## Simulasi Pengaruh Penambahan CP pada Modulasi OFDM di Spesifikasi 802.11a/g yang Melewati Kanal Multipath Proakis

## Prasaja Wikanta
Politeknik Negeri Batam
Jurusan Teknik Elektro
Parkway, Batam Center, Batam 29461, Indonesia email: antok@polibatam.ac.id

## Abstrak
Wifi digunakan dimana-mana, baik di dalam gedung maupun di luar ruangan. Ketika di dalam gedung, sinyal wifi akan mengalami beberapa pantulan maupun penyerapan yang disebabkan oleh dinding maupun interior. Standar Wifi menambahkan Cyclic Prefix (CP) untuk mengatasi Multipath.
Penelitian ini berusaha untuk melihat pengaruh multipath pada standar wifi 802.11a/g, yang menggunakan OFDM. Model multipath yang dipakai adalah kanal a, b, dan c dari Proakis. Hasil yang diperoleh adalah penambahan CP pada sinyal OFDM dapat mengatasi multipath pada kanal a dan b. Namun pada kanal c, gagal. Ada beberapa simbol yang keluar dari konstelasinya.
Kata kunci: 802.11/a, 802.11/g, OFDM, CP, multipath, kanal Proakis

## Abstract
Wifi are used everywhere, inside or outside building. When it is in inside building, wifi signal will be experienced some reflection and refraction from objects, like wall or furniture. Wifi standard add Cyclic Prefix (CP) to handle these problem, which is called multipath.
This paper will simulate the effect of multipath on wifi signal with 802.11a/g standard. These standard use OFDM to multiplex signal. Models used for multipath are channels from Proakis, named channel a, channel b and channel c. The result of simulation show that CP can combat the effect of multipath of channel a and channel b. But CP failed to overcome channel c. Some symbols are not in the correct constellation.
Keywords : 802.11/a, 802.11/g, OFDM, CP, multipath, Proakis channel

## 1 Pendahuluan
Untuk  memperoleh  kecepatan  transfer  yang  tinggi pada  komunikasi  data,  maka  modulasi  memegang peranan  penting.  Modulasi  digital  berawal  dari  FSK, ketika modem diciptakan. Fungsi modem pertama kali adalah untuk melewatkan data digital dari mainframe
ke  console  melalui  jaringan  PSTN.  Kemudian teknologi transfer data berkembang terus sampai saat ini. Modulasi yang digunakan pun bermacam-macam, semuanya  bertujuan  untuk  memperoleh  kecepatan transfer tinggi.
Salah satu cara pertukaran data adalah melalui wireless LAN, sering disebut dengan Wireless Fidelity (WiFi).
JURNAL INTEGRASI
Vol. 7, No. 1, 2015, 67-70
ISSN: 2085-3858 Article History Received February, 2015 Accepted March, 2015
Spesifikasi  standar  untuk  koneksi  jaringan  secara wireless dikeluarkan oleh IEEE melalui standar 802.11 ataupun ETSI dengan HiperLAN-nya.
Standar  802.11a  dan  802.11g  memiliki  persamaan menggunakan orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) dengan 52 sub carrier (SC), dan memiliki  kecepatan  pengiriman  maksimum  54 Mbps[2].  Modulasi  yang  digunakan  adalah  BPSK, QPSK,  16-QAM  dan  64-QAM.  Sedangkan  802.11b menggunakan  direct  sequence  spread  spectrum (DSSS)  dan  memiliki  kecepatan  pengiriman maksimum  11  Mbps.  Salah  satu  perbedaan  802.11a dan  802.11g  ada  pada  frekuensi  yang  dipakai,  yaitu 5GHz dan 2,4GHz.
Penelitian  ini  melakukan  beberapa  percobaan  untuk
mengetahui  apakah  standar  802.11a  maupun  802.11g dapat  mengirimkan  data  dengan  benar  apabila melewati kanal yang berbeda-beda, khususnya melihat pengaruh  penambahan  Cyclic  Prefix  (CP).  Estimasi kanal  menggunakan  frequency  offset  dan  time  offset tidak  digunakan,  karena  kanal  yang  digunakan  sudah diketahui, yaitu kanal Proakis.

