## KINERJA TEKNIK SINKRONISASI FREKUENSI PADA SISTEM ALAMOUTI-OFDM
Arifin, Yoedy Moegiharto, Dhina Chandra Puspita Prodi Studi D4 Teknik Telekomunikasi Departemen Teknik Elektro Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Kampus PENS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 Telp (+62)31-5947280, 5946114, Fax. (+62)31-5946114 Email: arifin@eepis-its.edu, ymoegiharto@eepis-its.edu, dhina.cp@gmail.com

## Abstrak
Pada penelitian ditunjukkan  kinerja teknik  sinkronisasi  frekwensi  dengan  menggunkan  cyclic  prefix  (CP)  pada sistem ALAMOUTI-OFDM yang diterapkan pada jenis modulasi MPSK. Untuk nilai pengamatan BER = 10 -3 pada skema  antena  pemancar-penerima  2  x  1,  kinerja  sinkronisasi  frekwensi  untuk  pengaruh  CFO  =  0,1  dicapai  untuk SNR sekitar 14 dB lebih baik 1 dB dibanding untuk CFO = 0,2 sekitar 6 dB dibanding CFO = 0,3 dan sekitar 8 dB untuk  CFO  =  0,4. Untuk  nilai  pengamatan BER  =  10 -3 pada  skema  antena  pemancar-penerima  2  x  2  kinerja sinkronisasi  frekwensi  untuk  pengaruh  CFO  =  0,1  dicapai  untuk  SNR  sekitar  13,5  dB  lebih  baik  1  dB  dibanding untuk CFO = 0,2 sekitar 3 dB dibanding CFO = 0,3 dan sekitar 4 dB untuk CFO = 0,4.

## Kata kunci : Carrier Frequency Offset (CFO), ALAMOUTI, OFDM

## Abstract
This  research  shows  the  performance  of  frequency  synchronization  technique  using  cyclic  prefix  (CP)  on ALAMOUTI-OFDM system  with MPSK modulation. At  BER  value  of  equal  to 10 -3 , the  performance  of frequency synchronization technique with transmit-receive antenna scheme of 2 x 1, for CFO = 0,1 shown at SNR = 14 dB, 1 dB better than CFO = 0,2, 6 dB better than CFO = 0,3 and 8 dB better than CFO = 0,4. At BER value of equal to 10 -3 , the  performance  of frequency  synchronization  technique  with transmit-receive  antenna  scheme  of 2  x 2  for CFO = 0,1 shown at SNR = 13,5 dB, 1 dB better than CFO = 0,2, 3 dB better than CFO = 0,3 and 4 dB better than CFO = 0,4.
Keywords : Carrier Frequency Offset (CFO), ALAMOUTI, OFDM

## PENDAHULUAN
Gejala multipath  fading merupakan pe- ngganggu  penting  pada  sistem  komunikasi nirkabel yang dapat menurunkan kinerja sis- tem. Penerapan diversitas antena cukup efek- tif  untuk  mengurangi dari efek multipath fading.  Teknik Multiple  Input  Multiple  Out put (MIMO) dengan  aplikasi  lebih  dari  satu antena  di  pemancar  dan  penerima, mampu memperbaiki kehandalan sistem dan menaik- kan  laju  pengiriman  informasi. Alamouti menemukan sebuah skema transmisi MIMO baru yang mampu meningkatkan kehandalan pengiriman  informasi  dengan mengkorelasi- kan sinyal-sinyal  informasi  diantara  antena pemancar (Alamouti, 1998). Teknik transmi- si tersebut dapat diintegrasikan dengan teknik
modulasi multicarrier yaitu seperti Orthogo- nal  Frequency  Division  Multiplex (OFDM). OFDM memberikan efisiensi bandwith yang tinggi dan mampu menghilangkan inter sym- bol interferences (ISI) yang disebabkan oleh kanal frequency  selective  fading (J.A.C. Bigham,  1990);  (L.J.  Cimini,  1985).  Tetapi OFDM memiliki kelemahan utama, yaitu sa- ngat peka terhadap frequency offset, yang da- pat menghilangkan sifat ortogonalitas antara sub carrier-sub carrier sehingga menimbul- kan intercarrier interferences (ICI) menurun- kan  kinerja  system (T.Pollet,et  al,  1995). Maka diperlukan proses sinkronisasi frekuen- si disisi penerima untuk menghilangkan CFO. Teknik  sinkronisasi  frekuensi  pada  sis-tem MIMO OFDM bisa dilakukan dengan meng- gunakan Cyclic Prefix (Sandell, et al, 1995).
Penggabungan sistem OFDM dengan tek- nik  transmisi multiple-input  multiple-output (MIMO)  dapat  memperbaiki  kinerja  sistem komunikasi nirkabel untuk laju transmisi ya- ng semakin tinggi. Sama seperti pada sistem single-input  single-output (SISO)  OFDM, sistem MIMO OFDM juga sangat peka juga terhadap carrier frequency offset (CFO). Da- lam penelitian ini akan dilakukan proses sin- kronisasi frekuensi pada sistem MIMO  Ala- mouti-OFDM  dengan  menerapkan Cyclic Prefix.

