METODE CLIPPING FILTERING, METODE SELECTIVE MAPPING, DAN

METODE PARTIAL TRANSMIT SEQUENCE UNTUK MENGURANGI NILAI

PEAK TO AVERAGE POWER RATIO (PAPR) DALAM SISTEM OFDM

oleh

Ivan Farrell Setiono

NIM : 612010002

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Januari 2015

METODE CLIPPING FILTERING, METODE SELECTIVE MAPPING, DAN

METODE PARTIAL TRANSMIT SEQUENCE UNTUK MENGURANGI NILAI

PEAK TO AVERAGE POWER RATIO (PAPR) DALAM SISTEM OFDM

oleh

Ivan Farrell Setiono

NIM : 612010002

Skripsi ini telah diterima dan disahkan

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

dalam

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika Dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Disahkan oleh

Pembimbing I Pembimbing II

Eva Yovita Dwi Utami, M.T. Andreas Ardian Febrianto, M.T.

Tgl. ___ Tgl. __________

i

INTISARI

Teknologi nirkabel yang sedang berkembang saat ini adalah jaringan Long Term

Evolution (LTE) atau yang lebih sering disebut sebagai perkembangan dari jaringan 3G,

yaitu jaringan 4G. Teknologi ini adalah teknologi baru yang diperkenalkan oleh 3rd

Generation Partnership Project (3GPP) Release 8 yang dirancang untuk

meningkatkan kapasitas dan kecepatan jaringan sistem komunikasi bergerak.

Orthogonal Frequency Division Multiplexing adalah teknologi yang digunakan

dalam transmisi arah downlink dalam teknologi LTE. OFDM adalah skema transmisi

paralel dengan aliran data serial yang dibagi menjadi beberapa kelompok aliran data,

dan masing-masing dimodulasi secara terpisah. Penggunaan teknologi OFDM pada

jaringan 4G ini memiliki kelemahan, yaitu dia memiliki nilai Peak to Average Power

Ratio (PAPR) yang besar. PAPR adalah perbandingan nilai antara puncak amplitudo

isyarat dengan nilai Root Mean Square (RMS) isyarat tersebut. Metode-metode yang

digunakan untuk mengurangi nilai PAPR tersebut adalah metode Clipping Filtering,

metode Selective Mapping, dan metode Partial Transmit Sequence.

Dari hasil studi pustaka ini didapatkan kesimpulan bahwa dengan menggunakan

metode Clipping Filtering, semakin kecil nilai Clipping Ratio (CR) maka semakin baik

unjuk kerja metode Clipping Filtering dalam mengurangi nilai PAPR. Untuk metode

Selective Mapping, semakin banyak jumlah blok maka semakin baik unjuk kerja metode

Selective Mapping dalam mereduksi nilai PAPR. Sedangkan untuk metode Partial

Transmit Sequence, semakin banyak isyarat masukan yang dibagi maka semakin baik

unjuk kerja dalam mereduksi nilai PAPR.

ii

ABSTRACT

Wireless technology that is still developing at this time is the network of Long

Term Evolution (LTE) or more commonly referred as the development of 3G networks,

namely the 4G network. This technology is a new technology introduced by the 3rd

Generation Partnership Project (3GPP) Release 8 that is designed to increase network

capacity and speed of mobile communication systems.

Orthogonal Frequency Division Multiplexing is a technology that is used in the

transmission of direction downlink in the LTE technology. OFDM is a parallel

transmission scheme with a serial data stream, that is divided into multiple groups of

data streams, and each is modulated separately. The use of OFDM technology at 4G

network has a weakness, that it has large value of Peak to Average Power Ratio

(PAPR). PAPR is the ratio between the peak value of the signal amplitude with the

value of Root Mean Square (RMS) of the signal. The methods that are used to reduce

the PAPR value are Clipping Filtering method, Selective Mapping method and Partial

Transmit Sequence method.

From the results of the literature study, it is concluded that by using a Clipping

filtering method,the smaller value of Clipping Ratio (CR), the better performance of the

Clipping Filtering method in reducing PAPR value. For Selective Mapping method, the

more number of blocks, the better performance of the Selective Mapping method in

reducing the PAPR value. As for Partial Transmit Sequence method, the more signal

inputs are partitioned, the better performance in reducing the PAPR value.

iii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur dan kemuliaan hanya bagi Tuhan Yesus Kristus berkat kasih

karunia-Nya yang berlimpah dan penyertaan-Nya yang sempurna sehingga skripsi

dengan judul “Metode Clipping Filtering, Metode Selective Mapping, dan Metode

Partial Transmit Sequence untuk Mengurangi Nilai Peak to Average Power Ratio

(PAPR) dalam Sistem OFDM” dapat diselesaikan dari awal pengusulan, pembuatan,

hingga akhirnya selesai. Skripsi ini digunakan sebagai salah satu syarat untuk

mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga.

Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar

besarnya kepada :

1. Bapak Dekan Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Dr. Iwan

Setyawan

2. Ibu Eva Yovita Dwi Utami, M.T. selaku pembimbing I yang sangat banyak

membimbing, memberi saran, serta mengajari penulis banyak hal selama

proses pembuatan skripsi ini dan selama menjalani perkuliahan di .

3. Bapak Andreas Ardian Febrianto, M.T. selaku selaku Kaprogdi Teknik

Elekto, pembimbing II atas bimbingan, saran, serta strategi yang diberikan

dalam proses merancang skripsi ini dan juga atas segala saran kepada penulis

selama proses perkuliahan baik sebagai asisten ataupun sebagai mahasiswa.

4. Bapak F. Dalu Setiadji, M.T. selaku wali studi penulis hingga tahun keempat

yang banyak memberi arahan dan pengalaman berharga selama berkuliah.

5. Bapak Budihardja Murtianta, M. Eng. selaku wali studi penulis yang banyak

memberi arahan dan pengalaman berharga selama berkuliah.

6. Segenap staff pengajar Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer atas

didikan selama proses perkuliahan.

7. Staff Tata Usaha FTEK atas bantuan dalam hal administrasi.

8. Orang tua dan adik yang terkasih di Semarang yang telah memberi dukungan

dalam segala hal.

9. Teman teman terdekat selama kuliah dan hidup di Salatiga Yunus, Roberto,

Andrew, Natanael, Edo, Ricky, Budhi, Deny, Bob, Jeffryson.

iv

10. Teman teman FTEK ’10 yang terkasih yang tidak dapat disebutkan satu

persatu.

11. C Computer Club FTEK UKSW beserta pengurusnya atas kesempatan

mengembangkan diri bersama disana dari 2010-2012.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini terdapat banyak

kekurangan, oleh sebab itu dengan kerendahan hati penulis mengharapkan saran dan

kritik yang membangun untuk lebih menyempurnakan penulisan ini.

Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat dan memberikan

informasi bagi pembaca, khususnya yang berkepentingan. Tuhan memberkati kita

semua.

Salatiga, Januari 2015

Penulis,

Ivan Farrell Setiono

v

DAFTAR ISI

INTISARI .......................................................................................................................... i

ABSTRACT ...................................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR ..................................................................................................... iii

DAFTAR ISI ..................................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... vii

DAFTAR SINGKATAN ................................................................................................. ix

DAFTAR LAMBANG ................................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 1

1.1. Tujuan ................................................................................................................. 1

1.2. Latar Belakang Permasalahan ............................................................................ 1

1.3. Spesifikasi Tugas ................................................................................................ 3

1.4 Sistematika Penulisan ......................................................................................... 3

BAB II JARINGAN LONG TERM EVOLUTION (LTE) ................................................. 5

2.1. Evolusi Jaringan Komunikasi Bergerak ............................................................. 5

2.1.1. Teknologi LTE .......................................................................................... 7

2.1.2. Arsitektur LTE ........................................................................................... 8

2.1.3. Aspek Antarmuka Radio LTE ................................................................. 11

2.2 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) .................................. 16

2.2.1 Modulasi dan Demodulasi dalam OFDM ............................................... 18

2.2.2 OFDM Guard Interval ............................................................................ 21

2.2.3 OFDM Guard Band ................................................................................ 23

2.2.4 Bit Error Rate pada Sistem OFDM ......................................................... 24

BAB III PAPR PADA SISTEM OFDM DALAM JARINGAN LTE ............................ 26

3.1. Pengertian PAPR .............................................................................................. 26

3.2. PAPR pada Sistem OFDM ............................................................................... 26

vi

BAB IV METODE-METODE UNTUK MENURUNKAN NILAI PAPR .................... 31

4.1. Metode Clipping Filtering ................................................................................ 31

4.2. Metode Selcetive Mapping ............................................................................... 35

4.3. Metode Partial Transmit Sequence .................................................................. 38

BAB V KESIMPULAN .................................................................................................. 41

5.1. Kesimpulan ....................................................................................................... 41

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 42

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Karakteristik Penguat Daya ..................................................................... 2

Gambar 2.1. Evolusi 3GPP .......................................................................................... 7

Gambar 2.2. Diagram Arsitektur LTE .......................................................................... 9

Gambar 2.3. Arah Transmisi pada Jaringan LTE ......................................................... 12

