Vol.
7 No.
1 Januari 2024 Rang Teknik Journal http://jurnal.
id/index.
php/RANGTEKNIKJOURNAL SIMULASI SISTEM MENGGUNAKAN MODULASI DIGITAL 4-QAM,8-QAM MELALUI KANAL FADING YANG TERDISTRIBUSI RAYLEIGH DAN AWGN
YOHANES PRACOYO WIDI PRASETYO
Fakultas Teknik.
Universitas 17 Agustus 1945 Banyuwangi e-mail : widiprasetyo@untag-banyuwangi.
DOI: http://dx.
org/10.
31869/rtj.
AbstractAi Proses transmisi data dari transmitter ke receiver pasti akan melalui sebuah kanal transmisi, baik berupa media kabel .
, maupun udara (Wireles.
Dalam sistem komunikasi wireless, sinyal yang diterima dari kanal komunikasi dengan modulasi M- ary QAM dapat berubah karena munculnya sejumlah bit yang salah .
Penyebab terjadinya bit error dapat berupa interferensi, seperti Rayleigh Fading serta noise, seperti Additive White Gaussian Noise (AWGN).
Untuk mengetahui kualitas modulasi dari sebuah sistem dilakukan analisis mengenai kualitas kanal fading baik itu melalui kanal fading terdistribusi Rayleigh dan kanal fadingading AWGN.
Dengan melakukan perbandingan antara SNR dengan BER maka didapat hasil bahwa semakin besar M-ary QAM maka menghasilkan BER yang tinggi dengan kondisi kanal fading yang Jika dibandingkan kanal fading terdistribusi Rayleigh dengan kanal fading AWGN, didapat kanal fading yang terdistribusi rayleigh memiliki BER yang lebih tinggi dibandingkan kanal AWGN.
Kemudian proses transmisi melalui kanal fading terdistribusi rayleigh menghasilkan perubahan sinyal yang signifikan diakibatkan karena proses pemantulan yang terjadi selama transmisi.
Keywords: M-QAM.
Rayleigh Fading.
AWGN.
Abstract: The process of data transmission from the transmitter to receiver will go through a transmission channel, either in the form of cable media .
, or air (Wireles.
In wireless communication systems, the signal received from the communication channel with M-ary QAM modulation can change due to the appearance of several wrong bits .
The cause of bit errors can be interference, such as Rayleigh Fading and noise, such as Additive White Gaussian Noise (AWGN).
To determine the modulation quality of a system, the quality of the fading channel is analyzed through Rayleigh distributed fading channel and AWGN fading channel.
By comparing SNR with BER, it is found that the greater the M-ary QAM, the higher the BER with the same fading channel conditions.
When comparing Rayleigh distributed fading channel with AWGN fading channel, it is found that Rayleigh distributed fading channel has higher BER than the AWGN channel.
Then the transmission process through the rayleigh distributed fading channel produces significant signal changes due to the reflection process that occurs during transmission.
Keywords: M-QAM.
Rayleigh Fading.
AWGN.
Pendahuluan Modulasi digital telah dikembangkan penggunaannya secara luas dalam berbagai layanan Dengan modulasi digital, sinyal informasi dalam bentuk binary digit .
it-bi.
dimodulasi dan dikirimkan melalui kanal komunikasi .
aluran ransmis.
untuk dapat disampaikan ke Idealnya, sesampainya ke penerima, semua urutan bit-bit diterima dengan benar dan tidak terjadi kesalahan kirim.
Namun dalam prakteknya, tidak semua bit-bit dapat diterima dengan benar.
Dalam hal ini, tidak dapat dihindari terjadinya kesalahan bit .
it erro.
saat bit-bit informasi dikirimkan melalui kanal komunikasi (Ananta, 2.
Penyebab terjadinya bit error dapat berasal dari kondisi kanal komunikasi yang dipengaruhi oleh berbagai macam gangguan, baik dari dalam sistem itu sendiri, yang disebut dengan bising .
dan gangguan dari luar sistem, yang dinamakan dengan interferensi .
Noise yang umum terjadi pada sistem komunikasi adalah Additive White Gaussian Noise (AWGN), yaitu noise dengan rapat daya konstan dan terdistribusi secara gaussian (Efendi, 2.