## MODEL SISTEM
Model sistem yang akan dianalisa secara blok  diagram  ditunjukkan  seperti  gambar  1 (apendiks). Pada antena  pemancar deretan input bit masuk ke dalam modulator. Selan- jutnya  sinyal  hasil  modulasi  disusun  pararel sebanyak  jumlah subcarrier dan kemudian dilakukan proses IFFT yang berfungsi untuk pembuatan simbol-simbol OFDM. Setelah itu dilakukan penyisipan cyclic prefic pada sim- bol-simbol OFDM lalu dikonversikan ke da- lam  bentuk  serial,  dikodekan  dengan  meng- gunakan encoder Alamouti untuk ditransmit- kan melalui beberapa antena pemancar.
Pada  penerima  sinyal  informasi  yang diterima  mengalami gangguan  CFO.  Selan- jutnya  diperlukan  proses  sinkronisasi  perta- ma kali pada penerima setiap kali menerima data  sehingga  proses  deteksi  data  dapat berjalan  dengan  benar. Selanjutnya dilaku- kan pendekodean STBC, lalu disusun secara secara  pararel  dan  dilakukan  proses  pembu- angan cyclic  prefic kemudian proses Fast Fourier Transform (FFT) yang berfungsi un- tuk  menguraikan  simbol-simbol  OFDM  dan mengkonversikan ke dalam domain frekuen- si.  Setelah  disusun  menjadi  serial  dilakukan proses  demodulasi  sehingga  dihasilkan out- put bit yang di harapkan.

## Skema Transmisi Alamouti
Teknik transmisi  dengan  Alamouti  ada- lah teknik pengiriman kode-kode setelah me-
lalui  proses  pengkodean  Alamouti  atau STBC  (Space  Time  Block  Code).  Transmisi kode Alamouti dengan dua antena pemancar dan penerima ditunjukkan seperti Gambar 2.
Simbol x 1 dan x 2 dikirimkan secara unik dari antena Tx1 dan Tx2 seperti tabel berikut.
Tabel 1. Pengiriman Kode Alamouti
Waktu antena Tx1 antena Tx2 T x 1 x 2 t+T - x 2 * x 1 *
Sehingga matriks transmisi dapat dinyatakan seperti,
= − ∗ ∗ .........................................(1) (1)
Sinyal yang diterima oleh antena R x 1 pada waktu T 0 dan T 1 dinyatakan seperti,
y 0 = h 11 x 1 + h 21 x 2 + n 0 y 1 = h 21 x 1 * - h 11 x 2 * +n 1 ..........................(2)
Sedangkan yang  diterima  oleh  antena R x 2 adalah seperti,
y 2 = h 12 x 1 + h 22 x 2 + n 2 y 3 = h 22 x 1 * - h 12 x 2 * +n 3 ...........................(3)

