Medan, 9 April 2011

Hal : Permohonan Judul Tugas Akhir

Lamp : 1 (satu) berkas proposal

Kepada Yth :

Bapak Ketua Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik USU

Di

Tempat.

Dengan hormat.

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Muhammad Sobirin

NIM : 070402021

Sub konsentrasi : Teknik Telekomunikasi

Dengan ini mengajukan kepada Bapak permohonan judul tugas akhir yaitu :

ANALISIS PERBANDINGAN TRANSMISI SINYAL DIGITAL

PADA KANAL AWGN DAN RICIAN FADING

Demikianlah surat ini saya perbuat, atas perhatian dan bantuan bapak saya ucapkan

terimakasih.

Diketahui,

Dosen Pembimbing, Hormat saya,

Naemah Mubarakah Muhammad Sobirin

NIP : 197905062005012004 NIM : 070402021

PROPOSAL TUGAS AKHIR

ANALISIS PERBANDINGAN TRANSMISI SINYAL DIGITAL

PADA KANAL AWGN DAN RICIAN FADING

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Telekomunikasi

Oleh

Muhammad Sobirin

NIM : 070402021

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2011

ABSTRAK

Desain suatu sistem telekomunikasi harus mempertimbangkan ketahanan suatu

sinyal terhadap gangguan dari luar sistem tersebut. Dalam sistem komunikasi selular,

yang tentunya menggunakan media wireless, terdapat dua macam gangguan yang dinilai

memiliki efek yang signifikan terhadap sistem. Gangguan tersebut adalah Noise (derau)

dan Multipath Fading.

Kemunculan derau dan multipath fading merupakan suatu proses acak (random

process). Kemunculan gangguan tersebut menganut suatu distribusi tertentu sehingga

dapat diprediksi dengan melakukan pemodelan dengan distribusi tersebut. Efek dari

kedua gangguan tersebut terhadap kesalahan deteksi pada komunikasi digital (BER)

untuk berbagai kombinasi nilai SNR (perbandingan daya sinyal asli terhadap daya noise)

disimulasikan dengan MATLAB 7.7

PROPOSAL TUGAS AKHIR

I. Judul Tugas Akhir

Tugas akhir ini berjudul :

“ANALISIS PERBANDINGAN TRANSMISI SINYAL DIGITAL

PADA KANAL AWGN DAN RICIAN FADING”

II. Bidang Tugas Akhir

Tugas Akhir ini meliputi bidang Teknik Telekomunikasi

III. Latar Belakang Masalah

Salah satu pertimbangan dalam mendesain suatu sistem telekomunikasi adalah

ketahanan suatu sinyal terhadap gangguan dari luar sistem. Dalam sistem komunikasi

selular, yang tentunya menggunakan medium wireless, terdapat dua macam gangguan

yang dinilai memiliki efek yang signifikan terhadap sistem. Gangguan tersebut adalah

Noise (derau) dan Multipath Fading.

Kemunculan kedua gangguan tersebut merupakan suatu proses acak (random

process) sehingga tidak dapat diprediksi secara pasti kemunculannya. Meskipun

demikian dalam melakukan perancangan sistem selular, kita dapat ketahui bahwa

kemunculan gangguan tersebut menganut suatu distribusi tertentu sehingga dapat

diprediksi dengan melakukan pemodelan dengan distribusi tersebut. Pada tugas akhir ini

akan disimulasikan efek dari kedua gangguan tersebut terhadap kesalahan deteksi pada

komunikasi digital (BER) untuk berbagai kombinasi nilai SNR (perbandingan daya sinyal

asli terhadap daya noise).

IV. Tujuan Dan Manfaat Penulisan Tugas Akhir

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui kesalahan

deteksi pada komunikasi digital (BER) untuk berbagai kombinasi nilai SNR

(perbandingan daya sinyal asli terhadap daya noise).

Manfaat penulisan tugas akhir ini bagi penulis adalah mendapatkan pengertian

dan penjelasan tentang pentransmisi sinyal digital pada kanal AWGN dan Rician fading.

Sedangkan bagi para pembaca, diharapkan semoga tugas akhir ini dapat menjadi

sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk

mempelajarinya lebih lanjut.

V. Batasan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini, maka

penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat

supaya isi dan pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai

hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Hanya membahas tentang transmisi sinyal digital pada kanal AWGN dan

Rician fading.