Sedangkan interferensi, dapat disebabkan oleh adanya ISSN 2599-2081
EISSN 2599-2090
Fakultas Teknik UM Sumatera Barat Vol.
7 No.
1 Januari 2024 Rang Teknik Journal http://jurnal.
id/index.
php/RANGTEKNIKJOURNAL Fading terjadi karena perubahan sudut .
, polarisasi dan perubahan level sinyal terhadap waktu, sehingga sinyal yang diterima berubah dengan cepat.
Perubahan periodik dari selubung satu komponen multipath atau selubung sinyal fading datar .
lat fadin.
pada transmisi No Line Of Sight (NLOS) yang terdistribusi secara Rayleigh disebut dengan Rayleigh Fading (Fadhila, 2.
M-ary Quadrature Amplitudo Modulation (M-QAM) merupakan suatu jenis modulasi digital yang kemungkinan terjadinya bit error lebih kecil dibandingkan modulasi digital (Hantoro, 2.
Namun demikian, untuk lebih meningkatkan unjuk kerja modulasi MQAM dalam kanal komunikasi yang dipengaruhi oleh noise dan interferensi, perlu adanya penerapan metode yang dapat mengurangi bit error yang terjadi pada modulasi M-QAM semaksimal mungkin (NiAoamah.
Marimbun, & Praja, 2.
Dalam penelitian ini akan dianalisis mengenai perbandingan BER berdasarkan pengaruh SNR proses modulasi digital 4QAM dan 8QAM dengan karakteristik kanal fading yang terdistribusi secara Rayleigh dan AWGN menggunakan simulasi MATLAB (Jafar.
Rohmah, & Aulia, 2.
Metode Penelitian Penelitian ini akan mensimulasikan sistem modulasi 4QAM dan 8QAM dengan karakteristik kanal fading yang terdistribusi secara Rayleigh dan AWGN menggunakan simulasi MATLAB.
QAM
Mod
Data
Fading BER
Data
QAM
Demod Gambar 1.
Model Sistem Transmisi Berdasarkan gambar 1 diatas dapat dijelaskan sebagai berikut:
Data Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data yang dibangkitkan secara acak/random dengan menggunakan algoritma monte carlo.
QAM Mod dan Demod Proses modulasi pada sistem transmisi menggunakan M-ary QAM dengan tingkatan 4-QAM dan 8-QAM Kanal Fading Kanal Fading yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah kanal fading yang terdistribusi Rayleigh dengan kanal fading yang terdistribusi AWGN.
Pehitungan Bit Error Rate (BER) Membandingkan kesalahan bit yang diterima dengan bit yang dikirim.
1 Karakteristik Komunikasi Digital Komunikasi digital adalah komunikasi berbasis sinyal digital yang bentuk sinyalnya terputusputus .
dan menggunakan sistem bilangan biner.
Bilangan biner tersebut akan membentuk kode-kode yang merepresentasikan suatu informasi tertentu.
Komunikasi digital memiliki kelebihan dibandingkan dengan komunikasi analog, antara lain dalam meminimalisasi noise dan atau interferensi.
Noise merupakan sinyal tidak diharapkan dalam telekomunikasi dan bersifat mengganggu serta kehadirannya tidak bisa ditentukan.
Noise selalu ada dalam setiap sistem telekomunikasi, khususnya pada sistem transmisi (Wibisono.
Usman, & ISSN 2599-2081
EISSN 2599-2090
Fakultas Teknik UM Sumatera Barat Vol.
7 No.
1 Januari 2024 Rang Teknik Journal http://jurnal.
id/index.
php/RANGTEKNIKJOURNAL Hantoro, 2.
Selama proses transmisi, sinyal informasi yang ditransmisikan akan dipengaruhi oleh noise yang bisa mengakibatkan terjadinya error atau kesalahan pada penerima .
2 Data Rate Dan Bandwidth Sangatlah penting untuk mengidentifikasi perbedaan antara data rate .
dan bandwidth (B) sinyal dalam sistem transmisi.
Perbedaan definisi dari kedua parameter tersebut adalah sebagai berikut :
Data rate adalah jumlah bit yang ditransmisikan tiap detik.