## Sistem SISO-OFDM
Dalam  sistem  SISO OFDM  deretan informasi  X(k), k  =  N,  N jumlah  subcarrier diparalel sebanyak N dan diproses IFFT dan
Gambar 2. Transmisi kode Alamouti. Tx1 Tx2 Rx1 Rx2 h 11 h 12 h 22 h 21
dijumlahkan menjadi sebuah simbol OFDM, x[n]  seperti,
x [ ] = 1 [ ]
untuk = 0, 1, . , −1
...........................(4)
Sinyal  OFDM  yang  diterima  dinyatakan  se- perti,
[ ] = ∑ [ ] [ ] + ( ) ..(5)
Bila  terjadi  gangguan carrier  frequency offset (CFO)  karena  frekwensi subcarrier bergeser karena pengaruh efek Doppler, ma- ka  terjadi intercarrier  interferensi (ICI)  dan terjadi perubahan phasa sinyal-sinyal OFDM yang  diterima.  Jika  nilai  CFO  lebih  besar dari 0,5 maka akan menyebabkan perbedaan fasa  yang  lebih  besar  dari  π  pada  sinyal OFDM, dan menyebabkan penerjemahan fa- sa yang  ambigu  atau  membingungkan  pada saat proses estimasi dilakukan. Bila CFO di- sebabkan  oleh  ketidakpaduan  osilator  lokal di pemancar dan penerima, maka sinyal yang diterima karena CFO dapat dituliskan seper- ti,
[ ] = ∑ [ ] [ ] ( ) / +
( ) ........................................................... (6)
dengan ε menyatakan CFO, H[k] adalah res- pon kanal dan z[n] adalah derau di penerima. Sehingga diperlukan  sinkronisasi  frekuensi yang  akurat  disisi  penerima  untuk  meng- kompensasi  adanya CFO  sehingga  proses deteksi  data  dapat  berjalan  dengan  benar. Sinkronisasi dilakukan penerima pertama ka- li setiap kali menerima data.

## Skema Alamouti-OFDM
Pada  skema  Alamouti  OFDM,  sinyal yang  yang  dikirimkan  dari  antenna  Tx1  dan Tx2 untuk periode T 0 adalah
[ ] = 1 [ ]
untuk = 0, 1, … , − 1 .................. (6) [ ] = 1 [ ] untuk = 0, 1, … , − 1 .....................(7)
Sinyal  yang  yang  dikirimkan  dari  antenna Tx1 dan Tx2 untuk periode T 1 adalah
− ∗ [ ] = 1 ∗ [ ] untuk = 0, 1, … . . , − 1 ..................(8) ∗ [ ] = 1 ∗ [ ] untuk = 0, 1, … . . , − 1 ............(10)
Sinyal  yang  diterima oleh dua  buah  an- tena  penerima  Rx1  dan  Rx2  adalah y 0 , y 1 , y 2 dan y 3 yang  berupa  sinyal-sinyal  OFDM. Bila  muncul  CFO  dan  dianggap  nilai  CFO pada  setiap  sinyal  yang  diterima  oleh  kedua antena penerima besarnya sama, maka sinyal yang  diterima  antena  penerima  dapat  di- nyatakan seperti,
Y[ ] = ( ) H( )X( ) .....................(11)
dengan H(k)  dan X(k)  masing-masing  me- nyatakan  matriks  kanal  dan  sinyal  yang  di- kirimkan.
Proses sinkronisasi dilakukan pada setiap sinyal  OFDM  yang  diterima  di  antena  Rx1 dan Rx2.

## HASIL SIMULASI
Kinerja  Sinkronisasi  Alamouti  1Tx- 2Rx pada modulasi QPSK berdasarkan CFO
Kinerja sinkronisasi frekwensi pada tran- smisi  kode Alamouti 1Tx-2Rx  dengan ko-
reksi cyclic prefix OFDM ditunjukkan seper- ti Gambar 3  untuk nilai CFO 0.15, 0.2, 0.3, 0.4 dan 0.5 dengan CP = 1/4.
Gambar 3. Grafik Perbandingan Sinkronisasi Alamouti 1Tx-2Rx dengan berbagai CFO.
Pada  BER  =  10 -3 kinerja  sinkronisasi  frek- wensi untuk pengaruh CFO = 0,1 dicapai un- tuk  SNR  sekitar  14  dB  lebih  baik  1  dB  di- banding  untuk  CFO  =  0,2  sekitar  6  dB  di- banding  CFO  =  0,3  dan  sekitar  8  dB  untuk CFO = 0,4.