Gambar 2.4. Konfigurasi SIMO ................................................................................... 13

Gambar 2.5. Konfigurasi MISO ................................................................................... 14

Gambar 2.6. Konfigurasi MIMO .................................................................................. 15

Gambar 2.7. Teknik Modulasi Multicarrier ................................................................ 16

Gambar 2.8. Spektrum Isyarat OFDM ......................................................................... 17

Gambar 2.9. Diagram Kotak OFDM ........................................................................... 17

Gambar 2.10. Modulasi OFDM ..................................................................................... 18

Gambar 2.11. Demodulasi OFDM ................................................................................. 20

Gambar 2.12. OFDM dengan Cyclic Prefix ................................................................... 21

Gambar 2.13. Isyarat OFDM ......................................................................................... 22

Gambar 2.14. Isyarat OFDM dengan Cyclic Prefix ...................................................... 22

Gambar 2.15. Isyarat OFDM dengan Cyclic Suffix....................................................... 22

Gambar 2.16. Guard Band pada FDM ........................................................................... 23

Gambar 2.17. Guard Band pada OFDM ........................................................................ 23

Gambar 2.18. Isyarat Keluaran Modulator QPSK ......................................................... 24

Gambar 4.1. Pemotongan Isyarat ................................................................................. 31

Gambar 4.2. Diagram Kotak Metode Clipping Filtering ............................................. 32

Gambar 4.3. Clipping Isyarat OFDM dalam Ranah Waktu ......................................... 33

Gambar 4.4. Penguat Daya untuk Modulasi Amplitudo .............................................. 34

Gambar 4.5. Diagram Kotak Metode Selective Mapping ............................................ 36

viii

Gambar 4.6. Hasil simulasi untuk = 128 dengan = 1, 2, 4, dan 16 .................... 37

Gambar 4.7. Diagram Kotak Metode Partial Transmit Sequence ............................... 38

Gambar 4.8. Reduksi PAPR dengan Partial Transmit Sequence untuk 2-8 Fase ........ 40

ix

DAFTAR SINGKATAN

1G 1st Generation

2G 2nd Generation

2.5G 2.5th Generation

3G 3rd Generation

3GPP 3rd Generation Partnership Project

4G 4th Generation

AMPS Advanced Mobile Phone System

BER Bit Error Rate

CP Cyclic Prefix

CR Clipping Ratio

CS Cyclic Suffix

CAPEX Capital Expenditure

CCDF Complementary Cumulative Distribution Function

CDMA Code Division Multiple Access

E-UTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network

EDGE Enhanced Data for Global Evolution

EPC Evolved Packet Core

FDD Frequency Divison Duplex

FDM Frequency Division Multiplexing

FDMA Frequency Division Multiple Access

FFT Fast Fourier Transform

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communication

HSDPA High-Speed Downlink Packet Access

x

HSPA High-Speed Packet Access

HSS Home Subscriber Server

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access

IBO Input Backoff

IFFT Inverse Fast Fourier Transform

ISI Intersymbol Interference

LTE Long Term Evolution

MIMO Multiple Input Multiple Output

MISO Multiple Input Single Output

MME Mobility Management Entity

MRC Maximum Ratio Combining

MSC Mobile Switching Center

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OPEX Operational Expenditure

PAPR Peak to Average Power Ratio

PSK Phase Shift Keying

QoS Quality of Service

QPSK Quadrature Phase Shift Keying

RMS Root Mean Square

RRM Radio Resource Management

SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access

SAE System Architecture Evolution

SIMO Single Input Multiple Output

SGW Serving Gateway

SNR Signal to Noise Ratio

TDD Time Division Duplex

xi

TDMA Time Division Multiple Access

UE User Equipment

UMTS Universal Mobile Telecommunication Service

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Wi-Fi Wireless Fidelity

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

xii

DAFTAR LAMBANG

waktu modulasi simbol per subpembawa

jumlah subpembawa

jarak antar subpembawa

m simbol dari OFDM

subpembawa yang termodulasi ke-k

barisan data digital

panjang tundaan maksimum

nilai cyclic prefix

panjang isyarat simbol OFDM

panjang isyarat total simbol OFDM

bit energy to noise density

M simbol QPSK

daya rata-rata

daya maksimal

periode sampling

isyarat hasil pementaan PSK pita dasar

N jumlah subpembawa

g(X) nilai bati penguat daya

pengatur kehalusan transisi dari daerah linear ke daerah batas saturasi

nilai masukan penguat daya

nilai ambang

fase pemotongan

jumlah blok dalam metode selective mapping

faktor rotasi fase dalam Peak Value Optimization