STUDI MODE AKSES MULTICARRIER-CDMA SEBAGAI TEKNIK PENGGABUNGAN TEKNOLOGI OFDM DAN CDMA PADA SISTEM KOMUNIKASI BERGERAK GENERASI KETIGA

Author
St. Wisnu Kumara Jati
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada
Yogyakarta
Co – Author
Dr. Ir. Th. Sri Widodo, Dipl. Ing. Sri Suning K., S.T., M.T.
Jurusan Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik UGM Fakultas Teknik UGM
Yogyakarta Yogyakarta
Abstract
Combining multicarrier (OFDM) and CDMA technologies is attractive for future wireless communication. It is anticipated a good approach to the 3rd generation mobile communication system where users will get access to an array of voice, data, and video communication services anywhere in the world at any time. One of the combinations called Multicarrier-CDMA seems to be the best model for next-generation wireless communication as it can improve performance over frequency-selective fading and inter-symbol interference.
Penggabungan banyak pembawa (OFDM) dengan teknologi CDMA merupakan hal yang menarik untuk komunikasi nir-kabel masa depan.
Ini merupakan langkah antisipasi dalam rangka pendekatan yang bagus untuk sistem komunikasi bergerak generasi ketiga dimana para pengguna dapat mengakses pelayanan suara, data, dan komunikasi video dimanapun di dunia ini setiap saat. Salah satu bentuk penggabungan yang disebut Multicarrier-CDMA kemungkinan akan menjadi model terbaik untuk sistem komunikasi nirkabel masa depan, karena kemampuannya meningkatkan unjuk kerja mengatasi pudaran frekuensi selektif dan interferensi antar simbol.

A. Pendahuluan
Perkembangan telekomunikasi yang semakin pesat dewasa ini ditandai dengan adanya pertumbuhan yang kontinyu dan volume trafik serta pelayanan yang baru mulai mengubah struktur jaringan nirkabel. Komunikasi bergerak masa depan bercirikan unjuk kerja yang tinggi, integration of services, dan fleksibilitas. Hal ini juga ditandai dengan kebutuhan pada jaringan komunikasi yang sangat besar, misalnya video conference, internet, jaringan data, dan multimedia. Kebutuhan yang meningkat semakin tinggi menyebabkan spektrum frekuensi radio yang terbatas menjadi penuh dan tidak memadai lagi.
Salah satu usaha mengantisipasi masalah kebutuhan spektrum tersebut adalah menggunakan teknik spread spectrum (spektrum tersebar) dengan menempatkan banyak pengguna dalam suatu spektrum frekuensi tertentu. Teknik ini menggunakan lebar bidang frekuensi transmisi yang jauh lebih besar dibandingkan dengan bidang frekuensi isyarat informasi asli (biasanya 102-106 kali). Walaupun kelihatannya teknik ini bertentangan dengan usaha untuk memperkecil penggunaan spektrum, namun penggunaan modulasi tersandi pada teknik spektrum tersebar dapat memberikan tambahan kemampuan pada sistem, di antaranya memperkecil interferensi, anti jamming (daya tahan terhadap isyarat gangguan), serta mampu melakukan akses jamak dengan menggunakan bidang frekuensi yang sama tanpa mengurangi unjuk kerja sistem.
Beberapa teknik sudah dipertimbangkan untuk digunakan pada generasi sistem telepon digital dengan tujuan meningkatkan kapasitas sel yang digunakan, kekebalan lintasan jamak, dan fleksibilitas. Teknik yang disebutkan di atas adalah Code Division Multiple Access (CDMA) dan Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Kedua teknik ini dapat dipakai juga pada sistem telepon tetap nirkabel di wilayah kota maupun desa.
Penggunaan spektrum, radio resource, dan multimedia services pada Bit Error Rate (BER) untuk komunikasi multimedia nirkabel, lebih mempertimbangkan Multicarrier-CDMA atau OFDM-CDMA sebagai suatu teknologi yang efektif. Dengan adanya keunggulan pada masing-masing mode akses baik OFDM maupun CDMA maka dapat dilakukan suatu teknik penggabungan antara keduanya.
Salah satu teknik penggabungan yang efektif adalah Multi Carrier (MC)-CDMA. Dengan adanya penggabungan ini diharapkan hal-hal yang dibutuhkan pada sistem komunikasi bergerak generasi ketiga atau lebih dikenal dengan nama International MobileTelecommunication 2000 (IMT-2000) dapat terpenuhi dan lebih diakui secara global sebagai suatu bentuk mode akses efektif pada sistem komunikasi seluler.

