## Analisis Kinerja Sistem Modulasi Downlink

## LTE dan 5G pada Kanal AWGN
Amalia Eka Rakhmania 1* , Akhmad Mukhibuddin Harvinanda 2 , Hudiono 3 , Aad Hariyadi 4 , Hadiwiyatno 5 , Mochammad Taufik 6
Program Studi Jaringan Telekomunikasi Digital, Fakultas Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang 1* amaliaeka.rakhmania@polinema.ac.id, 2 akhmadndalit@gmail.com,
3 hudiono@polinema.ac.id, 4 aad.hariyadi@polinema.ac.id , 5 hadiwiyatno@polinema.ac.id ,
6 moch.taufik@polinema.ac.id

## Abstrak
Pada paper ini performansi downlink LTE dan 5G dianalisis dengan menggunakan MATLAB. Paper ini  menampilkan  perbandingan  kinerja  teknik  modulasi quadrature  phase  shift  keying (QPSK),  16- quadrature  amplitude  modulation (QAM),  dan  64-QAM  yang  digunakan  pada downlink LTE dan teknik modulasi QPSK, 16-QAM, 64-QAM, dan 256-QAM pada downlink 5G yang melalui kanal additive white gaussian noise (AWGN) untuk mengetahui nilai bit error rate (BER) pada teknik modulasi yang digunakan. Teknik multiplexing yang digunakan adalah orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) dan cyclic prefix (CP)-OFDM untuk downlink long-term evolution (LTE) dan CP-OFDM untuk downlink 5G dengan variasi cyclic prefix yang digunakan adalah kategori ”normal”. Pada downlink LTE, kinerja modulasi QPSK lebih baik dari 16-QAM dan 64-QAM. Pada OFDM, BER QPSK diperoleh 10 -19 pada E b /N 0 16 dB, BER 16- QAM diperoleh 10 -19 pada E b /N 0 20 dB dan BER 64-QAM diperoleh 10 -8 pada E b /N 0 20 dB. Pada CP-OFDM, BER QPSK diperoleh 10 -20 pada E b /N 0 16 dB, BER 16-QAM diperoleh 10 -19 pada E b /N 0 20 dB dan BER 64-QAM diperoleh 10 -9 pada E b /N 0 20 dB. Pada downlink 5G CP-OFDM, kinerja  modulasi  QPSK  lebih  baik  dari  16-QAM,  64-QAM  dan  256-QAM,  BER  QPSK diperoleh 10 -24 pada E b /N 0 16 dB, BER 16-QAM diperoleh 10 -23 pada Eb/N0 20 dB, BER 64-QAM diperoleh 10 -14 pada E b /N 0 20 dB, dan BER 256-QAM diperoleh 10 -7 pada E b /N 0 20 dB.
Kata kunci: LTE, 5G, OFDM, CP-OFDM, Downlink , Cyclic Prefix , QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM, AWGN, BER, MATLAB.

## Abstract
In  this  paper,  LTE  and 5G  downlink  performance  is  analyzed  using  MATLAB.  This  paper presents a performance comparison of quadrature phase shift keying (QPSK), 16-quadrature amplitude modulation (QAM), and 64-QAM modulation techniques used in LTE downlink and  QPSK,  16-QAM,  64-QAM,  and  256-QAM  modulation  techniques  on  the  5G  downlink through the additive white gaussian noise (AWGN) channel to determine the bit error rate (BER) value of the modulation technique used. The multiplexing technique used is orthogonal frequency  division  multiplexing  (OFDM)  and  cyclic  prefix  (CP)-OFDM  for  long-term evolution  (LTE)  downlinks  and  CP-OFDM  for  5G  downlinks  with  variations  of  the  cyclic prefix used in the "normal" category. On LTE downlink, QPSK modulation performance is better than 16-QAM and 64-QAM. In OFDM, the BER of QPSK was 10 -19 at E b /N 0 16 dB, BER 16-QAM was obtained 10 -19 at E b /N 0 20 dB and BER 64-QAM was obtained 10 -8 at E b /N 0 20 dB. In CP-OFDM, the BER of QPSK was 10 -20 at E b /N 0 16 dB, the BER 16-QAM was obtained 10 -19 at E b /N 0 20 dB and the BER 64-QAM was obtained 10 -9 at E b /N 0 20 dB. On the 5G CP-OFDM downlink, QPSK modulation performance is better than 16-QAM, 64-QAM and 256-QAM,
the BER of QPSK is obtained 10 -24 at E b /N 0 16 dB, BER 16-QAM is obtained 10 -23 at E b /N 0 20 dB, BER 64-QAM obtained 10 -14 at E b /N 0 20 dB, and BER 256-QAM obtained 10 -7 at E b /N 0 20 dB.
Keywords: LTE, 5G, OFDM, CP-OFDM, Downlink, Cyclic Prefix, QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM, AWGN, BER, MATLAB.

## 1. Pendahuluan
Perkembangan teknologi berbasis long-term evolution (LTE) di Indonesia dewasa ini berkembang  sangat  pesat,  mengarah  kepada  teknologi  terbaru  berbasis  5G.  Salah  satu kelebihan  yang  dimiliki  oleh  kedua  teknologi  ini  adalah  penggunaan  sistem Orthogonal Frequency  Division  Multiplexing (OFDM)  di  sisi downlink -nya.  OFDM  adalah  salah  satu teknik  transmisi  dengan  beberapa  frekuensi subcarrier yang  saling orthogonal . Subcarrier akan  saling overlap tanpa  terjadi  interferensi.  Sinyal  LTE  dasar  menggunakan  berbagai format  modulasi,  termasuk phase-shift  keying (PSK)  dan quadrature  amplitude  modulation (QAM).  Modulasi  tingkat  tinggi  digunakan  untuk  mencapai  kecepatan  data  yang  lebih tinggi  [1].  Penambahan cyclic  prefix (CP)  pada  LTE  ketika  pada  lingkungan  propagasi terdapat time dispersion yang parah dapat membuat sistem lebih tangguh terhadap distorsi multipath [2]. Jaringan 5G melayani berbagai aplikasi pada pita frekuensi yang sama, oleh sebab  itu, 3rd  Generation  Partnership  Project (3GPP)  yang  merupakan  pengembang  dari teknologi  4G  LTE  sebelumnya  mengembangkan  dan  menerapkan  OFDM  sebagai  salah satu standar teknologi 5G. Kapasitas sistem dicapai melalui penggunaan spektrum baru dengan data  rate yang  lebih  cepat.  Hal  ini  disebabkan  karena  komunikasi multicarrier mengirimkan data di seluruh saluran dalam berbagai subcarrier frekuensi dengan laju data. Dalam penerapannya, Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (CP-OFDM) adalah contoh dari beberapa bentuk gelombang yang potensial untuk komunikasi 5G [3].
Pada [4], kinerja OFDM pada kanal additive white gaussian noise (AWGN) dilakukan dengan menganalisis nilai bit error rate (BER) dan Eb/No yang diterima oleh OFDM receiver dengan  berbagai  saluran.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  semakin  rendah level modulasi semakin baik kinerja terhadap noise . Penelitian tersebut dilakukan pada teknologi LTE, dan tidak membahas mengenai teknologi 5G. Model Kanal 5G Indonesia dengan Pengaruh Dedaunan pada  [5] melakukan pemodelan kanal untuk bandwidth 40 MHz pada frekuensi kerja 3,3 GHz dan menampilkan teori outage performance yang diperoleh dari model kanal 5G di  Indonesia,  kemudian  memvalidasi  teori outage  performance tersebut  menggunakan Block Error Rate (BLER) pada Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (CP-OFDM) numerology  zero dengan Complex-Binary  Phase  Shift  Keying (C-BPSK)  standard  5G  dan pengkodean polar. Pada penelitian tersebut yang dievaluasi adalah teknik pengkodeannya, dan tidak  melakukan  perbandingan  dengan  teknologi  4G.  Pengaruh  panjang  CP  dievaluasi pada [6], akan tetapi jenis modulasi yang digunakan adalah binary phase shift keying (BPSK) saja, yang merupakan jenis modulasi yang paling sederhana.
Atas dasar permasalahan performansi dan penggunaan teknik multiplexing yang ada pada downlink teknologi LTE dan 5G, maka pada penelitian ini dilakukan analisis terhadap performansi downlink LTE  dan  5G  dengan  simulasi  menggunakan software MATLAB. Teknik multiplexing yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  OFDM  dan  CP-OFDM untuk downlink LTE dan multiplexing CP-OFDM untuk downlink 5G dengan variasi cyclic prefix yang  digunakan  adalah  kategori  ”normal”  dengan  panjang  14.  Kanal  yang digunakan  adalah  kanal Additive  White  Gaussian  Noise (AWGN),  dimana  sinyal  yang dikirimkan akan dilemahkan oleh derau panas yang berasal dari kanal fisik itu sendiri dan
juga  komponen  elektronik  pada  pemancar  dan  penerima.  Teknik  modulasi  QPSK,  16- QAM, 64-QAM, dan 256-QAM digunakan dalam penelitian ini sebagaimana penerapannya pada multiplexing OFDM. Selain itu, nilai bit error rate (BER) terhadap energy per bit-to-noise ( E b /N 0 ) dari simulasi downlink LTE dan 5G dianalisis dan dilakukan perbandingan. Hasil dari  penelitian  ini  diharapkan  dapat  menjadi  referensi  untuk  pengembangan  dan mendukung implementasi teknologi 5G di Indonesia secara menyeluruh.