Sebagai contohnya, data rate 1 Mbps berarti sistem mampu mentransmisikan 1 Mega bit tiap detik.
Bandwidth sinyal didefinisikan sebagai lebar jalur dimana daya sinyal terkonsentrasi.
Sebagai contohnya, bandwidth dapat didefinisikan sebagai bagian di mana 99% sinyal terkonsentrasi di bagian (Wibisono.
Usman, & Hantoro, 2.
Berdasarkan dua pengertian di atas, terlihat bahwa bandwidth berbanding lurus dengan bit rate.
Jika bit rate tinggi.
Tb kecil dan bandwidth menjadi sangat lebar.
Hal ini berarti sistem komunikasi dengan data rate yang tinggi harus mampu menyediakan range frekuensi yang lebar pula.
Apabila data yang dikirimkan dalam sebuah sistem komunikasi ideal memiliki frekuensi .
= 1 MHz dan T = 1/f = 1/1.
106 = 1 AAs maka bandwidth sinyalnya adalah 4 x 1 MHz = 4 MHz, dan kecepatan data .
ata rat.
nya adalah 2 x 1 MHz = 2 Mbps.
Jika sebuah data memiliki frekuensi = 2 MHz dan T = 1/f = 1/2.
106 = 0,5 AAs maka bandwidth sinyalnya adalah 4 x 2 MHz = 8 MHz, dan kecepatan data .
ata rat.
nya adalah 2 x 2 MHz = 4 Mbps.
Dengan demikian hubungan data rate .
dan bandwidth (B) dapat dinyatakan sebagai :
B=4f=2d .
Nyquist menyatakan bahwa bila kecepatan transmisi adalah 2B,maka suatu sinyal dengan frekuensi tidak lebih besar daripada B cukup memadai untuk menghasilkan kecepatan sinyal.
Kebalikannya juga berlaku.
suatu bandwidth sebesar B, maka kecepatan sinyal tertinggi yang bisa dihasilkan adalah sebesar 2B.
Keterbatasan ini dikarenakan efek gangguan intersimbol, seperti misalnya, yang disebabkan oleh distorsi tunda.
Hasilnya berguna untuk pengembangan skema pengkodean digital ke analog.
Jadi, untuk bandwidth tertentu, data rate dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan jumlah elemen-elemen sinyal yang berlainan.
Bagaimanapun juga, hal ini menambah beban pada (Ananta, 2.
3 Jumlah Bit Error Jumlah bit error merupakan jumlah bit salah yang diterima dibagi dengan jumlah bit yang dikirimkan, mengikuti ketentuan sebagai berikut :
Jumlah Bit Error = eb di mana eb = jumlah bit yang salah .
it error rat.
dan tb = jumlah total bit yang dikirimkan.
Sebagai contoh, terdapat sejumlah urutan bit yang dikirimkan, yaitu : 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 .
ebanyak 10 bi.
, yang kemudian, setelah melalui kanal komunikasi, urutan bit yang diterima menjadi : 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 .
erjadi bit error sebanyak 3 bi.
(Hantoro, 2.
Dengan demikian, kemungkinan jumlah bit error pada contoh tersebut dapat dihitung sebagai berikut :
3 = 0,3 atau 30 %.
Jumlah Bit Error = 10 4 Kapasitas Kanal Komunikasi Untuk data digital, permasalahan yang muncul adalah gangguan kanal komunikasi yang dapat membatasi data rate dan data rate maksimum yang dapat ditransmisikan melalui suatu kanal Ada empat konsep tentang kanal komunikasi, yaitu :
Data Rate, merupakan jumlah data pada kanal komunikasi dalam bit per detik Bandwidth, merupakan lebar kanal komunikasi dari sinyal yang ditransmisikan Noise, merupakan level rata-rata derau sepanjang kanal komunikasi Error Rate, merupakan jumlah error yang terjadi pada kanal komunikasi Pernyataan Nyquist tentang bandwidth dapat dihubungkan dengan kapasitas kanal komunikasi yang dikemukakan oleh Claude Shannon.
Untuk level derau tertentu, daya sinyal yang lebih besar akan ISSN 2599-2081
EISSN 2599-2090
Fakultas Teknik UM Sumatera Barat Vol.