B. Dasar Teori
CDMA atau juga dikenal sebagai teknik akses-jamak pembagian sandi merupakan perkembangan dari spektrum tersebar direct sequence (runtun langsung, DS). DS adalah salah satu teknik utama yang digunakan dalam komunikasi spektrum tersebar. CDMA adalah suatu metode akses jamak dengan sejumlah pengguna menempati bidang frekuensi yang sama pada saat bersamaan. Akan tetapi, setiap pengguna mempunyai kode sandi tersendiri yang saling berbeda dan menunjukkan alamat pengguna tersebut. Alasan utama penggunaan teknik CDMA adalah sistem ini dapat menjamin kerahasiaan informasi, seperti telah teruji pada saat digunakan pertama kali oleh kalangan militer Amerika Serikat pada awal 1980-an, dan pada akhirnya dikembangkan untuk keperluan komersial seperti pada sistem komunikasi bergerak.




data masuk data keluar







Konfigurasi sederhana sistem CDMA
OFDM digunakan pada beberapa sistem radio broadcast, termasuk pada sistem High Definition Digital Television (HDTV) dan Digital Audio Broadcasting (DAB). OFDM memungkinkan banyak pengguna untuk menggunakan sinyal melalui bidang yang sudah dialokasikan, yaitu dengan membagi-bagi lebar bidang yang tersedia menjadi beberapa pembawa. Setiap pengguna dialokasikan ke beberapa pembawa sebagai tempat data akan dikirim.




output

data masukan

pemancar




dari pemancar ke penerima



kanal





Sinyal masuk keluaran



penerima

Skema lengkap sistem OFDM

Pengiriman sinyal dilakukan dengan jalan pembawa dibuat orthogonal (tegak lurus) antara satu pengguna dan pengguna yang lain, kemudian dijadikan paket menggunakan teknik Frequency Division Multiplexing (FDM). Hal ini mempermudah OFDM menghasilkan efisiensi spektral yang tinggi, selain memiliki kemampuan untuk mentransmisikan data berkecepatan tinggi pada komunikasi bergerak dengan skema modulasi multicarrier.

C. Metodologi Penelitian
Penulisan tugas akhir ini dilakukan melalui studi literatur berdasarkan makalah-makalah, jurnal, majalah, serta buku-buku yang berhubungan dengan teknologi OFDM, CDMA, dan sistem komunikasi bergerak khususnya komunikasi bergerak generasi ketiga.

D. Hasil Implementasi dan Pembahasan
Pada skema MC-CDMA diasumsikan bahwa jumlah pembawa dan penguatan proses semua sama. Dan kenyataannya jika laju simbol original cukup tinggi untuk menjadi subyek pada pudaran frekuensi selektif, sinyal pertama kali diubah dari seri ke paralel sebelum penyebaran melalui kawasan frekuensi. Hal ini dikarenakan sangat kritis pada transmisi multicarrier untuk mempunyai pudaran frekuensi nonselektif melalui masing-masing sub-carrier.
MC-CDMA lebih banyak digunakan ketika semua sub-carrier dimodulasi secara koheren karena penyebaran pada kawasan frekuensi membutuhkan carrier yang reliable dan phase recovery.
Keunggulan dari teknik MC-CDMA ini ketika diterapkan dalam komunikasi bergerak adalah BER yang sangat rendah.