## 2. Kajian Teori
2.1 Long Term Evolution (LTE)
Long  Term  Evolution (LTE)  adalah  penerus  4G  untuk  sistem universal  mobile telecommunications  system (UMTS)  3G  yang  dikembangkan  untuk  memberikan  evolusi lebih  lanjut  dari  sistem  telekomunikasi  seluler  yang  tersedia  sebelumnya.  Memberikan kecepatan data yang jauh lebih tinggi dan kinerja yang sangat ditingkatkan, serta biaya pengoperasian  yang  lebih  rendah,  skema  ini  mulai  digunakan  dalam  bentuk  dasarnya sekitar  tahun  2008.  Penyebaran  pertama  hanya  dikenal  sebagai  LTE,  tetapi  kemudian ditetapkan sebagai 4G LTE Advanced dan selanjutnya 4G LTE Pro. Tidak hanya jaringan akses radio yang ditingkatkan untuk 4G LTE, tetapi arsitektur jaringan dimodifikasi untuk memungkinkan  latensi  yang  lebih  rendah  dan  interkoneksi  yang  jauh  lebih  baik  antara elemen jaringan akses radio.

## 2.2 Fifth Generation (5G)
Sistem  komunikasi  seluler  5G  memberikan  tingkat  kinerja  yang  jauh  lebih  tinggi daripada sistem komunikasi seluler generasi sebelumnya. Teknologi baru 5G berkembang dari 1G ke 2G, 3G, 4G, dengan pendekatan baru yang memberikan konektivitas dimanapun. Komunikasi seluler 5G telah didorong oleh kebutuhan untuk menyediakan konektivitas dimanapun  untuk  aplikasi  yang  beragam,  seperti  komunikasi  otomotif, remote  control dengan umpan balik haptic style , unduhan video berukuran besar, serta aplikasi low data rate , seperti sensor jarak jauh dan Internet of Things (IoT).
Teknologi  5G  memiliki  kecepatan  data  10  kali  lebih  tinggi  daripada  4G,  yang berdampak  pada latency yang  semakin  rendah  dan bandwidth yang  semakin  besar. Bertujuan  pada device  to  device  communication (D2D),  5G  memiliki  kemampuan  untuk menghubungkan hingga satu juta device tiap km 2 dengan mobilitas 500 km/jam [4].
Teknologi 5G telah dikembangkan untuk memberikan peningkatan yang signifikan, seperti fleksibilitas, skalabilitas, dan efisiensi, baik dalam hal penggunaan daya  maupun spektrum. Teknologi 5G mampu memberikan komunikasi untuk band yang sangat tinggi dengan  transmisi,  seperti video  streaming ,  serta  komunikasi  latensi  rendah  untuk  komunikasi kendaraan remote control serta komunikasi low datarate low bandwidth .
2.3 Orthogonal Frequency Divison Multiplexing (OFDM)
OFDM adalah suatu teknik multicarrier dan digunakan di dalam bidang telekomunikasi. Salah satunya pada teknologi LTE dan 5G, OFDM memiliki efisiensi pemakaian spektrum frekuensi  yang  baik  karena  spektrum  sinyalnya  dipisahkan  ke  dalam  beberapa frequency subcarrier yang saling tegak lurus ( orthogonal ) namun tidak menyebabkan interferensi. OFDM juga  memungkinkan  untuk  melawan  efek multipath pada  saluran  telekomunikasi  yang memiliki datarate yang tinggi. Pengkodean pada OFDM menggunakan Fast Fourier Transform (FFT)  dan  ditransmisikan  secara  paralel.  Selain  itu,  prinsip  utama  OFDM  adalah  pembagian aliran data kecepatan tinggi ke dalam beberapa kecepatan aliran rendah yang kemudian dikirimkan secara bersamaan melalui sejumlah subcarriers yang saling orthogonal [6].

## Gambar 1. Blok diagram sistem OFDM sederhana [5]
2.4 Cyclic Prefix-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (CP-OFDM)
Teknik CP-OFDM merupakan suatu teknik transmisi dengan menggunakan beberapa buah  frekuensi  pembawa  ( multicarrier )  dalam  satu  saluran  dimana  setiap  frekuensi pembawa tersebut saling orthogonal [7].
Gambar 2. Sinyal orthogonal pada spektrum OFDM [3]
Dikarenakan pada setiap frekuensi pembawa tersebut sudah saling orthogonal , maka akan terjadi tumpang tindih pada setiap frekuensi pembawa yang bersebelahan dimana pada setiap frekuensi pembawa tersebut dipisahkan guard interval berupa cyclic prefix (CP). Penambahan band  guard ini  yang  terlalu  lebar  dapat  mengurangi throughput data  yang dikirimkan [7].
Gambar 3. Blok fungsional CP-OFDM [8]
Terdapat dua jenis cyclic prefix yang didukung untuk sistem OFDM, jenis cyclic prefix ‘normal’ digunakan untuk menentukan cyclic prefix yang sama dengan 14 simbol OFDM dalam tiap slot . Jenis cyclic prefix ‘extended’ digunakan untuk menentukan cyclic prefix yang sama dengan 12 simbol OFDM dalam tiap slot , seperti pada Tabel 1 berikut [9].
Tabel 1. Variasi panjang Cyclic prefix pada OFDM [9] µ ∆𝒇 = 𝟐 𝝁 ∙ 𝟏𝟓𝒌𝑯𝒛 Cyclic Prefix 0 15 Normal 1 30 Normal 2 60 Normal, Extended 3 120 Normal 4 240 Normal 2.5 Skema Penambahan Cyclic Prefix
Ketika  saluran  melewati  saluran  dispertif  waktu,  ortogonalitas  dari  OFDM  dapat berubah. Cyclic  Prefix (CP)  dapat  membantu  menjaga  ortogonalitas  dari  sinyal  OFDM tersebut. Sebelum ada Cyclic Prefix (CP), jarak antara subcarrier diisi dengan guard interval . Dalam praktiknya,  antara subcarrier tersebut yang  berisikan guard interval menimbulkan intercarrier interference (ICI) karena adanya crosstalk antara subcarrier yang berbeda sehingga hal tersebut  akan  menimbulkan  hilangnya  ortogonalitas  dari  sinyal  OFDM. Cyclic  Prefix merupakan salinan ( copy ) dari bagian akhir simbol OFDM yang diletakkan  pada bagian depan saat pengiriman sinyal OFDM. Gambar 4 memperlihatkan definisi Cyclic Prefix yang digunakan sebagai guard interval pada sistem OFDM [7].
Gambar 4. CP pada guard interval OFDM [7]
Cyclic prefix berfungsi sebagai guard interval yang memastikan semua simbol OFDM terkirim secara lengkap dalam interval fast Fourier transforms (FFT) dengan waktu tunda yang sama. Hal ini akan menjaga ortogonalitas dari sinyal OFDM. Pada modulasi OFDM, inverse fast Fourier transforms (IFFT) diambil sebagai periode simbol sehingga secara teknis akan dihasilkan waktu yang sama. Pada transformasi Fourier akan dihasilkan komponen dari  semua  sinyal  yang  saling orthogonal .  Pada  bagian  penerima, cyclic  prefix tersebut dibuang  sebelum  proses  demodulasi  dengan  FFT.  Selama  interval  CP  tersebut  tidak melebihi delay spread maksimum 𝜏 𝑚𝑎𝑥 , semua pantulan dari simbol sebelumnya dibuang dan  ortogonalitas  sinyal  dipulihkan.  Jika  interval cyclic  prefix melebihi delay  spread maksimum 𝜏 𝑚𝑎𝑥 , maka ortogonalitas sinyal tersebut akan hilang.
Dalam proses pembangkitannya, CP di- copy -kan 16 sample terakhir (16 T s ) dari frame simbol OFDM untuk ditambahkan ke awal frame simbol berikutnya. Tiap sample memiliki periode T s dan total dalam satu frame terdapat 64 Ts . Pada sisi penerima, CP tersebut akan dihilangkan sehingga yang masuk pada proses ekualisasi tetap sepanjang 64 T s .
2.6 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) adalah teknik pengkodean M-ary dengan M =4. Dalam QPSK terdapat empat fase keluaran yang berbeda, maka harus ada empat kondisi masukan yang berbeda, yaitu 00, 01, 10 dan 11. Hal ini memanfaatkan ketersediaan sinyal pembawa informasi ganda menggunakan bandwidth yang sama dan menunjukkan bahwa bandwidth QPSK lebih efisien daripada BPSK [5].
Gambar 6. Diagram konstelasi QPSK [10]
2.7 Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
Quadrature Amplitude Modulation (QAM) adalah skema modulasi yang membawa data dengan  mengubah  amplitudo  dan  fase  dari  sinyal carrier .  Sinyal  yang  dimodulasi  akan menghasilkan  sinyal  yang  merupakan  kombinasi  dari Phase  Shift  Keying (PSK)  dan Amplitude  Shift  Keying (ASK).  Pada  modulasi  QAM,  titik-titik  konstelasi  ( constellation points ) dibuat dalam bentuk kotak dengan jarak vertikal dan horizontal yang sama [5].
Gambar 7. Diagram konstelasi modulasi 16QAM, 64QAM, dan 256QAM [11]
Untuk 16-QAM 𝑀 = 16 sehingga untuk masukan digital ke modulator adalah sinyal dengan  jumlah  bit  sebanyak  4  dengan  16  kondisi  logika. Untuk  64-QAM 𝑀 = 64 sehingga  untuk  masukan  digital  ke  modulator  adalah  sinyal  dengan  jumlah  bit sebanyak  6  dengan  64  kondisi  logika. Untuk  256-QAM 𝑀 = 256 sehingga  untuk masukan digital ke modulator adalah sinyal dengan jumlah bit sebanyak 8 dengan 256 kondisi logika.