2. Simulasi menggunakan MATLAB 7.7 R2008b.

3. Sinyal digital dibangkitkan dengan metode NRZ bipolar.

4. Tidak membahas analisa pengkodean sinyal digital dan saluran transmisi.

5. Nilai input untuk setiap parameter ditentukan oleh pengguna.

6. Bit error rate dihitung secara Monte Carlo untuk masing-masing nilai

Signal to Noise Ratio.

VI. Tinjauan Pustaka

Kebutuhan konsumen akan layanan telekomunikasi saat ini tidak hanya berupa

layanan suara saja. Permintaan layanan komunikasi data khususnya pada komunikasi

wireless terus meningkat. Jenis layanan data yang adapun semakin bertambah sehingga

diperlukan sistem komunikasi broadband. Fenomena multipath fading merupakan salah

satu ciri utama pada sistem komunikasi wireless.

Kanal yang akan digunakan pada simulasi ini adalah kanal radio. Untuk

pemodelan kanal tersebut, dua variabel utamanya adalah adanya noise dan terjadinya

multipath fading.

Kanal AWGN

Noise putih merupakan sutu proses stokastik yang terjadi pada kanal dengan karakteristik

memiliki rapat spektral daya noise merata di sepanjang range frekuensi. Pemodelan kanal

AWGN dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 1. Pemodelan Kanal AWGN

Seperti terlihat pada Gambar diatas, sinyal kirim s m (t ) yang ditransmisikan dari bagian

transmitter akan diterima pada bagian receiver dengan persamaan:

r (t ) s m (t ) n(t ), 0≤ t≤ T

Di mana n(t ) merupakan noise yang terjadi selama proses transmisi sinyal kirim sampai

diterima pada bagian receiver. Pada Matlab, fungsi pembangkitan noise dapat dilakukan

melalui fungsi:

signal_received=awgn(signal_transmit_from_tx,snr,'measured)

Dengan fungsi tersebut kita bisa memberikan level noise AWGN kepada sinyal

terkirim. Variabel snr adalah nilai SNR yang akan dimasukkan. Kata ‘measured’

menunjukkan fungsi tersebut mengukur daya signal_transmit_from_tx terlebih

dahulu kemudian menambahkan level noise-nya sesuai dengan nilai SNR yang

dimasukkan.

Kanal Multipath Fading Rayleigh

Suatu model statistikal untuk selubung sinyal fading yang diterima pada kanal

komuniasi bergerak sangat berguna dalam memprediksi kinerja system komunikasi.

Pemodelan kanal fading Rayleigh merupakan model yang paling sering digunakan untuk

menggambarkan kanal dalam lingkungan sistem komunikasi bergerak. Kanal ini

menggambarkan penerimaan sinyal yang berfluktuasi akibat diterimanya beberapa sinyal

dengan selubung atau fasa yang berbeda. Bila jalur-jalur sinyal yang diterima begitu

banyak, maka dapat digunakan Teorema Limit sentral di mana sinyal yang diterima bisa

dimodelkan sebagai proses acak Gaussian.

Jika dianggap proses acak Gaussian dengan mean nol, maka selubung sinyal yang

diterima pada waktu tertentu akan terdistribusi secara Rayleigh. Pemodelan kanal ini

disebut kanal Rayleigh. Model kanal ini ditunjukkan pada Gambar dibawah ini.

Gambar 2. Pemodelan Kanal Rayleigh

Model kanal pada Gambar diatas diasumsikan menggunakan modulasi M-PSK

dengan deteksi koheren dan implikasi bahwa (t ) diketahui pada penerima. Maka model

sistem tersebut dapat direpresentasikan sebagai:

y k a k .xk nk

di mana xk adalah amplitudo simbol M-PSK dengan nilai ± (Es)1/2 , sedangkan Es

merupakan energi per simbol.

Derau n(t ) adalah derau aditif yang terdistribusi secara Gaussian dengan mean

nol dan variansi σ2 . Sedangkan a(t ) merupakan variabel Rayleigh (channel gain) yang

dibangkitkan dari dua variabel acak Gaussian ( ac dan a s ) dengan mean nol dan variansi

σ2. Generator yang digunakan untuk proses pembangkitan sinyal fading seperti yang

ditunjukkan pada Gambar dibawah ini.

Untuk melakukan simulasi transmisi data menggunakan kanal wireless yang

terpengaruh oleh AWGN dan Rayleigh fading, akan digunakan software MATLAB.

MATLAB merupakan salah software yang dikembangkan oleh Mathworks untuk dapat

melakukan analisis dan komputasi numerik. MATLAB dibangun dari bahasa

pemrograman Java dan kini telah berkembang menjadi sebuah environment

pemrograman yang canggih dengan fungsi-fungsi built-in untuk melakukan berbagai

macam kalkulasi matematik. MATLAB juga memiliki berbagai toolbox yang dapat

digunakan untuk melakukan fungsi-fungsi tertentu.