bK,1(t)

ck1 cos(2fj,1t)



Aliran data bK(t) keluaran
bK,j(t)
T

T=JT’


cKM cos(2fj,Mt)

bK,J(t)




Pemancar MC-CDMA

Cos (2 f1t) C1


Cos (2 f2t) C2

Sinyal yang keluaran
diterima


Cos (2 fNt) CN




Penerima MC-CDMA


Beberapa keuntungan aplikasi MC-CDMA ketika diterapkan dalam komunikasi bergerak dijelaskan sebagai berikut.
 MC-CDMA dapat dipancarkan pada multi-path channel dengan distorsi yang kecil.
 Penggunaan Pengolah sinyal digital yang modern menyebabkan MC-CDMA menarik dan mudah untuk diterapkan.
 Memiliki kemampuan untuk menolak interferensi pada bidang sempit.
 Dengan adanya ekualisasi pada kawasan frekuensi, maka sinyal MC-CDMA dapat dideteksi meskipun menggunakan struktur jaringan penerima yang sederhana.
 Kemampuan untuk menghilangkan Inter Chip Interference (ICI) yang diakibatkan oleh efek Doppler pada masing-masing pembawa.
 Pemilihan faktor penyebaran pada masing-masing sub-carrier menyebabkan MC-CDMA dapat mencapai diversitas frekuensi.
 Panjang durasi yang lebih besar jika dibandingkan dengan penyebaran tunda menyebabkan sinyal MC-CDMA tidak rentan terhadap tunda penyebaran maupun Inter Symbol Interference (ISI).
 Karena tepi sinyal pada kawasan frekuensi dibentuk dari fungsi sinus bidang sempit, maka pengurangan pada tepi spektrum sinyal MC-CDMA menjadi sangat tajam. Sebagai akibatnya kebocoran spektrum pada bidang frekuensi yang berdekatan menjadi kecil.