## 2.8 FFT dan IFFT
FFT  adalah  algoritma  transformasi Fourier yang  dikembangkan  dari  algoritma Discrete  Fourier  Transform (DFT)  untuk  meningkatkan  laju  komputasi  dari  perhitungan transformasi Fourier , yaitu dengan mereduksi proses looping pada kalkulasi DFT sehingga mengurangi pemakaian memori dan mempercepat kerja sistem yang menggunakannya. FFT  dapat  mengambil  sinyal  acak,  mengalikannya  berturut-turut  dengan  eksponensial
Hadiwiyatno, Mochammad Taufik
kompleks selama rentang frekuensi yang ada, menjumlahkan setiap hasil, dan melakukan plot hasil tersebut sebagai koefisien frekuensi. Koefisien ini disebut spektrum dan mewakili jumlah  frekuensi  yang  terdapat  dalam  sinyal input ,  ditunjukkan  pada  Persamaan  (1) berikut:
𝑥(𝑘) = ∑ 𝑥(𝑛)𝑠𝑖𝑛 [ 2𝜋𝑘𝑛 𝑁 ] + 𝑗 ∑ 𝑥(𝑛)𝑐𝑜𝑠 [ 2𝜋𝑘𝑛 𝑁 ] 𝑁−1 𝑛=0 𝑁−1 𝑛=0 (1)
dimana 𝑥(𝑛) adalah  koefisien  sinus  dan  cosinus  dari 2𝜋𝑘 / 𝑁 , 𝑘 adalah  indeks  dari frekuensi dari 𝑁 buah frekuensi, 𝑛 adalah indeks waktu, 𝑥(𝑘) adalah nilai dari spektrum untuk frekuensi 𝑘 𝑡ℎ , dan 𝑥(𝑛) adalah nilai dari sinyal pada waktu 𝑛 . Koefisien yang ada didefinisikan  sebagai sample domain  waktu 𝑥(𝑘) untuk  FFT  dan  nilai  bit 𝑥(𝑛) frekuensi untuk IFFT.
Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) mengambil spektrum yang diterima dan mengubah semuanya kembali ke sinyal domain waktu dengan cara mengalikannya dengan sejumlah gelombang sinus, ditunjukkan pada Persamaan (2) berikut [7].
𝑋(𝑛) = ∑ 𝑥(𝑘)𝑠𝑖𝑛 [ 2𝜋𝑘𝑛 𝑁 ] − 𝑗 ∑ 𝑥(𝑘)𝑐𝑜𝑠 [ 2𝜋𝑘𝑛 𝑁 ] 𝑁−1 𝑛=0 𝑁−1 𝑛=0 (2)

## 2.9 Kanal AWGN
AWGN  merupakan  tipe noise yang  diberikan  untuk  menguji  kemampuan  sistem. AWGN  mempunyai  kerapatan  spektral  datar  ( flat  spectral  density )  pada  ranah  frekuensi yang  lebar. Transmitter mengirimkan  informasi  digital  dengan  menggunakan  sinyal bentuk gelombang {𝑆 𝑚 (𝑡)}𝑚 = 1,2, … 𝑀 . Setiap bentuk gelombang ditransmisikan dengan simbol  pada  durasi  interval  waktu 𝑇 .  Karakteristik noise AWGN,  yaitu  sinyal  keluaran yang melalui kanal AWGN sama dengan sinyal asli yang ditambah dengan noise AWGN, dinyatakan dengan Persamaan (3) berikut:
𝑟(𝑡) = 𝑆 𝑚 (𝑡) + 𝑛(𝑡) (3)
Gambar 8. Kanal AWGN [5]
2.10 Bit Error Rate (BER)
BER adalah perbandingan jumlah bit salah yang diterima receiver terhadap jumlah bit yang  dikirim.  Dalam  realisasinya  BER  sangat  dipengaruhi  oleh noise karena noise dapat menyebabkan adanya kesalahan proses deteksi, persamaan Bit Error Rate dapat dihitung dengan Persamaan (4) berikut [8].
𝐵𝐸𝑅 = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑏𝑖𝑡 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑡 𝑑𝑖𝑘𝑖𝑟𝑖𝑚 (4)
Besarnya  nilai  BER  ( 𝑃 𝑏 )  untuk  masing-masing  teknik  modulasi  dapat  diperoleh dengan menggunakan Q-Function untuk QPSK dalam Persamaan (5) berikut.
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 22  No. 2  Oktober 2023  Hal 217 - 240
𝑃 𝑏 = 𝑄(√2𝛾 𝑏 ) (5)
dimana 𝛾 𝑏 = E b /N 0
Untuk  modulasi  QAM,  nilai  BER  secara  teori  dapat  dicari  dengan  menggunakan Persamaan (6) berikut.
𝑃 𝑏 = 4 𝑙𝑜𝑔 2 𝑀 𝑄 (√ 3𝛾 𝑏 . 𝑙𝑜𝑔 2 𝑀 𝑀 − 1 ) (6)
dengan: 𝛾 𝑏 = E b /N 0 𝑀 = indeks dari QAM

## 3. Perancangan Simulasi
Perancangan  sistem  dibuat  dalam  beberapa  tahap.  Sistem  dibuat  dengan software MATLAB 2021a, terdiri dari transmitter , kanal, dan receiver . Terdapat dua rancangan sistem yang diimplementasikan pada MATLAB code , masing-masing untuk sistem downlink LTE dan sistem downlink 5G.