## 2 Kanal Proakis
Proakis[1] membuat 3 model kanal  multipath dengan respon impuls tertentu, untuk mengetes performa suatu sistem.  Kanal-kanal  tersebut  diberi  nama  kanal  A, kanal B dan  kanal  C.  Tabel  1 adalah koefisien  untuk masing-masing kanal.

## TABEL I
Koefisien Kanal Proakis
Gambar  1  adalah  respon  frekuensi  dan  fasa  dari masing-masing  kanal.  Terlihat  bahwa  kanal  c  (warna biru) memiliki respon yang lebih sulit dibanding canal yang lain.
Gambar 1: Respon Frekuensi Kanal Proakis

## 3 OFDM
OFDM adalah teknik multiplexing dengan menggunakan  sub  carrier(SC)  yang  orthogonal. Karena  orthogonal,  maka  dalam  kanal  ideal  tiap  SC tidak  akan  saling  menginterferensi[3].  Sehingga  kita bisa  meletakkan  posisi  SC  secara  berdekatan,  yang pada akhirnya akan membuat  penggunaan bandwidth lebih  efisien.  Agar  memperoleh  SC  yang  orthogonal, kita  dapat  menggunakan  IFFT.  Apabila  kanal  yang dilewati  ideal,  di  sisi  penerima  cukup  menggunakan FFT. Maka  kita akan dapat  memperoleh simbol  yang dikirimkan.
Gambar 2 memperlihatkan Blok diagram OFDM pada
sisi pengirim. Mula-mula  data  biner dimodulasi dahulu menggunakan  BPSK, QPSK  atau  QAM. Kemudian  data  serial tersebut disusun menjadi beberapa data paralel,  yang  akan  diubah  menjadi  domain  waktu dengan menggunakan IFFT. Setelah itu dikembalikan lagi menjadi aliran serial dan ditambahkan CP, sebelum masuk ke RF.

## Gambar 2: Sistem Pengirim OFDM

## Gambar 3: Sistem Penerima OFDM
Di  sisi  penerima  (gambar  3),  setelah  demodulasi  RF, CP  akan  dibuang.  Kemudian  data  serial  akan  diubah menjadi beberapa data paralel, untuk dikembalikan ke domain  frekuensi  menggunakan  FFT.  Hasil  FFT
Kanal a 0,04 -0,05 0,07 -0,21 -0,5 0,72 0,36 0 0,21 0,03 0,07 Kanal b 0,407 0,815 0,407 Kanal c 0,227 0,46 0,668 0,46 0,227
disusun  kembali  menjadi  aliran  data  serial  untuk kemudian di-demodulasi menggunakan BPSK, QPSK atau QAM.
Standar  802.11a  maupun  802.11g  memiliki  52  SC. Gambar  4  adalah  susunan  simbol  menggunakan 802.11a/g. Terlihat  bahwa  ada  penambahan 6 zero di awal  frame  dan 6 zero di akhir frame,  sehingga  total ada 64 SC. Ini akan memudahkan proses transformasi dan memperbaiki spektral. FFT hanya dapat dilakukan pada jumlah elemen kelipatan 2 berpangkat (2, 4, 16, 32, dst).

## Gambar 4: SC pada 802.11a/g

## 4 Simulasi
Untuk simulasi, mula-mula dibangkitkan 52 data acak. Kemudian  data  ini  ditambahkan  zero  pada  awal  dan akhir.  Setelah  itu  dimodulasi  QAM-4,  yang  hasilnya sama  dengan  QPSK.  Data  hasil  modulasi  diubah  ke domain waktu menggunakan IFFT yang hasilnya dapat dilihat pada gambar 5.

## Gambar 5: Simbol acak
Kemudian dilakukan demodulasi untuk membuktikan bahwa proses modulasi dan demodulasi OFDM sudah benar. Hasil dari demodulasi dapat dilihat pada gambar 6. Konstelasi dari QAM-4 tepat persis pada titik 1+j, 1-j, -1+j dan -1-j.