7 No.
1 Januari 2024 Rang Teknik Journal http://jurnal.
id/index.
php/RANGTEKNIKJOURNAL meningkatkan kemampuan penerimaan data secara benar di dalam tampilan derau.
Dalam hal ini.
Signal to Noise Ratio (SNR) merupakan perbandingan daya suatu sinyal terhadap daya noise yang muncul pada titik tertentu dalam transmisi.
Biasanya.
SNR diukur pada sebuah penerima, karena nantinya digunakan untuk memproses sinyal yang diterima dan menghilangkan derau yang tidak diinginkan dengan persamaan (Efendi, 2.
( SNR) dB = 10 log 10 ( .
di mana Ps = Power Signal .
aya sinya.
, dan Pn = Power Noise .
aya bisin.
Signal to Noise Ratio (SNR) digunakan untuk menentukan batas atas terhadap jumlah data yang mampu diperoleh dari kanal komunikasi.
Shannon mengemukakan bahwa kapasitas kanal komunikasi maksimum, dalam bit perdetik, ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :
C A B log 2 .
A SNR) C adalah kapasitas kanal komunikasi dalam bit per detik.
B adalah bandwidth kanal komunikasi dalam Hertz.
Persamaan Shannon tersebut menggambarkan nilai maksimum teoritas yang dapat dicapai oleh sistem komunikasi.
Sedangkan pada prakteknya, bagaimanapun juga, jumlah data yang dapat ditransmisikan lebih rendah dari ketentuan Shannon tersebut.
Satu alasan untuk hal ini adalah ketentuan Shannon tersebut beransumsi hanya pada white noise .
erau suh.
Batasan Shannon adalah bahwa kapasitas kanal komunikasi C tidak boleh lebih kecil dari jumlah informasi yang akan dikirimkan.
(Jafar.
Rohmah, & Aulia, 2.
Untuk level derau tertentu, data rate dapat ditingkatkan, baik dengan cara meningkatkan daya sinyal atau meningkatkan bandwidth-nya.
Bagaimanapun juga, saat daya sinyal meningkat, maka akan meningkat pula efek sifat nonlinier di dalam sistemnya, sekaligus meningkatkan derau 5 Parameter Eb/No Perbandingan energi sinyal per bit terhadap kerapatan daya derau per hertz disimbolkan dengan Eb/No.
Sebuah sinyal, baik digital maupun analog, yang berisikan biner data digital ditransmisikan pada suatu bit rate R tertentu.
Energi per bit dalam sebuah sinyal dinyatakan sebagai (Ananta, 2.
Eb = S.
dimana S adalah daya sinyal dan Tb adalah waktu yang diperlukan untuk mengirim satu bit.
Perbandingan Eb/No sangat penting dalam menentukan jumlah bit error.
Saat jumlah bit R meningkat, daya sinyal yang ditransmisikan relative terhadap derau harus ditingkatkan untuk mempertahankan Eb/No yang diperlukan.
6 Sistem Modulasi M-QAM Untuk mengirim pesan digital, sistem modulasi digital mengalokasikan sepotong waktu yang disebut interval sinyal dan menghasilkan fungsi kontinyu yang mewakili simbol.
Dalam modulasi digital, pesan sinyal diubah menjadi sinyal baseband.
Pada sistem komunikasi nirkabel, bagian kedua dari modulasi adalah mengubah sinyal baseband ke frekuensi radio (RF) sinyal, dan memodulasi phase, frekuensi atau amplitudo dari sinyal pembawa .
Sedangkan pada sistem kabel, sinyal baseband dapat dikirimkan secara langsung tanpa modulasi sinyal pembawa .
isalnya dalam jaringan LAN).
M-ary Quadrature Amplitudo Modulation (M-QAM) merupakan salah satu teknik modulasi digital multi level yang saat ini banyak digunakan pada sistem Hal ini disebabkan karena konstelasi sinyal M-QAM yang tidak begitu rapat, bila dibandingkan dengan sistem modulasi lainnya, misalnya dengan sistem M-ary Quadrature Phase Shift Keying (M-QPSK).
(Fadhila, 2.
Pada sistem komunikasi nirkabel, penggunaan M-QAM dapat ditemui pada sistem pengkodean dan modulasi adaptif Ie 802.