## 3.1 Rancangan Sistem Downlink LTE
Pada simulasi yang dilakukan dengan software MATLAB untuk sistem downlink LTE, titik-titik  pengukuran  ditunjukkan  pada  Gambar  9  dengan  titik  A  merupakan  titik pengukuran untuk bit yang dikirimkan selama proses transmisi, dan titik B merupakan titik pengukuran untuk bit yang diterima setelah melalui proses transmisi.
Gambar 91. Titik pengukuran BER pada downlink system LTE
Melalui perhitungan bit error rate dari Persamaan (4), dari kedua titik tersebut dapat diasumsikan bahwa pengukuran pada titik A mewakili jumlah total bit dikirim, sedangkan pengukuran  pada  titik  B  mewakili  jumlah  bit error selama  proses  transmisi.  Dari  hasil pengukuran  titik  A  dan  titik  B  kemudian  dilakukan  perbandingan  sebagaimana  pada Persamaan (4) untuk memperoleh nilai bit error rate untuk variasi nilai E b /N 0 0 dB sampai dengan 20 dB. Adapun parameter-parameter yang digunakan pada sistem downlink LTE dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Parameter rancangan sistem downlink LTE Sampling rate 4 × 10 6 Frekuensi carrier 10 MHz Nfft 128 Subcarrier spacing 15 kHz Multiplexing OFDM, CP-OFDM Cyclic prefix length 0, 14 Teknik modulasi QPSK, 16-QAM, 64- QAM Kanal AWGN Variasi E b /N 0 0 dB s/d 20 dB

## 3.2 Rancangan Sistem Downlink 5G
Pada simulasi yang akan dilakukan pada software MATLAB untuk sistem downlink 5G, titik-titik pengukuran ditunjukkan pada Gambar 10 dengan pada titik A merupakan titik pengukuran untuk bit yang dikirimkan selama proses transmisi, dan titik B merupakan titik  pengukuran  untuk  bit  yang  diterima  setelah  melalui  proses  transmisi.  Melalui perhitungan bit error rate dari Persamaan (4), dari kedua titik tersebut dapat diasumsikan bahwa pengukuran pada titik A mewakili jumlah total bit dikirim, sedangkan pengukuran pada titik B mewakili jumlah bit error selama proses transmisi. Dari hasil pengukuran titik A dan titik B kemudian dilakukan perbandingan sebagaimana pada Persamaan (4) untuk memperoleh  nilai bit error  rate untuk  variasi  nilai E b /N 0 0dB-20dB.  Adapun  parameter- parameter yang akan digunakan pada sistem downlink 5G dapat dilihat pada Tabel 3.
Gambar 20. Titik pengukuran BER pada downlink system 5G
Tabel 3. Parameter rancangan sistem downlink 5G
Sampling rate 4 × 10 6 Frekuensi Carrier 10 MHz Nfft 256 Subcarrier Spacing 15 kHz Multiplexing CP-OFDM Cyclic prefix length 14 Teknik Modulasi QPSK, 16-QAM, 64- QAM, 256-QAM Kanal AWGN
Variasi E b /N 0 0 dB s/d 20 dB

## 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Hasil Pengujian Sistem Downlink LTE (OFDM)
Gambar 11 menunjukkan grafik BER vs E b /N 0 pada downlink LTE dengan sistem OFDM yang  melalui  kanal  AWGN.  Diperoleh  nilai  BER  dari  masing-masing  teknik  modulasi  yang digunakan dengan variasi panjang CP 0 (tanpa CP) dan variasi modulasi, yaitu QPSK, 16-QAM, dan 64-QAM. Pada modulasi QPSK mempunyai nilai BER 10 -19 dengan nilai E b /N 0 16 dB. Pada modulasi 16-QAM mempunyai nilai BER 10 -19 dengan nilai E b /N 0 20 dB dan untuk modulasi 64- QAM mempunyai nilai BER 10 -8 dengan nilai E b /N 0 20 dB.
Gambar 31. Grafik BER vs E b /N 0 downlink LTE dengan sistem OFDM
Gambar 11 menunjukkan bahwa kinerja modulasi pada downlink LTE dengan sistem OFDM yang melalui kanal AWGN untuk modulasi QPSK lebih baik dibandingkan dengan modulasi 16-QAM dan modulasi 64-QAM. Hal tersebut dikarenakan pada modulasi QPSK hanya  menggunakan  2  bit  dalam  1  simbol,  sedangkan  modulasi  16-QAM  dan  64-QAM memodulasikan 4 dan 6 bit dalam 1 simbol, sehingga modulasi dengan simbol yang lebih tinggi lebih rentan terhadap noise selama proses transmisi yang mengakibatkan performansi dari sistem  dengan  simbol  yang  lebih  rendah  akan  semakin  baik.  Namun,  berdasarkan perbedaan jumlah bit per simbol tersebut, modulasi QPSK memiliki bitrate yang lebih kecil dibadingkan  dengan  modulasi  16-QAM  dan  modulasi  64-QAM.  Persamaan  yang membuktikan bahwa nilai bitrate QPSK lebih kecil adalah sebagai berikut:
𝑅 𝑠 = 𝑅 𝑙𝑜𝑔 2 𝑀 , 𝑙𝑜𝑔 2 𝑀 = 𝑘 dimana: 𝑅 𝑠 = sy mbol rate (sps) 𝑅 = bitrate (bps) 𝑀 = indeks modulasi 𝑘 = bit per symbol
Tabel 4. Nilai perbandingan BER terhadap E b /N 0 variasi modulasi QPSK, 16-QAM, dan 64-QAM pada downlink LTE OFDM
E b /N 0 (dB) Bit Error Rate (BER) QPSK 16-QAM 64-QAM 0 3,93483 × 10 −2 7,04226 × 10 −2 9,96601 × 10 −2 1 2,80962  × 10 −2 5,95108 × 10 −2 8,8934 × 10 −2 2 1,86706  × 10 −2 4,88663 × 10 −2 7,83069 × 10 −2 3 1,14207 × 10 −2 3,86405 × 10 −2 6,83576 × 10 −2 4 6,29036  × 10 −3 2,92102 × 10 −2 5,90438 × 10 −2 5 2,98189  × 10 −3 2,09076 × 10 −2 5,02437 × 10 −2 6 1,19915 × 10 −3 1,39141 × 10 −2 4,17774 × 10 −2 7 3,94285  × 10 −4 8,49897 × 10 −3 3,36776 × 10 −2 8 9,31964  × 10 −5 4,63711 × 10 −3 2,60402 × 10 −2 9 1,41995  × 10 −5 2,18132 × 10 −3 1,92384 × 10 −2 10 2,03692  × 10 −6 8,74366 × 10 −4 1,32125 × 10 −2 11 1,41107 × 10 −7 2,98089 × 10 −4 8,41413 × 10 −3 12 8,66301 × 10 −9 7,30972 × 10 −5 4,88096 × 10 −3 13 8,82195 × 10 −11 1,21995 × 10 −5 2,51238 × 10 −3 14 5,64177 × 10 −13 1,55843 × 10 −6 1,11759 × 10 −3 15 7,1246 × 10 −16 1,1392 × 10 −7 4,07297 × 10 −4 16 1,98002 × 10 −19 6,5022 × 10 −9 1,15999 × 10 −4 17 - 9,07163 × 10 −11 2,50998 × 10 −5 18 - 4,52231 × 10 −13 4,06402 × 10 −6 19 - 8,20182 × 10 −16 3,37663 × 10 −7 20 - 7,64322 × 10 −19 2,29184 × 10 −8
Karena  modulasi  QPSK  mampu  mengirimkan  2  bit  per  simbol,  maka: 𝑀 = 4, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 4, 𝑘 = 2 . Untuk modulasi 16-QAM mampu mengirimkan 4 bit per simbol, maka: 𝑀 = 16, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 16, 𝑘 = 4 .  Untuk  modulasi  64-QAM  mampu  mengirimkan  6  bit  per  simbol, maka: 𝑀 = 64, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 64, 𝑘 = 6 . Hubungan dari persamaan tersebut dapat digambarkan nilai k berbanding  lurus  dengan bitrate ,  jika  nilai k meningkat  maka bitrate juga  akan meningkat.
Secara  keseluruhan  dapat  dilihat  bahwa  seiring  dengan  semakin  tinggi  nilai E b /N 0 , BER dari sistem semakin rendah. Hal ini dikarenakan dengan naiknya nilai E b /N 0 , maka SNR semakin tinggi dan noise yang disebabkan semakin rendah sehingga secara langsung berpengaruh terhadap nilai BER sistem.
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 22  No. 2  Oktober 2023  Hal 217 - 240
4.2 Hasil Pengujian Sistem Downlink LTE (CP-OFDM)
Gambar 12 menunjukkan grafik BER vs E b /N 0 pada downlink LTE dengan sistem CP- OFDM  yang  melalui  kanal  AWGN.  Diperoleh  nilai  BER  dari  masing-masing  teknik modulasi  yang  digunakan  dengan  variasi  panjang  CP  14  dan  variasi  modulasi,  yaitu QPSK, 16-QAM, dan 64-QAM. Pada modulasi QPSK mempunyai nilai BER 10 -20 dengan nilai E b /N 0 16 dB. Pada modulasi 16-QAM mempunyai nilai BER 10 -19 dengan nilai E b /N 0 20
dB dan untuk modulasi 64-QAM mempunyai nilai BER 10 -9 dengan nilai E b /N 0 20 dB.
Gambar 42. Grafik BER vs E b /N 0 downlink LTE dengan sistem CP-OFDM
Pada Gambar 12 dapat dilihat bahwa kinerja modulasi pada downlink LTE dengan sistem OFDM  yang  melalui  kanal  AWGN  untuk  modulasi  QPSK  lebih  baik  dibandingkan  dengan modulasi  16-QAM  dan  modulasi  64-QAM.  Hal  tersebut  dikarenakan  pada  modulasi  QPSK hanya  menggunakan  2  bit  dalam  1  simbol,  sedangkan  modulasi  16-QAM  dan  64-QAM memodulasikan 4 dan 6 bit dalam 1 simbol, sehingga modulasi dengan simbol yang lebih tinggi lebih rentan terhadap noise selama proses transmisi yang mengakibatkan performansi dari sistem dengan simbol yang lebih rendah akan semakin baik. Namun, berdasarkan perbedaan jumlah bit per simbol tersebut, modulasi QPSK memiliki bitrate yang lebih kecil dibadingkan dengan modulasi 16-QAM dan modulasi 64-QAM. Persamaan yang membuktikan bahwa nilai bitrate QPSK lebih kecil adalah sebagai berikut:
𝑅 𝑠 = 𝑅 𝑙𝑜𝑔 2 𝑀 , 𝑙𝑜𝑔 2 𝑀 = 𝑘
dimana:
𝑅 𝑠 = sy mbol rate (sps) 𝑅 = bitrate (bps) 𝑀 = indeks modulasi 𝑘 = bit per symbol
Tabel 5. Nilai perbandingan BER terhadap E b /N 0 variasi modulasi QPSK, 16-QAM, dan 64-QAM pada downlink LTE CP-OFDM
E b /N 0 (dB) Bit Error Rate (BER) QPSK 16-QAM 64-QAM 0 1,12285 × 10 −2 3,51397 × 10 −2 3,3191 × 10 −2 1 8,05307 × 10 −3 2,97574 × 10 −2 2,95784 × 10 −2 2 5,36048 × 10 −3 2,4421 × 10 −2 2,6102 × 10 −2 3 3,26452 × 10 −3 1,9289 × 10 −2 2,28258 × 10 −2 4 1,77959 × 10 −3 1,46025 × 10 −2 1,96951 × 10 −2 5 8,72499 × 10 −4 1,04206 × 10 −2 1,67814 × 10 −2 6 3,4526 × 10 −4 6,95903 × 10 −3 1,39282 × 10 −2 7 1,11987 × 10 −4 4,19804 × 10 −3 1,1195 × 10 −2 8 2,84967 × 10 −5 2,32681 × 10 −3 8,65761 × 10 −3 9 5,09967 × 10 −6 1,10886 × 10 −3 6,34769 × 10 −3 10 5,6576 × 10 −7 4,37383 × 10 −4 4,36985 × 10 −3 11 2,96508 × 10 −8 1,38795 × 10 −4 2,80868 × 10 −3 12 6,33199 × 10 −10 3,72986 × 10 −5 1,63647 × 10 −3 13 6,6522 × 10 −12 7,15456 × 10 −6 8,33033 × 10 −4 14 4,7864 × 10 −14 7,08559 × 10 −7 3,7797 × 10 −4 15 8,00238 × 10 −17 6,24804 × 10 −8 1,35589 × 10 −4 16 7,44129 × 10 −20 2,37089 × 10 −9 3,89969 × 10 −5 17 - 4,07163 × 10 −11 9,18108 × 10 −6 18 - 1,5223 × 10 −13 1,2033 × 10 −6 19 - 1,87418 × 10 −16 1,52257 × 10 −7 20 - 2,64711 × 10 −19 9,0285 × 10 −9
Karena  modulasi  QPSK  mampu  mengirimkan  2  bit  per  simbol,  maka: 𝑀 = 4, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 4, 𝑘 = 2 . Untuk modulasi 16-QAM mampu mengirimkan 4 bit per simbol, maka: 𝑀 = 16, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 16, 𝑘 = 4 .  Untuk  modulasi  64-QAM  mampu  mengirimkan  6  bit  per  simbol, maka: 𝑀 = 64, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 64, 𝑘 = 6 . Hubungan dari persamaan tersebut dapat digambarkan nilai k berbanding  lurus  dengan bitrate ,  jika  nilai k meningkat  maka bitrate juga  akan meningkat.
Secara keseluruhan dapat dilihat bahwa seiring dengan semakin naik nilai E b /N 0 , BER dari  sistem  semakin  kecil.  Hal  ini  dikarenakan  dengan  naiknya  nilai E b /N 0 ,  maka  SNR
semakin  tinggi  dan noise yang  disebabkan  semakin  rendah  sehingga  secara  langsung berpengaruh terhadap nilai BER sistem.

