Abstrak - Komunikasi  digital  membutuhkan  suatu  sistem komunikasi yang memberikan transfer data handal dan tahan terhadap  noise yang  terdapat  pada  kanal  transmisi.  Untuk memberikan  transfer  data  yang  handal  dan  tahan  terhadap noise maka  dibutuhkan  suatu  system  pengkodean  kanal  yang mampu  mendeteksi  kesalahan  dan  mengoreksi  kesalahan. Kode  konvolusi  merupakan  suatu  teknik  pengkodean  kanal yang  dapat  mendeteksi  dan  mengoreksi  kesalahan.  Dengan menggunakan kode konvolusi maka akan mempengaruhi nilai Bit  Error  Rate (BER),  dan  modulasi  Quadrature  Phase  Shift Keying (QPSK)  merupakan  suatu  modulasi  yang  memiliki efisiensi  bandwidth dua  kali  lebih  besar,  karena  duat  bit dikirimkan  pada  satu  symbol sinyal  termodulasi.  Dengan implementasi  pada  Wireless  Open-Access  Research  Platform (WARP)  akandi  analisis kinerja  dari  kode  konvolusi  pada modulasi  QPSK.  Dari  hasil  implementasi  dan  pengukuran menunjukkan  bahwa  pada  saat  daya  pancar  sama,  modulasi QPSK  dengan  kode  konvolusi  memiliki  BER  lebih  kecil dibandingkan  modulasi  QPSK  tanpa  kode  konvolusi,  yaitu untuk kode konvolusi dengan kode rate 1/2 pada jarak 6 meter nilai  BER  =  0.00065232  sedangkan  untuk  nilai  BER  tanpa kode  konvolusi  =  0.0048828,  dan  untuk  pengkodean  dengan code  rate  7/8  memiliki  nilai  BER  lebih  baik  dibandingkan pengkodean dengan code rate 1/2, 2/3, 3/4 dan 5/6 dengan nilai BER = 0.00037495.
Kata Kunci--- Kode konvolusi, QPSK, WARP

## I. PENDAHULUAN
ADA  masa  komunikasi  digital  saat  ini  dimana dibutuhkan  suatu  sistem  komunikasi  yang  dapat memberikan  transfer  data  yang  handal  dan  tahan  terhadap gangguan  atau noise yang  terdapat  pada  kanal  transmisi. Dimana  gangguan noise tersebut  dapat  menyebabkan distorsi sinyal dan mempengaruhi nilai signal to noise ratio (SNR).Untuk  memberikan  transfer  data  yang  handal  dan tahan  terhadap noise maka  dibutuhkan  suatu  sistem pengkodean  kanal  yang  mampu  mendeteksi  kesalahan  dan mengoreksi  kesalahan  ( error ).Kode  konvolusi  merupakan suatu  teknik  pengkodean  kanal  yang  dapat  mendeteksi kesalahan dan mengoreksi kesalahan. Dengan menggunakan teknik  kode  konvolusi  sesuai  dengan code  rate yang ditentukan  maka  akan  mempengaruhi  nilai bit  error  rate (BER),  BER  akan  bernilai  lebih  kecil  bila  dibandingkan tanpa kode konvolusi.
Modulasi Quadrature  Phase  Shift  Keying (QPSK) merupakan  suatu  modulasi  yang  memiliki  efisiensi bandwidth dua kali lebih besar dibandingkan dengan BPSK, karena  dua  bit  dikirimkan  pada  satu symbol sinyal termodulasi.  Untuk  mengetahui  pengaruh  kode  konvolusi terhadap efisiensi bandwidth tersebut maka akan digunakan
modulasi QPSK. Denganimplementasi menggunakan modul Wireless  Open-Access  Research  Platform (WARP).yang merupakan  salah  satu  jenis Software  Defined  Radio (SDR) untuk  system  komunikasi  nirkabel  yang  dapat  di implementasikan  menggunakan  perangkat  lunak  atau software matlab.Penggunaan  SDR  dapat  mengurangi pergantian hardware secara  terus-menerus  sehingga  lebih menghemat  biaya,  dapat  meminimalisasi  kesalahan  dan bersifat programmable .WARP digunakan sebagai pemancar dan penerima untuk  mengukur kinerja dari kode konvolusi. Dimana akan diamati dan dievaluasi tentang pengaruh kode konvolusi menggunakan WARP.