16 Worldwide Interoperability for Microwave Access (WIMAX), yaitu sebagai salah satu teknik modulasi subcarrier Orthogonal Frequency Diviion Multiplex (OFDM), modulasi pada Ie 802.
15 Wireles Personal Area Network (WPAN), yaitu pada aplikasi bluetooth, dan modulasi pada Ie 802.
a Wireless Local Area Network (WLAN).
Selain itu M-QAM juga digunakan pada sistem komunikasi kabel.
ISSN 2599-2081
EISSN 2599-2090
Fakultas Teknik UM Sumatera Barat Vol.
7 No.
1 Januari 2024 Rang Teknik Journal http://jurnal.
id/index.
php/RANGTEKNIKJOURNAL misalnya sebagai modem pada Cable Television dan Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) (Wibisono.
Usman, & Hantoro, 2.
Pembahasan dan Analisa program MATLAB yang mensimulasikan sistem dengan menggunakan modulasi digital 4-qam, dan 8-qam yang melalui kanal Fading yang terdistribusi Rayleigh, akan menampilkan grafik hubungan SNR dengan BER serta diagram konstelasi modulasi digital, selain itu akan ditampilkan pula bila sistem ini melalui kanal AWGN sebagai pembanding dengan kanal Fading.
BER yang diinginkan adalah 1/1000 .
Dengan melakukan simulasi menggunakan MATLAB, maka didapatkan perbandingan BER dari masing kanal fading sebagai berikut:
Gambar 2.
Perbandingan Jumlah Bit Error Terhadap SNR 4- QAM dan 8-QAM Dari gambar 2 dapat diamati bahwa jika membandingkan antara modulasi 4QAM dan 8QAM, dimana nilai SNR yang sama dengan kondisi kanal yang sama diperoleh nilai BER yang berbeda.
Modulasi 8QAM menghasilkan BER lebih besar dibandingkan dengan modulasi 4QAM.
Ini berarti semakin besar M-ary QAM maka BER semakin tinggi.
Kemudian jika membandingkan antara kanal fading Rayleigh dengan AWGN, dimana nilai SNR yang sama dengan kondisi modulasi yang sama diperoleh BER yang berbeda.
Kanal Rayleigh memiliki BER yang lebih besar dibandingkan dengan kanal AWGN.
Ini menunjukkan BER dari proses transmisi melalui kanal fading Rayleigh lebih tinggi dibandingkan proses transmisi melalui kanal fading yang terdistribusi AWGN.
Berikut hasil perbandingan masing-masing modulasi dengan kanal yang berbeda dalam bentuk tabel.
Tabel 1.
Perbandingan masing-masing proses modulasi
BER
BER
BER
BER
SNR 4QAM
4QAM
8QAM
8QAM
Rayleigh
AWGN Rayleigh
AWGN
0,14475
0,0789
0,2033667 0,124
0,0624
0,00665 0,1273000 0,0199
0,02595
0,00001 0,0882333 0,0001467
0,008
0,0728333 0
0,002875 0
0,0666333 0
0,00095
0,0650667 0
Pada Tabel diatas terlihat pada nilai SNR = 15 dB sampai 25 dB nilai BER untuk kanal AWGN adalah 0 dB.
Ini dikarenakan semakin tinggi nilai SNR akan mengurangi jumlah eror.
Jadi dapat disimpulkan bahwa pada saat SNR = 15 dB sampai 25 dB tidak terdapat eror yang dihasilkan.
ISSN 2599-2081
EISSN 2599-2090
Fakultas Teknik UM Sumatera Barat Vol.
7 No.
1 Januari 2024 Rang Teknik Journal http://jurnal.
id/index.
php/RANGTEKNIKJOURNAL Dibawah ini ditunjukkan gambar diagram konstelasi masing-masing proses modulasi dengan masingmasing kanal fading.
Gambar 3.
Modulasi 4QAM melalui kanal fading AWGN Gambar 4.
Modulasi 8QAM melalui kanal fading AWGN Gambar 3 dan 4 memperlihatkan diagram konstelasi sebelum dan sesudah melewati kanal fading AWGN.