## 4.3 Hasil Pengujian Sistem
Downlink 5G (CP-OFDM)
Gambar 13 menunjukkan grafik BER vs E b /N 0 pada downlink 5G dengan sistem CP- OFDM  yang  melalui  kanal  AWGN.  Diperoleh  nilai  BER  dari  masing-masing  teknik modulasi  yang  digunakan  dengan  variasi  panjang  CP  14  dan  variasi  modulasi,  yaitu QPSK, 16-QAM, 64-QAM, dan 256-QAM. Pada modulasi QPSK mempunyai nilai BER 10 - 24 dengan  nilai E b /N 0 16 dB.  Pada modulasi 16-QAM mempunyai nilai BER 10 -23 dengan nilai E b /N 0 20 dB. Pada modulasi 64-QAM mempunyai nilai BER 10 -12 dengan nilai E b /N 0 20
dB dan untuk modulasi 256-QAM mempunyai nilai BER 10 -7 dengan nilai E b /N 0 20 dB.
Gambar 13. Grafik BER vs E b /N 0 downlink 5G dengan sistem CP-OFDM
Gambar 13 menunjukkan bahwa kinerja modulasi pada downlink 5G dengan sistem CP-OFDM  yang  melalui  kanal  AWGN  untuk  modulasi  QPSK  lebih  baik  dibandingkan dengan  modulasi  16-QAM,  modulasi  64-QAM,  dan  modulasi  256-QAM.  Hal  tersebut dikarenakan pada modulasi QPSK hanya menggunakan 2 bit dalam 1 simbol, sedangkan modulasi 16-QAM, 64-QAM, dan 256-QAM memodulasikan 4, 6, dan 8 bit dalam 1 simbol, sehingga  modulasi  dengan  simbol  yang  lebih  tinggi  lebih  rentan  terhadap noise selama proses transmisi yang mengakibatkan performansi dari sistem dengan simbol yang lebih rendah akan semakin baik. Namun, berdasarkan perbedaan jumlah bit per simbol tersebut, modulasi QPSK memiliki bitrate yang lebih kecil dibandingkan dengan modulasi 16-QAM dan  modulasi  64-QAM.  Persamaan  yang  membuktikan  bahwa  nilai bitrate QPSK  lebih kecil adalah sebagai berikut:
𝑅 𝑠 = 𝑅 𝑙𝑜𝑔 2 𝑀 , 𝑙𝑜𝑔 2 𝑀 = 𝑘
dimana:
𝑅 𝑠 = sy mbol rate (sps) 𝑅 = bitrate (bps) 𝑀 = indeks modulasi 𝑘 = bit per symbol
Tabel 6. Nilai perbandingan BER terhadap E b /N 0 dengan pengaruh sitem modulasi QPSK, 16-QAM, 64-QAM, dan 256-QAM pada downlink 5G CP-OFDM
E b /N 0 (dB) Bit Error Rate (BER) QPSK 16-QAM 64-QAM 256-QAM 0 2,26448 × 10 −2 1,77199 × 10 −2 2,18344 × 10 −2 2,38619 × 10 −2 1 1,42922 × 10 −2 1,31974 × 10 −2 1,87618 × 10 −2 2,14774 × 10 −2 2 8,24083 × 10 −3 3,54869 × 10 −3 1,57924 × 10 −2 1,91643 × 10 −2 3 4,17987 × 10 −3 5,98431 × 10 −3 1,30365 × 10 −2 1,69046 × 10 −2 4 1,81479 × 10 −3 3,54869 × 10 −3 1,03576 × 10 −2 1,47773 × 10 −2 5 6,42095 × 10 −4 1,85004 × 10 −3 7,93417 × 10 −3 1,28407 × 10 −2 6 1,83099 × 10 −4 8,62672 × 10 −4 5,71944 × 10 −3 1,09555 × 10 −2 7 3,98997 × 10 −5 3,2789 × 10 −4 3,84229 × 10 −3 9,23814 × 10 −3 8 5,93618 × 10 −6 1,00197 × 10 −4 2,38481 × 10 −3 7,59327 × 10 −3 9 4,9696 × 10 −7 2,19993 × 10 −5 1,34669 × 10 −3 6,00288 × 10 −3 10 2,185659 × 10 −8 3,29332 × 10 −6 6,47148 × 10 −4 4,56474 × 10 −3 11 8,5154 × 10 −10 4,15439 × 10 −7 2,80578 × 10 −4 3,26006 × 10 −3 12 4,80041 × 10 −12 2,79176 × 10 −8 9,02928 × 10 −5 2,14471 × 10 −3 13 3,77304 × 10 −15 1,799991 × 10 −9 2,4398 × 10 −5 1,31228 × 10 −3 14 8,96055 × 10 −18 1,0092 × 10 −10 4,74156 × 10 −6 7,34065 × 10 −4 15 2,85754 × 10 −21 3,8137 × 10 −12 5,88492 × 10 −7 3,35393 × 10 −4 16 5,67301 × 10 −24 5,67119 × 10 −14 5,51079 × 10 −8 1,41655 × 10 −4 17 - 6,97491 × 10 −16 3,36016 × 10 −9 3,36016 × 10 −5 18 - 4,21399 × 10 −18 1,3479 × 10 −10 4,43858 × 10 −5 19 - 1,8748 × 10 −20 5,0754 × 10 −12 2,74009 × 10 −6 20 - 2,4376 × 10 −23 8,8251 × 10 −14 2,62968 × 10 −7
Karena  modulasi  QPSK  mampu  mengirimkan  2  bit  per  simbol,  maka: 𝑀 = 4, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 4, 𝑘 = 2 . Untuk modulasi 16-QAM mampu mengirimkan 4 bit per simbol, maka: 𝑀 = 16, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 16, 𝑘 = 4 .  Untuk  modulasi  64-QAM  mampu  mengirimkan  6  bit  per  simbol, maka: 𝑀 = 64, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 64, 𝑘 = 6 .  Untuk  modulasi  256-QAM  mampu  mengirimkan  8  bit per simbol, maka: 𝑀 = 256, 𝑘 = 𝑙𝑜𝑔 2 256, 𝑘 = 8 . Hubungan dari persamaan tersebut dapat digambarkan nilai 𝑘 berbanding lurus dengan bitrate , jika nilai 𝑘 meningkat maka bitrate juga akan meningkat.
Secara keseluruhan dapat dilihat bahwa seiring dengan semakin naik nilai E b /N 0 , BER dari  sistem  semakin  kecil.  Hal  ini  dikarenakan  dengan  naiknya  nilai E b /N 0 ,  maka  SNR
semakin  tinggi  dan noise yang  disebabkan  semakin  rendah  sehingga  secara  langsung berpengaruh terhadap nilai BER sistem.