## Kinerja  Sinkronisasi  Alamouti  2Tx-2Rx pada modulasi QPSK berdasarkan CFO
Gambar 4. Grafik Perbandingan Sinkronisasi Alamouti 2Tx-2Rx dengan berbagai CFO.
Kinerja sinkronisasi frekwensi pada tran- smisi  kode Alamouti 2Tx-2Rx  dengan ko- reksi cyclic prefix OFDM ditunjukkan seper- ti Gambar 4 untuk nilai CFO 0.15, 0.2, 0.3, 0.4 dan 0.5 dengan CP = 1/4.
Pada  BER  =  10 -3 kinerja  sinkronisasi frekwensi untuk pengaruh CFO = 0,1 dicapai untuk  SNR  sekitar  13,5  dB  lebih  baik  1  dB dibanding  untuk  CFO  =  0,2  sekitar  3  dB dibanding CFO = 0,3 dan sekitar 4 dB untuk CFO = 0,4.
Kinerja  Sinkronisasi  Alamouti  1Tx- 2Rx pada berbagai level modulasi PSK
Kinerja sinkronisasi frekwensi pada tran- smisi  kode Alamouti 1Tx-2Rx dengan  nilai CFO 0.1 dan 0.3 dengan modulasi QPSK, 8 PSK  dan  16  PSK  ditunjukkan  pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik Perbandingan sinkronisasi CFO 0.1 dan 0.3 Alamouti OFDM 1Tx-2Rx dengan berbagai level modulasi PSK.
Kinerja  Sinkronisasi  Alamouti  2Tx- 2Rx pada berbagai level modulasi PSK
Kinerja sinkronisasi frekwensi pada tran- smisi  kode Alamouti 2Tx-2Rx dengan  nilai CFO 0.1 dan 0.3 dengan modulasi QPSK, 8 PSK  dan  16  PSK  ditunjukkan  pada  gambar 6.
0
5 10 15 20 25 30 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 SNR B it E rro r R at e BER Perbandingan Sinkronisasi Alamouti 1x2 dengan berbagai CFO CFO 0.4 CFO 0.3 CFO 0.2 CFO 0.1 CFO 0.5 0 5 10 15 20 25 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 SNR B it E rr or R at e BER Perbandingan Sinkronisasi Alamouti 2x2 dengan berbagai CFO CFO 0.4 CFO 0.3 CF0 0.2 CFO 0.1
CFO 0.5
0 5 10 15 20 25 30 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 SNR B it E rr or R at e BER Perbandingan Sinkronisasi Alamouti 1x2 dengan Modulasi M-PSK QPSK CFO=0.1 QPSK CFO=0.3 8PSK CFO=0.1 8PSK CFO=0.3 16PSK CFO=0.1 16PSK CFO=0.3
Gambar 6. Grafik Perbandingan sinkronisasi CFO 0.1 dan 0.3 Alamouti OFDM 2Tx-2Rx dengan berbagai level modulasi PSK.

## KESIMPULAN
Perbedaan  kinerja  teknik sinkronisasi  frek- wensi  antara  satu  dan  dua  antena  penerima tidak berpengaruh banyak untuk nilai CFO = 0,1,  untuk  nilai  CFO  =  0,3  dan  0,4  terdapat perbaikan  kinerja  sistem.  Kinerja  sistem untuk berbagai level modulasi menunjukkan bahwa  makin  tinggi  level  modulasi  makin turun baik untuk antena penerima 1 maupun 2 buah.

## DAFTAR PUSTAKA
Alamouti,M.,S  (1998) A  Simple  Transmit
Diversity Technique for Wireless Communications, IEEE  Journal  on Select Areas in Communcations, Vol. 16, No. 8, pp 1451 – 1458. Bingham, J.A.C (1990) Multicarrier modulation  for  data  transmission  :  An idea  whose time  has  come, IEEE Communications Magazine, Vol. 28, No. 5, pp. 5-14.
L.J.  Cimini (1985) Analysis  and  simulation of  a  digital  mobile  channel  using orthogonal  frequency  division  multi- plexing, IEEE Trans. Comm., COM, Vol. 33, No. 7, pp. 665-675.
T. Pollet,  M.  van  Bladel,  and  M. Moeneclaey (1995) BER  sensitivity  of OFDM  systemsto  carrier  frequency o®set  and  Wiener  phase  noise', IEEE Transactions  on  Communications, Vol.
43, No. 2/3/4, pp. 191-193.
Magnus  Sandell,  Jan-Jaap  van  de  Beek  and Per  Ola  Borjesson (1995) Timing  and Frequency  Synchronization  in  OFDM Systems  Using  the  Syclic  Prefix, in Proceedings of International Symposium on Synchronization, Vol. ....., No. ...., pp. 16-19, Essen, Germany.
0 5 10 15 20 25 30 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 SNR B it E rr or R at e BER Perbandingan Sinkronisasi Alamouti 2x2 modulasi MPSK QPSK,CFO=0.1 QPSK, CFO=0.3 8QPSK,CFO=0.1 8QPSK, CFO=0.3 16QPSK,CFO=0.1 16QPSK, CFO=0.3