## II. TEORI PENUNJANG
A. Kode Konvolusi [1][2][3]
Kode konvolusi adalah salah satu teknik umum dalam pengkodean  kanal.  Pengkodean  kanal  disebut  juga error correction code yang memberikan komunikasi yang handal, memperkenalkan kesalahan bit atau juga mendistorsi sinyal yang  dikirim.  Sebagai  kode  biner,  kode  konvolusi melindungi informasi dengan menambahkan bit. Sebuah rate k/n  kode  konvolusi  memproses  urutan  input  dari  k-bit informasi  symbol  melalui  satu  atau  lebih  register  geser (menggunakan  umpan  balik).  Kode  konvolusi  menghitung setiap n-bit symbol (n > k) urutan output dari operasi linier pada simbol input [4]. Encoder kode konvolusi dengan code rate 1/2 dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini.
+ + Input bit m u1, first code symbol u2, second code symbol
Gambar 1. Encoder Kode Konvolusi dengan Panjang K = 3 dan Rate ½
Encoder kode konvolusi dengan K = 3 dan code rate = 2/3 dapat dilihat pada gambar 2.

## Implementasi dan Evaluasi Kinerja Kode Konvolusi pada Modulasi Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Menggunakan WARP
Desrina Elvia, Suwadi, dan Titiek Suryani
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail : desrinaelvia13@gmail.com, suwadi110@gmail.com, titiks@ee.its.ac.id
P
Gambar 2. Encoder kode konvolusi dengan K = 3 dan rate 2/3
Encoder kode konvolusi dengan K = 3 dan code rate = 3/4 dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Encoder kode konvolusi dengan K = 3 dan rate 3/4
Encoder kode konvolusi dengan K = 3 dan code rate = 5/6 dapat dilihat pada gambar 4
Gambar 4. Encoder kode konvolusi dengan K = 3 dan rate 5/6
Encoder kode konvolusi dengan K = 3 dan code rate = 7/8 dapat dilihat pada gambar 5
Gambar 5. Encoder kode konvolusi dengan K = 3 dan code rate = 7/8
Parameter-parameter utama dalam kode konvolusi: 1. Laju kode konvolusi(R) Laju  kode  konvolusi  (R)  merupakan  rasio  antara masukan  informasi  bit  dengan  keluaran  bit  terkodekan  dan mempunyai persamaan sebagai berikut :
=
Dengan, R  = laju kode konvolusi k = jumlah bit input n = jumlah bit output
2. Panjang Memori (K)
Panjang  memori  K  adalah  jumlah  elemen  tundaan dalam  kode  konvolusi  yaitu  memori  dengan  masukan  bit sekarang  pada  kode  konvolusi  atau  dapat  disebut  juga panjang kode dari kode konvolusi.
Panjang  memori  dapat  didefenisikan  sebagai  berikut  : K=M+1 Dengan, K = panjang memori dan M = memori.

## B. Algoritma Viterbi
Algoritma  Viterbi  adalah  metode  yang  digunakan untuk  decoding  pada  kode  konvolusi.  Algoritma  Viterbi menggunakan  diagram  trellis  dari  kode  konvolusi,  seperti pada  gambar  6.  Pada  penerima, decoder Viterbi  dapat (berusaha)  mengembalikan  sinyal  yang  salah  pada  saat transmisi ke sinyal yang benar dengan menyimpan beberapa data sebelumnya, mengkalkulasi ‘jarak konstelasi’ antar data yang  berurutan,  dan  memperkirakan  data  yang  paling mungkin  diterima  sehingga  bit  yang  salah  dapat  dideteksi dan  diperbaiki.  Dengan  menggunakan Hamming  distance dapat mengakumulasi kesalahan metric pada setiap state [5].
Gambar 6 Diagram trellis rate = 1/2 dan K = 3
C. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)[4] Modulasi Quadrature  Phase  Shift  Keying (QPSK) merupakan  M-ary  encoding  dimana  M  =  4  (Quartenary). Pada  modulasi  QPSK  terdapat  empat  level  sinyal  yang merepresentasikan  empat  kode  biner.  Masing-masing  level dengan perbedaan fasa 90 0 .
Tabel kemungkinan keadaan pada QPSK dapat dilihat pada tabel 1 berikut :
Tabel 1 Kemungkinan pada QPSK Fase Data Biner 45 0 00 135 0
01 225 0
11 315 0 10
Modulasi QPSK memiliki efisiensi bandwidth dua kali lebih  besar  dibandingkan  dengan  BPSK,  karena  dua  bit dikirimkan  pada  satu  symbol  sinyal  termodulasi.  Diagram konstelasi dari QPSK dapat dilihat pada gambar 7.