## 4.4 Kinerja Downlink LTE dan 5G dengan Pengaruh Modulasi QPSK
Gambar  14  menunjukkan  grafik  BER  vs E b /N 0 kinerja  modulasi  QPSK  pada downlink LTE  dengan  sistem  OFDM  dan  CP-OFDM,  dan  pada downlink 5G  dengan  sistem  CP- OFDM  yang  melalui kanal AWGN. Nilai BER diperoleh dari pengujian sistem downlink LTE dan downlink 5G dengan pengaruh modulasi QPSK dan dengan variasi panjang CP 14 untuk downlink dengan sistem CP-OFDM. Untuk variasi nilai E b /N 0 pada hasil pengujian ini adalah pada 16 dB. Pada downlink LTE sistem OFDM mempunyai nilai BER 10 -19 . Pada downlink LTE sistem CP-OFDM mempunyai nilai BER 10 -20 . Pada downlink 5G sistem CP- OFDM mempunyai nilai BER 10 -24 .
Gambar 54. Grafik BER vs E b /N 0 pengaruh sistem modulasi QPSK pada downlink LTE dan 5G
Kinerja modulasi QPSK pada downlink 5G dengan sistem CP-OFDM merupakan yang terbaik dengan BER paling kecil. Kinerja modulasi QPSK pada downlink LTE dengan sistem CP-OFDM  cukup  baik  dengan  BER  cukup  kecil.  Kinerja  modulasi  QPSK  pada downlink LTE dengan sistem OFDM merupakan yang terburuk dengan BER paling kecil.
Pada downlink LTE  dapat  dilihat  perbandingan  antara  penggunaan  sistem  OFDM dengan  CP-OFDM.  Nilai  BER  yang  dihasilkan  pada downlink LTE  dengan  sistem  CP- OFDM  lebih  baik  dibandingkan  dengan  sistem  OFDM.  Hal  ini  disebabkan  karena  CP dapat mengatasi multipath pada kanal, sehingga pengaruh adanya CP akan meminimalisir terjadinya bit error yang ditransmisikan pada kanal. Perbandingan untuk downlink LTE dan downlink 5G, nilai BER yang dihasilkan oleh downlink 5G dengan pengaruh modulasi QPSK lebih baik dibandingkan dengan downlink LTE, yang artinya downlink 5G dengan sistem CP-OFDM yang telah dibuat dapat mentransmisikan sistem modulasi QPSK dengan noise yang lebih rendah sehingga mempunyai nilai error yang lebih sedikit.
Tabel 7. Nilai perbandingan BER terhadap E b /N 0 dengan pengaruh sistem modulasi QPSK pada downlink LTE dan 5G
E b /N 0
(dB) Bit Error Rate (BER) QPSK (LTE OFDM) QPSK (LTE CP-OFDM) QPSK (5G CP-OFDM) 0 3,93483 × 10 −2 1,12285 × 10 −2 2,26448 × 10 −2 1 2,80962  × 10 −2 8,05307 × 10 −3 1,42922 × 10 −2 2 1,86706  × 10 −2 5,36048 × 10 −3 8,24083 × 10 −3 3 1,14207 × 10 −2 3,26452 × 10 −3 4,17987 × 10 −3 4 6,29036  × 10 −3 1,77959 × 10 −3 1,81479 × 10 −3 5 2,98189  × 10 −3 8,72499 × 10 −4 6,42095 × 10 −4 6 1,19915 × 10 −3 3,4526 × 10 −4 1,83099 × 10 −4 7 3,94285  × 10 −4 1,11987 × 10 −4 3,98997 × 10 −5 8 9,31964  × 10 −5 2,84967 × 10 −5 5,93618 × 10 −6 9 1,41995  × 10 −5 5,09967 × 10 −6 4,9696 × 10 −7 10 2,03692  × 10 −6 5,6576 × 10 −7 2,185659 × 10 −8 11 1,41107 × 10 −7 2,96508 × 10 −8 5,8154 × 10 −10 12 8,66301 × 10 −9 6,33199 × 10 −10 5,70041 × 10 −12 13 8,82195 × 10 −11 6,6522 × 10 −12 8.77304 × 10 −15 14 5,64177 × 10 −13 4,7864 × 10 −14 8,96055 × 10 −18 15 7,1246 × 10 −16 8,00238 × 10 −17 3.85754 × 10 −21 16 1,98002 × 10 −19 7,44129 × 10 −20 1.67301 × 10 −24