Salah satu alasan penggunaan MATLAB untuk simulasi ini adalah karena

kemudahaannya dibanding bahasa pemrograman lain. MATLAB bersifat extensible, yaitu

dapat ditambahkan fungsi-fungsi baru jika fungsi-fungsi built-in pada MATLAB belum

tersedia untuk melakukan beberapa fungsi yang diinginkan.

Kanal Multipath Fading R ician

Rayleigh fading adalah model khusus untuk fading stokastik ketika tidak ada line

of sight sinyal, dan dianggap sebagai kasus khusus dari konsep lebih umum Rician

fading. Dalam Rayleigh fading, gain amplitudo ditandai dengan distribusi Rayleigh dan

begitu pula pada Rician fading. Model Rician Fading serupa dengan Rayleigh fading,

namun didalam Rician fading komponen yang dominan kuat yang dihadirkan. Komponen

dominan dapat berupa line of sight. Dalam model Rician, dianggap bahwa :

• Gelombang dominan bisa menjadi jumlah fasor dari dua atau lebih sinyal dominan,

misalnya Line of sight, ditambah refleksi tanah (ground reflection). Gabungan sinyal ini

kemudian diproses (sepenuhnya diprediksi) deterministik.

• Gelombang dominan juga dapat terganggu oleh shadow attenuation. Ini adalah asumsi

yang populer dalam pemodelan saluran satelit.

Selain komponen yang dominan, antena ponsel menerima sejumlah besar gelombang

dipantulkan dan tersebar.

Gambar 3. Diagram fasor sinyal Rician fading

Java Applet:

Diagram fasor satu langsung dan 4 gelombang tersebar (warna biru), sehingga

menghasilkan daerah Rice-Fading (hitam).

Model kanal propagasi narrowband mempertimbangkan sinyal pembawa (carrier)

dikirim sinusoidal

s(t) = cos ct

Sinyal ini menerima lebih dari satu Rician multipath channel yang dapat

dinyatakan sebagai

v(t) = C cos ct + Nn=1 n cos (ct + n)

Keterangan :

C adalah amplitudo komponen line-of-sight

n adalah amplitudo dari reflected wave ke-n

n adalah fase dari reflected wave ke-n

n = 1 .. N mengidentifikasi refleksi yang terjadi pada gelombang tersebar.

Rayleigh fading sudah pulih kembali untuk nilai C = 0

PDF ( Probability Density Function ) A mplitudo Sinyal

Penurunan amplitudo PDF lebih berpengaruh daripada Rayleigh fading, dan

fungsi Bessel yang dinyatakan dalam bentuk matematis. Pernyataan tersebut dapat

dipenuhi oleh model Nakagami Fading, bagaimanapun, karakteristik Nakagami dan

Rician Fading pada dasarnya berbeda. Pendekatan berfokus pada nilai karakteristik yang

dekat dengan nilai rata-rata, yang tergantung pada besarnya magnitude dalam

memprediksi probabilitas dalam fading.

Faktor Rician

K-faktor dari Rician fading didefinisikan sebagai rasio dari daya sinyal pada

komponen dominan terhadap daya (lokal-mean) tersebar. Untuk sinyal yang diterima,

daya line of-sight sama C2/2. Dalam kanal indoor yang line of-sight-nya terhalang antara

antena pengirim dan penerima faktor-K berada pada rentang 4 sampai 12 dB. Rayleigh

fading sudah pulih kembali untuk K = (dB-infinity) 0.

Kanal Rician

Contoh Rician fading ditemukan di :

• Kanal Mikroseluler

• Komunikasi mobile, misalnya untuk AVCS

• Propagasi Indoor

• Kanal Satelit

Karakterisasi Kanal Fading Rician

Sebuah kanal fading Rician dapat digambarkan oleh dua parameter: K dan Ω.

Dimana K adalah perbandingan antara daya pada jalur langsung dan kekuatan jalur

lainnya yang tersebar. Sedangkan Ω adalah kekuatan di jalur langsung, dan bertindak

sebagai suatu skala faktor distribusi.

Amplitudo sinyal yang diterima (bukan daya sinyal yang diterima) R adalah

distribusi Rician yang ditentukan oleh parameter

dan

PDF yang dihasilkan :

Dimana Io(.) adalah urutan 0 diubah fungsi Bessel jenis pertama.