## Gambar 7 Diagram konstelasi QPSK
D. Coding Gain [1]
Coding  gain  adalah  ukuran  perbedaan signal-to-noise ratio (  SNR  ) antara  sistem  uncoded  dan  sistem  kode  yang digunakan untuk mencapai tingkat kesalahan bit yang sama ( BER ) bila digunakan dengan mengoreksi kesalahan kode ( ECC ).
Misalnya  jika  sistem  BPSK  uncoded  di  channel AWGN  memiliki  tingkat  kesalahan  bit  (BER)  10-2  saat SNR  4  dB,  dan  sesuai  kode  (misalnya,  BCH)  sistem memiliki  BER yang  sama  pada  SNR  dari  2,5  dB,  maka coding gain = 4 dB - 2,5 dB = 1,5 dB.
E. Wireless Open-Access Research Platform (WARP) WARP  merupakan  salah  satu  perangkat  radio  yang bisa diprogram untuk membuat prototype jaringan wireless. WARP  menggabungkan  perangkat  dengan  kemampuan tinggi  yang  bisa  diprogram  dengan repository  open-source [6].
WARP  memiliki  empat  radio  board  yang  bisa  diatur secara  terpisah  yang  dapat  dilihat  pada  gambar  8.  Masing- masing  berkerja  sebagai transceiver dan  memiliki  register tersendiri.
Gambar 8 Radio board WARP

## III. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM

## A. Pemodelan Sistem Komunikasi
Secara umum blok diagram system komunikasi dengan kode  konvolusi pada  gambar  9  ini  tidak  jauh  berbeda dengan system komunikasi  SISO  lainnya.  Dimana    pada pemancar  setelah  bit  dibangkitkan  di  encoder  terlebih dahulu  dengan  menggunakan  kode  konvolusi  sesuai code rate yang ditentukan selanjutnya di modulasi menggunakan modulasi  QPSK  dan  kemudian  pada  penerima  setelah demodulasi  dilakukan decoder dengan  menggunakan algoritma  viterbi sehingga  diperoleh  bit  keluaran. Selanjutnya dilakukan perhitungan BER dengan membandingkan  bit  masukan  sebelum encoder dan  bit keluaran setelah decoder .
Gambar  9.  Blok diagram sistem  komunikasi  SISO  dan  kode  konvolusi dengan teknik modulasi QPSK
B. Implementasi Pad a WARP
Untuk mengimplementasikan system komunikasi pada WARP terlebih dahulu harus dilakukan integrasi antara PC dengan modul WARP. Antar node WARP di sambungkan dengan Lapotop/PC menggunakan kabel land an switch. Seperti pada gambar 10 dibawah ini.
Gambar 10. Konfigurasi sistem komunikasi siso dengan warp

## C. Perhitungan BER
Perhitungan  BER  dilakukan  dengan  membandingkan bit masukan dan bit keluaran, bit masukan yang berupa data sebelum  di  encoder  menggunakan  kode  konvolusi  dan  bit keluaran  berupa  data  setelah  di  dekoder  menggunakan algoritma Viterbi.

## IV. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS
Analisis hasil  dilakukan setelah pengukuran  di  dalam ruangan  ( indoor )  dengan  teknik  Modulasi  QPSK menggunakan  Kode  Konvolusi  dengan  mengubah  jarak antara node pengirim  Tx  dan  penerima  Rx  untuk mendapatkan  nilai Bit  Error  Rate (BER).  Pengukuran  juga dilakukan  dengan  mengubah  nilai  daya  pancar  untuk mendapatkan nilai BER.