## 4.5 Kinerja Downlink LTE dan 5G dengan Pengaruh Modulasi 16-QAM
Gambar  15  menunjukkan  grafik  BER  vs Eb/N0 kinerja  modulasi  16-QAM  pada downlink LTE dengan sistem OFDM dan CP-OFDM, dan pada downlink 5G dengan sistem CP-OFDM yang melalui kanal AWGN. Nilai BER diperoleh dari pengujian sistem downlink LTE dan downlink 5G dengan pengaruh modulasi 16-QAM, dengan variasi panjang CP 14 untuk downlink dengan sistem CP-OFDM. Untuk variasi nilai Eb/N0 pada hasil pengujian ini  adalah  20  dB.  Pada downlink LTE,  sistem  OFDM  mempunyai  nilai  BER  10 -19 .  Pada downlink LTE, sistem CP-OFDM mempunyai nilai BER 10 -19 . Pada downlink 5G, sistem CP- OFDM mempunyai nilai BER 10 -23 .
Tabel 8. Nilai perbandingan BER terhadap E b /N 0 dengan pengaruh sistem modulasi 16-QAM pada downlink LTE dan 5G
Kinerja modulasi 16-QAM pada downlink 5G dengan sistem CP-OFDM merupakan yang terbaik dengan BER paling kecil. Kinerja modulasi 16-QAM pada downlink LTE dengan sistem CP-OFDM cukup baik dengan BER cukup kecil. Kinerja modulasi 16-QAM pada downlink LTE dengan sistem OFDM merupakan yang terburuk dengan BER paling kecil.
E b /N 0
(dB) Bit Error Rate (BER) 16-QAM (LTE OFDM) 16-QAM (LTE CP-OFDM) 16-QAM (5G CP-OFDM) 0 7,04226 × 10 −2 3,51397 × 10 −2 1,77199 × 10 −2 1 5,95108 × 10 −2 2,97574 × 10 −2 1,31974 × 10 −2 2 4,88663 × 10 −2 2,4421 × 10 −2 3,54869 × 10 −3 3 3,86405 × 10 −2 1,9289 × 10 −2 5,98431 × 10 −3 4 2,92102 × 10 −2 1,46025 × 10 −2 3,54869 × 10 −3 5 2,09076 × 10 −2 1,04206 × 10 −2 1,85004 × 10 −3 6 1,39141 × 10 −2 6,95903 × 10 −3 8,62672 × 10 −4 7 8,49897 × 10 −3 4,19804 × 10 −3 3,2789 × 10 −4 8 4,63711 × 10 −3 2,32681 × 10 −3 1,00197 × 10 −4 9 2,18132 × 10 −3 1,10886 × 10 −3 2,19993 × 10 −5 10 8,74366 × 10 −4 4,37383 × 10 −4 3,29332 × 10 −6 11 2,98089 × 10 −4 1,38795 × 10 −4 4,15439 × 10 −7 12 7,30972 × 10 −5 3,72986 × 10 −5 2,79176 × 10 −8 13 1,21995 × 10 −5 7,15456 × 10 −6 1,799991 × 10 −9 14 1,55843 × 10 −6 7,08559 × 10 −7 1,0092 × 10 −10 15 1,1392 × 10 −7 6,24804 × 10 −8 3,8137 × 10 −12 16 6,5022 × 10 −9 2,37089 × 10 −9 5,67119 × 10 −14 17 9,07163 × 10 −11 4,07163 × 10 −11 6,97491 × 10 −16 18 4,52231 × 10 −13 1,5223 × 10 −13 4,21399 × 10 −18 19 8,20182 × 10 −16 1,87418 × 10 −16 1,8748 × 10 −20 20 7,64322 × 10 −19 2,64711 × 10 −19 2,4376 × 10 −23
Gambar 65. Grafik BER vs E b /N 0 pengaruh sistem modulasi 16-QAM pada downlink LTE dan 5G
Pada downlink LTE  dapat  dilihat  perbandingan  antara  penggunaan  sistem  OFDM dengan  CP-OFDM.  Nilai  BER  yang  dihasilkan  pada downlink LTE  dengan  sistem  CP- OFDM  lebih  baik  dibandingkan  dengan  sistem  OFDM.  Hal  ini  disebabkan  karena  CP dapat mengatasi multipath pada kanal, sehingga pengaruh adanya CP akan meminimalisir terjadinya bit error yang ditransmisikan pada kanal. Perbandingan untuk downlink LTE dan downlink 5G, nilai BER yang dihasilkan oleh downlink 5G dengan pengaruh modulasi 16- QAM  lebih  baik  dibandingkan  dengan downlink LTE,  yang  artinya downlink 5G  dengan sistem  CP-OFDM  yang  telah  dibuat  dapat  mentransmisikan  sistem  modulasi  16-QAM dengan noise yang lebih rendah sehingga mempunyai nilai error yang lebih sedikit.
4.6 Kinerja Downlink LTE dan 5G dengan Pengaruh Modulasi 64-QAM
Gambar  16  menunjukkan  grafik  BER  vs E b /N 0 kinerja  modulasi  64-QAM  pada downlink LTE dengan sistem OFDM dan CP-OFDM, serta pada downlink 5G dengan sistem CP-OFDM yang melalui kanal AWGN. Nilai BER diperoleh dari pengujian sistem downlink LTE dan downlink 5G dengan pengaruh modulasi 64-QAM dan dengan variasi panjang CP 14 untuk downlink dengan sistem CP-OFDM. Untuk variasi nilai E b /N 0 pada hasil pengujian ini  adalah  20  dB.  Pada downlink LTE  sistem  OFDM  mempunyai  nilai  BER  10 -8 .  Pada downlink LTE sistem CP-OFDM mempunyai nilai BER 10 -9 . Pada downlink 5G sistem CP- OFDM mempunyai nilai BER 10 -14 .
Kinerja modulasi 64-QAM pada downlink 5G dengan  sistem CP-OFDM  merupakan yang  terbaik  dengan  BER  paling  kecil.  Kinerja  modulasi  64-QAM  pada downlink LTE dengan sistem CP-OFDM cukup baik dengan BER cukup kecil. Kinerja modulasi 64-QAM pada downlink LTE dengan sistem OFDM merupakan yang terburuk dengan BER paling kecil.
Tabel 9. Nilai perbandingan BER terhadap E b /N 0 dengan pengaruh sistem modulasi 64-QAM pada downlink LTE dan 5G
E b /N 0 (dB) Bit Error Rate (BER) 64-QAM (LTE OFDM) 64-QAM (LTE CP-OFDM) 64-QAM (5G CP-OFDM) 0 9,96601 × 10 −2 3,3191 × 10 −2 2,18344 × 10 −2 1 8,8934 × 10 −2 2,95784 × 10 −2 1,87618 × 10 −2 2 7,83069 × 10 −2 2,6102 × 10 −2 1,57924 × 10 −2 3 6,83576 × 10 −2 2,28258 × 10 −2 1,30365 × 10 −2 4 5,90438 × 10 −2 1,96951 × 10 −2 1,03576 × 10 −2 5 5,02437 × 10 −2 1,67814 × 10 −2 7,93417 × 10 −3 6 4,17774 × 10 −2 1,39282 × 10 −2 5,71944 × 10 −3 7 3,36776 × 10 −2 1,1195 × 10 −2 3,84229 × 10 −3 8 2,60402 × 10 −2 8,65761 × 10 −3 2,38481 × 10 −3 9 1,92384 × 10 −2 6,34769 × 10 −3 1,34669 × 10 −3 10 1,32125 × 10 −2 4,36985 × 10 −3 6,47148 × 10 −4 11 8,41413 × 10 −3 2,80868 × 10 −3 2,80578 × 10 −4 12 4,88096 × 10 −3 1,63647 × 10 −3 9,02928 × 10 −5 13 2,51238 × 10 −3 8,33033 × 10 −4 2,4398 × 10 −5 14 1,11759 × 10 −3 3,7797 × 10 −4 4,74156 × 10 −6 15 4,07297 × 10 −4 1,35589 × 10 −4 5,88492 × 10 −7 16 1,15999 × 10 −4 3,89969 × 10 −5 5,51079 × 10 −8 17 2,50998 × 10 −5 9,18108 × 10 −6 3,36016 × 10 −9 18 4,06402 × 10 −6 1,2033 × 10 −6 1,3479 × 10 −10 19 3,37663 × 10 −7 1,52257 × 10 −7 5,0754 × 10 −12 20 2,29184 × 10 −8 9,0285 × 10 −9 8,8251 × 10 −14
Pada downlink LTE  dapat  dilihat  perbandingan  antara  penggunaan  sistem  OFDM dengan  CP-OFDM.  Nilai  BER  yang  dihasilkan  pada downlink LTE  dengan  sistem  CP- OFDM  lebih  baik  dibandingkan  dengan  sistem  OFDM.  Hal  ini  disebabkan  karena  CP dapat mengatasi multipath pada kanal, sehingga pengaruh adanya CP akan meminimalisir terjadinya bit error yang ditransmisikan pada kanal. Perbandingan untuk downlink LTE dan downlink 5G, nilai BER yang dihasilkan oleh downlink 5G dengan pengaruh modulasi 64- QAM  lebih  baik  dibandingkan  dengan downlink LTE,  yang  artinya downlink 5G  dengan
Hadiwiyatno, Mochammad Taufik
sistem  CP-OFDM  yang  telah  dibuat  dapat  mentransmisikan  sistem  modulasi  64-QAM dengan noise yang lebih rendah sehingga mempunyai nilai error yang lebih sedikit.
Gambar 76. Grafik BER vs E b /N 0 pengaruh sistem modulasi 64-QAM pada downlink LTE dan 5G
4.7 Kinerja Modulasi 64-QAM pada 5G dengan Pengaruh Panjang Cyclic Prefix
Gambar  17  menunjukkan  grafik  BER  vs E b /N 0 kinerja  modulasi  64-QAM  pada downlink 5G dengan perubahan panjang CP yang melalui kanal AWGN. Panjang CP yang digunakan  adalah  14,  yang  disebut  dengan normal CP  pada  teknologi  5G  dan  12  atau extended CP .  Walaupun nilai BER yang dihasilkan pada E b /N 0 0 dB sudah di bawah 10 −1 , akan  tetapi  seperti  yang  terlihat  Gambar  17  nilai  BER  keduanya  berhimpit,  dengan perbedaan  nilai  rata-rata  yang  dapat  diambil  dari  Tabel  10  antara  CP  12  dan  14  adalah 2.5376 × 10 −5 .  Perbedaan  ini  tidak  signifikan  karena  beda  panjang  CP  yang  digunakan tidak besar.
Gambar 87. Grafik BER vs E b /N 0 pengaruh panjang CP pada sistem modulasi 64-QAM 5G
Namun,  CP  normal  lebih  umum  digunakan  pada  teknologi  5G  karena  dapat diimplementasikan  pada  nilai subcarrier spacing yang  lebih  bervariasi,  sedangkan  pada extended CP hanya dapat digunakan pada nilai subcarrier spacing sebesar 60 kHz [13]. Nilai extended  CP digunakan  jika  terdapat delay propagasi  yang  lebih  lebar,  misalnya  pada kondisi dengan macro cell. Sementara itu, normal CP digunakan pada cell dengan diameter yang lebih kecil, berkisar antara 1.4 km, yaitu femtocell .
Tabel 10. Nilai perbandingan BER terhadap E b /N 0 sistem modulasi 64-QAM pada teknologi 5G dengan perubahan nilai CP
E b /N 0
(dB)
BER CP=12 CP=14 0 2.180 × 10 −2 2.170 × 10 −2 1 1.880 × 10 −2 1.870 × 10 −2 2 1.580 × 10 −2 1.580 × 10 −2 3 1.310 × 10 −2 1.310 × 10 −2 4 1.040 × 10 −2 1.040 × 10 −2 5 8.000 × 10 −3 7.900 × 10 −3 6 5.700 × 10 −3 5.700 × 10 −3 7 3.800 × 10 −3 3.900 × 10 −3 8 2.400 × 10 −3 2.400 × 10 −3 9 1.300 × 10 −3 1.300 × 10 −3 10 6.670 × 10 −4 6.657 × 10 −4 11 2.639 × 10 −4 2.649 × 10 −4 12 9.659 × 10 −5 9.509 × 10 −5 13 2.590 × 10 −5 2.680 × 10 −5 14 6.111 × 10 −6 4.898 × 10 −6 15 7.725 × 10 −7
6.557 × 10 −7

