. 62

Tabel 4.7 Perbandingan Nilai BER antara Sistem MC-SS MIMO dengan OFDM

MIMO pada Kanal AWGN ................................................................................... 64

Tabel 4.8 Perbandingan Nilai BER antara Sistem MC-SS MIMO dengan OFDM

MIMO pada Kanal Flat Fading ............................................................................ 65

Tabel 4.9 Perbandingan Nilai BER antara Sistem MC-SS MIMO dengan OFDM

MIMO pada Kanal Frequency Selective Fading .................................................. 66

Tabel 4.10 Perbandingan Nilai BER Sistem MC-SS MIMO dengan Spreadi Factor

4, 8, dan 16 pada Kanal AWGN ........................................................................... 69

Tabel 4.11 Perbandingan Nilai BER Sistem MC-SS MIMO dengan Spreadi Factor

4, 8, dan 16 pada Kanal Flat Fading ..................................................................... 70

Tabel 4.12 Perbandingan Nilai BER Sistem MC-SS MIMO dengan Spreadi Factor

4, 8, dan 16 pada Kanal Frequency Selective Fading ........................................... 71

xiii

Tabel 4.13 Ilustrasi Performansi Spreading Factor 4, 8, dan 16 pada Sistem MC-

SS MIMO .............................................................................................................. 73

Tabel 4.14 Mapping Bit Dalam Nilai Integer dan Konstelasi QPSK ................... 75

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Building Block Sistem DSSS dengan Modulasi BPSK ..................... 9

Gambar 2.2 Efisiensi Bandwidth Pada Sistem Orthogonal Frequency Division

Multiplexing .......................................................................................................... 14

Gambar 2.3 Sistem Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Sederhana .............................................................................................................. 14

Gambar 2.4 Teknik MIMO .................................................................................. 17

Gambar 2.5 Skema Transmisi STBC Alamouti .................................................. 18

Gambar 2.6 Skema STBC Alamouti dengan Dua Antena Pemancar dan Dua

Antena Penerima ................................................................................................... 19

Gambar 2.7 Diagram Konstelasi QPSK .............................................................. 21

Gambar 2.8 Model Kanal AWGN ....................................................................... 22

Gambar 2.9 Karakteristik Kanal Flat Fadding .................................................... 23

Gambar 2.10 Karakteristik Kanal Frequency Selective Fading .......................... 24

Gambar 2.11 Fungsi Kerapatan Probabilitas Rayleigh ........................................ 26

Gambar 2.12 (a) Tanggapan Frekuensi Raised-Cosine (b) Pembentukkan Pulsa

untuk Tanggapan Frekuensi Raised-Cosine .......................................................... 29

Gambar 3.1 Diagram Alir Alur Penelitian Umum .............................................. 35

Gambar 3.2 Pemodelan Sistem MC-SS MIMO .................................................. 37

Gambar 3.3 Pemodelan Antena Pengirim dan Penerima MIMOSTBC 2x2 ....... 39

Gambar 3.4 Pemodelan Sistem OFDM MIMO ................................................... 41

Gambar 3.5 Diagram Alir Alur Analisis Sistem OFDM MIMO ......................... 46

Gambar 3.6 (a), (b) Diagram Alir Alur Analisis Perbandingan Sistem OFDM

MIMO dan MC-SS MIMO ................................................................................... 48

Gambar 3.7 (a), (b) Diagram Alir Alur Analisis Sistem MC-SS MIMO dengan

Variasi Spreading Factor dan Kanal..................................................................... 50

Gambar 4.1 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO untuk Spreading

Factor 4 ................................................................................................................. 53

Gambar 4.2 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO untuk Spreading

Factor 8 ................................................................................................................. 54

xv

Gambar 4.3 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO untuk Spreading

Factor 16 ............................................................................................................... 55

Gambar 4.4 Grafik BER vs. Normalisasi Delay Sistem MC-SS MIMO pada Kanal

Frequency Selective fading ................................................................................... 58

Gambar 4.5 Grafik BER vs. Eb/No Sistem OFDM MIMO ................................ 59

Gambar 4.6 Grafik BER vs. Normalisasi Delay Sistem OFDM MIMO pada Kanal

Frequency Selective Fading .................................................................................. 62

Gambar 4.7 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO dan OFDM MIMO pada

Kanal AWGN ........................................................................................................ 63

Gambar 4.8 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO dan OFDM MIMO pada

Kanal Flat Fading ................................................................................................. 64

Gambar 4.9 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO dan OFDM MIMO pada

Kanal Frequency Selective Fading ....................................................................... 65

Gambar 4.10 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO dengan Spreading

Factor 4, 8, dan 16 pada Kanal AWGN................................................................ 69

Gambar 4.11 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO dengan Spreading

Factor 4, 8, dan 16 pada Kanal Flat Fading ......................................................... 70

Gambar 4.12 Grafik BER vs. Eb/No Sistem MC-SS MIMO dengan Spreading

Factor 4, 8, dan 16 pada Kanal Frequency selective fading ................................. 71

xvi

DAFTAR ARTI LAMBANG, SINGKATAN, DAN ISTILAH

σt RMS Delay Spread

AWGN Additive White Gaussian Noise

BPSK Binary Phase Shift Keying

BER Bit Error Rate

Eb/No Bnergy Bit per Noise

CDMA Code Division Multiple Access

CP Cyclic Prefix

DS Direct Sequence

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

DS-CDMA Direct Sequence-Code Division Multiple Access

DS-SS Direct Sequence-Spread Spectrum

FFT Fast Fourier Transform

FHSS Frequency Hoping Spread Spectrum

FSK Frequency Shift Keying

ICI Inter Carrier Interference

ISI Inter Symbol Interference

IFFT Inverse Fast Fourier Transform

LTE Long Term Evolution

MRC Maximal Ratio Combining

ML Maximum Likehood

MC Multi-Carrier

MIMO Multiple Input Multi Output

MC-SS Muti-Carrier-Spread Sepctrum

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PSK Phase Shift Keying

PDP Power Delay Profile

PN Pseudonoise

QPSK Quadrature Phase Shift Keying

RMS Root Mean Square

xvii

SVD SingularValue Decomposition

STBC Space Time Block Code

SS Spread Spectrum

SF Spreading Factor

TDMA Time Division Multiple Access

TU Typical Urban

V-BLAST Vertical-BLAST