Simulasi yang Akan Dikerjakan

1. Memperlihatkan kinerja BER pada komunikasi digital melalui channel AWGN

untuk nilai-nilai SNR 0 dB, 2 dB, 4 dB, 6 dB, dan 8 dB. Bit error dihitung secara

Monte Carlo (5 kali run simulasi) untuk masing-masing nilai SNR di atas.

2. Memperlihatkan kinerja BER untuk komunikasi melalui fading channel (fading

simulator diberikan) dan selidiki nilai BER untuk SNR 0 dB, 5 dB, 10 dB, 15 dB,

20 dB, dan 25 dB. Bit error dihitung secara Monte Carlo (5 kali run simulasi)

untuk setiap nilai SNR di atas.

VII. Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa

metode studi diantaranya :

1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik

tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di

perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain.

2. Studi simulasi dengan menggunakan software MATLAB R2008a.

3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir

ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen Teknik

Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Telekomunikasi dan teman-teman

sesama mahasiswa.

VIII. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis

menyusun sitematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah,

tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode penulisan, dan

sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini berisi tentang landasan teori sistem komunikasi digital dan struktur

yang membangun sistem tersebut.

BAB III : KANAL WIRELESS

Bab ini berisi tentang pengklasifikasian kanal sistem komunikasi digital

beserta parameter dalam fading.

BAB IV : ANALISIS PERBANDINGAN TRANSMISI SINYAL DIGITAL PADA

KANAL AWGN DAN RICIAN FADING

Bab ini berisi analisis dan simulasi transmisi sinyal digital pada kanal AWGN

dan Rician fading. Dan perbandingan terhadap keduanya.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil percobaan.

IX. Daftar Pustaka

1. Haykin, Simon. 2001. Communication System, Fourth Edition. New York, John

Wiley and Son, Inc.

2. Ifeachor, Emmanuel C, Barrie W. Jervis. 1993. Digital Signal Processing : A

Practical Approach. Wokingham, Addison-Wesley.

3. Jakes, William C., ed. 1974. Microwave Mobile Communications, New York,

IEEE Press.

4. Jeruchim, Michel C., Balaban, Philip, and Shanmugan, K. Sam. 2000. Simulation

of Communication Systems, Second edition. New York, Kluwer

Academic/Plenum.

5. Lee, William C. Y. 1993. Mobile Communications Design Fundamentals, 2nd

Ed. New York, Wiley.

6. MathWorks, Inc. March 2010 Online only Revised for Version 4.5 (Release

2010a). Communications Toolbox™ 4 User’s Guide. United States, The Math

Works, Inc.

OUT LINE TUGAS AKHIR

ANALISIS PERBANDINGAN TRANSMISI SINYAL DIGITAL

PADA KANAL AWGN DAN RICIAN FADING

Kata Pengantar

Abstrak

Daftar Isi

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Penulisan

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan

1.3 Batasan Masalah

1.4 Metode Penulisan

1.5 Sistematika Penulisan

BAB II. DASAR TEORI

2.1 Sistem Komunikasi Digital

2.1.1 Simplex

2.1.2 Duplex

2.1.2.1 Half Duplex

2.1.2.2 Full Duplex

2.2 Konsep Dasar Transmisi Sinyal

2.2.1 Modulasi

2.2.1.1 Modulasi Analog

2.2.1.2 Modulasi Digital

2.2.2 Metode Pembangkitan Sinyal

2.2.2.1 Not Return to Zero

2.2.2.2 Return to Zero

2.2.2.3 Manchester

BAB III. KANAL WIRELESS

3.1 Propagasi Kanal Wireless

3.2 Fading

3.2.1 Klasifikasi Kanal Fading

3.2.1.1 Frequency Selective Fading

3.2.1.2 Frequency Non-Selective Fading

3.2.2 Parameter Fading

3.2.2.1 Waktu Pengiriman Tiap Bit

3.2.2.2 Multipath Spread

3.3 AWGN dan Rician Fading

3.3.1 AWGN

3.3.2 Rician Fading

BAB IV. ANALISIS PERBANDINGAN TRANSMISI SINYAL DIGITAL PADA

KANAL AWGN DAN RICIAN FADING

4.1 Simulasi dan Analisis Transmisi Sinyal Digital pada Kanal AWGN

4.2 Simulasi dan Analisis Transmisi Sinyal Digital pada Rician Fading

4.3 Analisis Perbandingan Transmisi Sinyal Digital pada Kanal AWGN dan Rician

Fading

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

5.2 Saran

DAFTAR PUSTAKA