## A. Kinerja system pada kondisi LOS dan NLOS

## Tabel 2
Hasil pengukuran BER pada kondisi LOS dan NLOS jarak 6 meter code rate 1/2 Tx_Gain_Rf LOS NLOS 0 0.18587 0.4214 4 0.15788 0.3692 8 0.076321 0.2688 12 0.022179 0.1657 16 0.0078278 0.0483 20 0.00065232 0.0202 24 0 0.0065 28 0 0.0033 32 0 6.52E-04 36 0 0
Gambar 11. Kurva BER pada kondisi LOS dan NLOS jarak 6 meter code rate 1/2
Dari  tabel  2 diatas  dapat  diketahui  pada  saat  kondisi LOS nilai BER telah mencapai nol pada saat Tx_Gain_Rf = 24 sedangkan untuk kondisi NLOS nilai BER mencapai nol pada Tx_Gain_Rf =  36. Hal  ini  menunjukkan  kondisi  LOS lebih  baik  daripada  kondisi  NLOS  yang  mana  kawat penghalang  tersebut  memberikan  pengaruh  cukup  besar terhadap proses pentransmisian data dan dapat mempengaruhi daya terima pada penerima.
Kurva BER untuk  kondisi  LOS dan NLOS  pada jarak 6 meter dapat dilihat pada gambar 11. Pada gambar tersebut dapat diketahui saat kondisi LOS nilai BER = 0  yaitu pada saat  daya  pancar  sebesar  -25.2 dBm  dan  untuk  kondisi NLOS  nilai  BER  =  0  pada  saat  daya  pancar  sebesar  -19 dBm.Jadi dapat diketahui kondisi NLOS membutuhkan daya pancar yang lebih besar daripada kondisi LOS.

## B. Kinerja  Sistem  dengan  Kode  Konvolusi  dan  Tanpa
Kode Konvolusi
Tabel 3 Hasil pengukuran BER untuk kode konvolusi dengan code rate 1/2 dan tanpa kode konvolusi pada jarak 6 meter Tx_Gain_Rf Rate 1/2 Tanpa Code 0 0.18587 0.24984 4 0.15788 0.16112 8 0.076321 0.09375 12 0.022179 0.040039 16 0.0078278 0.029297 20 0.00065232 0.0048828 24 0 0.00032552 28 0 0 32 0 0 36 0 0
Dari hasil pengukuran tabel 3 dan gambar  kurva  BER gambar 12 untuk kondisi dengan Kode konvolusi dan tanpa kode konvolusi dapat diketahui bahwa dengan menggunakan  kode  konvolusi  dapat  memperbaiki  BER. Pada jarak 6 meter saat Tx_Gain_Rf = 24, daya pancar = - 23.5 dBm,    untuk  kondisi  tanpa  menggunakan  kode konvolusi  BER  =  0.00032552    sedangkan  dengan menggunakan  kode  konvolusi  dengan  code  rate  1/2  BER bernilai 0.
Dari Kurva BER pada gambar 12 dapat diketahui gain code  untuk  code  rate  1/2  dengan  jarak  6  meter  pada  saat nilai BER 10 -3 yaitu: Gain code = -24.4 dBm – (-25.6) dBm = 1.2 dB
-36 -34 -32 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 Ptx (dBm) B E R LOS NLOS
Gambar 12. Kurva perbandingan BER untuk kode konvolusi dengan code rate 1/2 dan tanpa kode konvolusi pada jarak 6 meter
C. Perbandingan  Kinerja  Sistem  Kode  Konvolusi dengan Code Rate 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 dan 7/8
Tabel 4 Hasil Pengukuran BER Kode Konvolusi Pada Jarak 6 meter Tx_ Gain _RF Rate 1/2 Rate 2/3 Rate 3/4 Rate 5/6 Rate 7/8 0 0.18587 0.17189 0.18475 0.14499 0.16085 4 0.15788 0.11998 0.12026 0.11159 0.13011 8 0.076321 0.044074 0.075381 0.058546 0.094863 12 0.022179 0.01714 0.018301 0.021218 0.026622 16 0.007827 8 0.004897 2 0.005664 5 0.005501 0.005249 3 20 0.000652 32 0.000489 72 0.000435 73 0.000392 93 0.000374 95 24 0 0 0 0 0 28 0 0 0 0 0 32 0 0 0 0 0 36 0 0 0 0 0
Gambar  13. Kurva  BER kode konvolusi pada jarak 6 meter
Setelah  dilakukan  implementasi  pada  WARP  dengan kode konvolusi menggunakan rate 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 dan 7/8 pada jarak 6 meter dalam ruangan (indoor) seperti data pada tabel  4 diatas  dan  gambar  13,  diketahui  bahwa  kode konvolusi  dengan  rate  7/8  memiliki  nilai  BER  yang  lebih kecil  dibandingkan  kode  konvolusi  dengan  code  rate  yang lainnya. Pada saat Tx_Gain_Rf = 20 dengan daya pancar = - 25.2  dBm,  untuk  rate  7/8  BER  =  0.00037495  dengan  bit input = 2688 bit, rate 5/6 BER = 0.00039293 bit input 2560 bit,  rate  3/4 BER  =  0.00043573  bit  input  =  2304,  rate  2/3 BER  =  0.00048972  bit  input  =  2048,  rate  ½  BER  = 0.00065232 bit input = 1536.
Perbedaan  BER  pada  masing-masing  kode  rate disebabkan  oleh  perbedaan  inputan  bit  yang  diberikan  dan constrain length K yang digunakan sama yaitu K = 3.