## 5. Kesimpulan
Penerapan modulasi QPSK pada downlink LTE dengan sistem OFDM dan CP-OFDM yang melalui kanal AWGN menghasilkan kinerja sistem paling baik dengan nilai BER 10 - 19 pada E b /N 0 16 dB (OFDM) dan nilai BER 10 -20 pada E b /N 0 16 dB (CP-OFDM) dibandingkan dengan  modulasi  16-QAM  dan  64-QAM.  Penerapan  modulasi  QPSK  pada downlink 5G dengan sistem CP-OFDM yang melalui kanal AWGN menghasilkan kinerja sistem paling baik dengan nilai BER 10 -24 pada E b /N 0 16 dB dibandingkan dengan modulasi 16-QAM, 64- QAM,  dan  256-QAM.  Sistem  modulasi  QPSK,  16-QAM,  dan  64-QAM  yang  diterapkan pada downlink 5G  yang  melalui  kanal  AWGN  memiliki  kinerja  yang  lebih  baik dibandingkan  dengan  penerapan  pada downlink LTE.  Nilai  BER  yang  diperoleh  pada
downlink 5G  berturut-turut  untuk  penerapan  modulasi  QPSK,  16-QAM,  dan  64-QAM adalah 10 -24 pada E b /N 0 16 dB, 10 -23 pada E b /N 0 16 dB, dan 10 -14 pada E b /N 0 16 dB. Panjang CP tidak secara signifikan berpengaruh pada nilai BER, akan tetapi normal CP memiliki fleksibilitas pemilihan subcarrier spacing yang lebih luas dibandingkan extended CP.

## Daftar Pustaka
[1]  Anna  A.  Aprian,  S.  Mariyanto,  and  B.  Kanata,  “Analisis  kinerja  sistem  OFDM  pada kanal AWGN dan Rayleigh dengan modulasi M-QAM dan M-PSK berbasis Simulink performance analysis of the OFDM system in AWGN and Rayleigh channels with M- ,” Dielektrika, vol. 6, no. 1, p. 9487, 2020.
[2]  A. A. D’Amico, M. Morelli, and M. Moretti, “A novel scheme for CP-length detection and initial synchronization for the LTE downlink,” IEEE Trans. Wirel. Commun. , vol. 18, no. 10, pp. 4668–4678, 2019, doi: 10.1109/TWC.2019.2926712.
[3]  S.  Nagul,  “A  review  on  5G  modulation  schemes  and  their  comparisons  for  future wireless communications,” 2018 Conf. Signal Process. Commun. Eng. Syst. SPACES 2018 , vol. 2018-Janua, pp. 72–76, 2018, doi: 10.1109/SPACES.2018.8316319.
[4]  A. Ananta, I. Santoso, and A. A. Zahra, “Simulasi perbandingan kinerja modulasi M- PSK  dan  M-QAM  terhadap  laju  kesalahan  data  pada  sistem  orthogonal  frequency division multiplexing (OFDM),” J. Tek. Elektron. dan Telekomun. , vol. 2, no. June, p. 9, 2015.
[5]  K.  Anwar,  E.  Christy,  and  R.  P.  Astuti,  “Indonesia  5G  channel  model  under  foliage effect  [Model  kanal  5G  Indonesia  dengan  pengaruh  dedaunan],” Bul.  Pos  dan Telekomun. , vol. 17, no. 2, p. 75, 2019, doi: 10.17933/bpostel.2019.170201.
[6]  R.  Hidayat,  “Laju  kesalahan  bit  sistem  transmisi  OFDM-BPSK  akibat  variasi  cyclic prefix  pada  guard  interval,” Proc . Modern  Electrical  Engineering  Technology  and  Its Application Seminar (MEETAS) 2016, pp. 65–68, 2018, doi: 10.31227/osf.io/ay73d.
[7]  A. Wijaya, “Kelebihan, kekurangan, peluang teknologi 5G di Indonesia.", INSOLOGI: Jurnal Sains dan Teknologi. , vol. 1, no. 1, pp. 43-49, 2022, doi: 10.13140/RG.2.2.19061.81127.
[8]  T.  M.  Filantika,  Y.  S.  Rohmah,  and  D.  A.  Nurmantris,  “Perancangan  simulator  blok komunikasi digital design of the digital communication system block simulator using OFDM based on,” eProceedings of Applied Science , 6 (1), vol. 6, no. 1, pp. 617–628, 2019.
[9]  R. Hidayat, “Ortogonalitas dan simulasi performa sistem OFDM,” Jurnal Tekno Efisiensi KOPERTIS Wilayah IV, vol. 1, no. 1, pp. 30–37, 2016.
[10] 3GPP TS 38.211, “NR; Physical channels and modulation,” in 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network. , 2020, pp. 71–77.
[11] F. Amillia, Mulyono, and Jumarwan, “Analisis kinerja jenis modulasi pada sistem SC- FDMA,” Jurnal Sains, T eknologi dan Industri, vol. 14, no. 1, pp. 52–56, 2016.
[12] J.  D.  Brown,  S.  Pasupathy,  and  K.  N.  Plataniotis,  “Adaptive  demodulation  using rateless erasure codes,” IEEE Trans. Commun. , vol. 54, no. 9, pp. 1574–1585, 2006, doi: 10.1109/TCOMM.2006.881236.
[13] ETSI  3rd  Generation  Partnership  Project  (3GPP),  "5G;  NR;  Physical  channels  and modulation (3GPP TS 38.211 version 15.3.0 Release 15)", ETSI, Sophia Antipolis Cedex - France, 2018. Accessed: February 2 nd 2023. [Online]. Available:
https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/138200_138299/138211/15.03.00_60/ts_138211v150 300p.pdf
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 22  No. 2  Oktober 2023  Hal 217 - 240

## This Page Intentionally Left Blank