E. Kesimpulan
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) adalah sebuah teknik transmisi dengan membagi bidang frekuensi yang tersedia menjadi beberapa kanal pembawa yang saling tegak lurus.
Sebagai sebuah teknik transmisi multicarrier, OFDM memiliki beberapa kelebihan antara lain efisien dalam pemakaian frekuensi, tahan terhadap frequency selective fading, dan tidak sensitif terhadap sinyal tunda, serta kemampuannya untuk mentransmisikan data dengan kecepatan tinggi.
Code Division Multiple Access (Akses jamak pembagian sandi, CDMA) adalah teknik akses jamak pada spektrum tersebar. Teknik akses CDMA memisahkan pengguna yang satu dengan yang lain melalui suatu bentuk sandi unik secara simultan, pada bidang frekuensi lebar pada waktu yang bersamaan.
Keunggulan dari sistem CDMA dibandingkan dengan pendahulunya (FDMA dan TDMA) adalah daya tahannya pada lingkungan dengan pudaran lintasan jamak tinggi, kemampuan untuk mentransmisikan sinyal informasi dengan daya yang kecil, kemampuan untuk mengurangi interferensi antar sel pada jaringan seluler dan memperbaiki alih tangan dengan kendali daya, kemampuan untuk bergabung dengan transmisi bidang sempit, kemampuan untuk meningkatkan kapasitas, serta privasinya yang tinggi untuk terhindar dari penyadapan ataupun jamming karena menggunakan sandi yang panjang dan acak mirip derau dan memakai spektrum frekuensi yang sangat lebar.
Dengan banyaknya keunggulan dari dua teknologi di atas, maka kombinasi teknologi multicarrier (OFDM) dan CDMA dianggap sebagai suatu teknik yang menjanjikan untuk memenuhi segala aspek kebutuhan yang diperlukan pada lingkungan komunikasi bergerak masa depan, dengan adanya berbagai multistandar dan multisistem.
Ada tiga jenis penggabungan OFDM dan CDMA yaitu Multitone-CDMA, Multicarrier-Direct Sequence-CDMA, dan Multicarrier CDMA yang memiliki BER sangat rendah.
Berbagai keuntungan dan keunggulan didapatkan dari teknik penggabungan ini, laju symbol pada masing-masing sub-carrier dapat direndahkan sehingga didapatkan durasi simbol yang lebih panjang dan memudahkan pada transmisi asinkron. Sinyal gabungan OFDM dan CDMA dapat diterima dengan mengunakan Fast Fourier Transform tanpa adanya kompleksitas tambahan pada pemancar dan penerima. Keuntungan yang lain adalah efisiensi yang tinggi dengan adanya jarak antar sub-carrier yang saling overlap tanpa timbul interferensi.
Pada sisi lain OFDM yang dikombinasikan dengan CDMA dapat menghasilkan pemisahan sumber radio yang lebih bagus pada kawasan waktu, frekuensi, dan kode. Hal ini mengakibatkan sistem memungkinkan pengalokasian sumber radio yang tersedia lebih efektif, sehingga dapat menampung lebih banyak pengguna.
Multicarrier-CDMA (MC-CDMA) merupakan teknik gabungan yang berdasarkan penyebaran pada kawasan frekuensi. Pada skema MC-CDMA diasumsikan bahwa jumlah pembawa dan penguatan proses semua sama. Dan kenyataannya jika laju simbol original cukup tinggi untuk menjadi subjek pada pudaran frekuensi selektif, sinyal pertama kali diubah dari seri ke paralel sebelum penyebaran melalui kawasan frekuensi.
Pada penerima MC-CDMA sinyal yang diterima dikombinasikan pada kawasan frekuensi. Oleh karena itu penerima selalu dapat mempergunakan semua energi sinyal hamburan yang diterima pada kawasan frekuensi. Kenyataan ini adalah keuntungan utama dari skema MC-CDMA di atas skema yang lain, karena penggunaan MC-CDMA dapat menghemat spektrum kawasan frekuensi selain mempunyai nilai Bit Error Rate yang sangat rendah.

F. Daftar Pustaka
Flood, J.E., 1995, Telecommunications Switching, Traffic and Networks, Prentice Hall Europe, Hertfordshire.
Rappaport, T.S., 1996, Wireless Communications, IEEE, Inc, New York.
Schilling, D.L., Taub, H., 1986, Principles of Communication Systems, McGraw-Hill, Singapore.
Viswanathan, T., 1992, Telecommunication Switching Systems and Networks, Prentice-Hall of India, New Delhi.
Winch, R.G., 1993, Telecommunication Transmission Systems, McGraw-Hill, Inc., Singapore.
Chen, K.C., Wu, S.T., November 1999, A Programmable Architecture for OFDM-CDMA, IEEE Communication Magazine, p. 76-82.
Fitzek, F.H.P., Morich, R., Wolisz, October 2000, A., Comparison of Multi-Code Link-Layer Transmission Strategies in 3G Wireless CDMA, IEEE Communication Magazine, p. 58-64.
Hara, S., Prasad, R., December 1997, Overview of Multicarrier CDMA, IEEE Communication Magazine, p. 126-133.
Hasan, D., 2001, Materi Kuliah Umum Global System for Mobile-Communication, Training Section Admin Cellular Division PT. Satelindo, Jakarta.
Jarot, S.P.W., 2001, Teknologi OFDM pada Komunikasi Wireless, Department of Information and Computer Science Keio University, Japan.
Jati, B.P., September 2000, CDMA pada Sistem telepon Seluler, Jurnal Transistor Edisi Vol. 1 No.3, hal. 101-104.
MacNaughton, J., June 2000, 3G Patent Platform for Third Generation Mobile Communication Systems : Definition, Function, Structure, Governance, UMTS IP Association Doc. 99/77.
Multi Carrier Code division Multiple Access, March 2002, Copyright Hughes Software Systems India.