Pada saat sebelum melewati kanal fading terlihat titik-titik pada setiap gambar yang menjelaskan bahwa modulasi yang digunakan adalah 4 Ae QAM dan 8 Ae QAM artinya ada 4/8 orde yang digunakan dalam modulasi tersebut, dimana ada 4/8 keluaran QAM yang mungkin terjadi untuk sebuah frekuensi carrier.
Karena ada 4/8 keluaran yang berbeda, maka harus ada 4/8 kondisi masukan yang berbeda.
Pada modulasi 4-QAM tiap simbol diwakilkan oleh dua bit, sehingga memakai 2 bit masukan : 00,01,10,11.
Masing-masing kode bit menghasilkan salah satu dari 4 keluaran yang mungkin.
Dua bit ini dimasukkan secara seri kemudian dikeluarkan secara paralel satu bit ke kanal Q dan bit lainnya serentak menuju ke kanal Q.
Kemudian 8 Ae QAM artinya ada 8 orde yang digunakan dalam modulasi tersebut.
dimana sinyal output modulator 8-QAM berupa sinyal carrier yang mempunyai amplitudo tidak konstan.
Data masukan dibagi menjadi 3 bit .
atau yang disebut TRIBIT.
Saat setelah melewati kanal fading mengalami perubahan gambar yang disebabkan oleh noise AWGN, dimana noise AWGN merupakan noise alami, yang selalu ada di setiap perangkat.
Jadi pada setiap perhitungan komunikasi yang melakui kanal maka harus ditambahkan AWGN.
Sehingga seperti gambar 3 dan 4 terlihat tidak ada perpindahan lokasi pada orde modulasinya itu berarti noise terjadi pada kanal AWGN dimana terjadi baik saat perangkat ditransmisikan baik di sumber atau penerima.
ISSN 2599-2081
EISSN 2599-2090
Fakultas Teknik UM Sumatera Barat Vol.
7 No.
1 Januari 2024 Rang Teknik Journal http://jurnal.
id/index.
php/RANGTEKNIKJOURNAL Gambar 5.
Modulasi 4QAM melalui kanal fading Rayleigh Gambar 6.
Modulasi 8QAM melalui kanal fading Rayleigh Gambar 5 dan 6 memperlihatkan diagram konstelasi sebelum dan sesudah melewati kanal fading Pada saat melewati kanal fading, terlihat perubahan gambar yang sangat signifikan.
Itu terjadi akibat fading dalam sekala kecil yang dikenal dengan kanal rayleigh dimana terjadi perubahan amplitudo sinyal saat melewati kanal tersebut dan terjadi mekanisme pemantulan yang bisa disebabkan oleh noise pada kanal tersebut.
Penutup Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai Berdasarkan perbandingan nilai SNR dengan BER, modulasi 8QAM menghasilkan BER lebih besar dibandingkan dengan modulasi 4QAM.
Ini berarti semakin besar M-ary QAM maka BER semakin tinggi.
Berdasarkan perbandingan nilai SNR dengan BER.
Kanal Rayleigh memiliki BER yang lebih besar dibandingkan dengan kanal AWGN.
Ini menunjukkan BER dari proses transmisi melalui kanal fading Rayleigh lebih tinggi dibandingkan proses transmisi melalui kanal fading yang terdistribusi AWGN.
Berdasarkan diagram konstelasi, proses transmisi melewati kanal fading yang terdistribusi Rayleigh menghasilkan perubahan bentuk sinyal yang signifikan.
Ini disebabkan akibat adanya proses pemantulan selama transmisi yang disebabkan oleh noise pada kanal tersebut.
Ucapan Terimakasih Saya ucapkan syukur kepada Tuhan yang selalu memberi limpahan kasih dan penyertaanNya dalam menyusun hasil penelitian ini, terimakasih kepada keluarga yang selalu mendukung dalam proses penulisan artikel, kepada rekan-rekan Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Banyuwangi yang menjadi rekan bekerja setiap hari semoga semua membawa kebaikan bagi kita.
ISSN 2599-2081
EISSN 2599-2090
Fakultas Teknik UM Sumatera Barat Vol.
7 No.
1 Januari 2024 Rang Teknik Journal http://jurnal.
id/index.
php/RANGTEKNIKJOURNAL Daftar Pustaka