## Gambar 6: Scatter diagram QAM-4
Pada  kenyataannya,  proses  pengiriman  data  melalui radio pasti tidak ideal. Ada  noise  yang  menyebabkan sinyal berubah. Selain itu ada juga masalah multipath. Maka  untuk  mensimulasikan  noise, digunakan rumus sebagai berikut[4]:
𝑃 𝑠 = 52 𝑃 2 × 𝑃 𝑐 (1)
dimana  Pc  =  2  x  (M-1)/3  .  Apabila  modulasi  yang digunakan  QAM-4,  maka  M=4.  Dengan  sinyal  yang sama, namun dengan tambahan noise, diperoleh hasil seperti pada gambar 7.

## Gambar 7: Scatter diagram QAM-4 plus noise
Apabila  sinyal  tersebut  dilewatkan  kanal  multipath, maka  sinyal  yang  diperoleh  menjadi  jelek,  tidak mungkin
bisa di-demodulasi. Gambar 8
memperlihatkan konstelasi apabila dilewatkan kanal b. Terlihat bahwa simbol terletak tidak beraturan.

## Gambar 8: Scatter diagram QAM-4 melalui kanal b
Untuk mengatasi efek multipath, maka perlu dilakukan equalisasi sebelum dilakukan demodulasi. Sinyal yang diterima  dibuang  CP-nya.  Kemudian  dinormalisasi gainnya.  Setelah  itu  dilakukan  FFT  dan  di-equalisasi sesuai  dengan  kanal  yang  digunakan.  Gambar  9 menunjukkan hasil dari equalisasi pada kanal b.

## Gambar 9: Scatter diagram setelah Equalisasi
Equalisasi  berhasil  menunjukkan  konstelasi  dari  4 wilayah  simbol,  namun  posisinya  tidak  tepat  seperti pada  gambar  6.  Efek  ini  disebut  dengan  ISI (Intersymbol  Interference).  ISI  disebabkan  oleh multipath.

## 5 Penambahan CP
Untuk mengurangi ISI, digunakan CP. CP di- copy dari 16 sample terakhir dari frame OFDM, untuk kemudian ditambahkan  ke  awal  frame.  Sehingga  dalam  satu frame, total ada  80 simbol,  seperti yang terlihat pada gambar 10.

## Gambar 10: Cyclic Prefix
Setelah  frame  diterima,  maka  CP  tersebut  dibuang. Sehingga  frame  yang  masuk  ke  equalisasi  tetap  64 simbol.  Setelah  dilakukan  equalisasi  diperoleh  hasil seperti pada gambar 11.

## Gambar 11: Kanal a, b, c dengan CP
Dari  gambar  11  dapat  dilihat  bahwa  CP  dapat mengatasi  multipath  pada  kanal  a  dan  b.  Sedangkan pada  kanal  c,  masih  terdapat  beberapa  simbol  yang posisinya  keluar  dari  wilayahnya.  Hal  ini  dapat diprediksi, karena memang kanal c adalah yang paling sulit,  yang  merepresentasikan  multipath  yang kompleks.

## 6 Kesimpulan
CP  mengatasi  problem  ISI  yang  disebabkan  oleh
multipath.  Namun  untuk  multipath  yang  paling  sulit, yaitu  kanal  c,  CP  tidak  dapat  mengatasinya.  Namun pada penggunaan Wifi, kita jarang menemukan situasi seperti pada kanal c, sehingga penggunaan wifi dengan standar 802.11a maupun 802.11g tetap dapat berjalan lancar dengan kecepatan tinggi.

## Daftar Pustaka
[1] J. Proakis, Digital Communications, McGraw-Hill Inc., 2001
[2] IEEE Standard 802 part 11: Wireless LAN MAC and PHY Specification, 2012
[3] R.V.  Nee,  R.  Prasad, OFDM  for  Wireless Multimedia  Communications, Artech  House, Boston, MA, 2000
[4] P. Rostaing, Transmissions numériques en contexte réel ,  Modul  Kuliah  Université  de  Bretagne Occidentale, 2011.