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
1. Kode  Konvolusi  bekerja  sebagai error  control  coding untuk  memperbaiki  BER  pada  proses  pentransmisian data.
2. Modulasi QPSK dengan kode konvolusi memiliki BER lebih  kecil  dibandingkan  Modulasi  QPSK  tanpa  kode konvolusi.  Pada  kode  konvolusi  dengan  code  rate  1/2 jarak  6  meter  Tx_gain_RF  =  24  nilai  BER  =  0 sedangkan nilai BER untuk yang tanpa kode konvolusi = 0.00032552.
3. Besar  kecilnya  BER  pada  setiap coderate dengan modulasi QPSK dipengaruhi oleh berapa besar inputan bit  yang  diberikan  dan  constrain  length  K  yang digunakan. Kode konvolusi dengan code rate 7/8 pada jarak  6  meter  memiliki  nilai  BER  lebih  baik  yaitu 0.00037495  dengan  input  2688  bit  dibandingkan dengan code rate 1.2, 2/3, 3/4 dan 5/6.
4. Besarnya  daya  pancar  sangat  mempengaruhi  nilai BER,  semakin  besar  daya  pancar  maka  BER  akan semakin kecil.
5. Jarak  antar  Node  juga  sangat  mempengaruhi  BER, semakin jauh jarak antar Node pengirim  Tx dan Node penerima Rx maka BER akan semakin besar.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sklar,  Bernard.  “ Digital  Communications  Fundamentals  and Applications ”. Prentice-Hall. 2001
[2] Rhee,  Man  Young.  “ Error  Correcting  Coding  Theory ”,  McGraw- Hill, 1989.
[3] Lin,  Shu.  Daniel  J.  Costello,  JR.,  “ Error  Control  Coding Fundamentals and Applications” . Prentice-Hall.1983
[4] Xiong, F. “ Digital Modulation Techniques”. Boston.London: Artech House. 2000.
[5] Wesel, Richard D., “ Convolutional Codes” University of California.
Encyclopedia  of  Telecommunications. 6WARP  Project  – Wireless Open Access Research Platform. http://warp.rice.edu/trac/wiki/about .
-36 -34 -32 -30 -28 -26 -24 -22 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 Ptx (dBm) B E R CODE RATE 1/2 TANPA CODE -36 -34 -32 -30 -28 -26 -24 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 Ptx (dBm) B E R Rate 1/2 Rate 2/3 Rate 3/4 Rate 5/6 Rate 7/8