Simulasi Unjuk Kerja Mimo …

Nyoman Pramaita

SIMULASI UNJUK KERJA MIMO DENGAN ARSITEKTUR V-BLAST PADA KANAL FLAT FADING RAYLEIGH

Nyoman Pramaita

Staf Pengajar Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Udayana

Kampus Bukit Jimbaran Bali

Email : n_pramaita@yahoo.com

Abstrak

Salah satu teknik untuk merealisasikan efisiensi spektrum pada link wireless adalah sistem MIMO dengan arsitektur V-BLAST (Vertical-Bell Laboratories Layered Space Time), yang memakai beberapa antena pada pemancar dan penerima. Sistem V-BLAST dalam mendeteksi informasi yang diterima, memilih kanal yang terbaik dari beberapa kanal yang ada dalam sistem sehingga sistem V-BLAST memiliki unjuk kerja yang lebih baik dari sistem SISO,

Kata Kunci: V-BLAST, Flat Fading

  • 1.    PENDAHULUAN

Peningkatan keperluan kecepatan data dan kualitas pelayanan pada sistem komunikasi wireless, memerlukan teknik baru yang dapat meningkatkan efisiensi spektrum dan memperbaiki keandalan link. Pemakaian beberapa antena pada pemancar dan penerima, memberikan perbaikan yang signifikan dalam hubungannya dengan efisiensi spektrum dan keandalan link. Teknologi baru ini disebut dengan multi-input multi-output (MIMO) yang memanfaatkan rich scattering untuk memperoleh efisiensi spektrum.

Salah satu teknik yang memakai teknologi MIMO adalah sistem BLAST. Sistem BLAST menurut proses deteksi sinyal di penerima dapat dibagi menjadi dua, yaitu sistem D-BLAST (Diagonal-Bell Laboratories Layered Space Time) dan V-BLAST (Vertical-Bell Laboratories Layered Space Time).

Sistem D-BLAST memakai struktur kode berlapis secara diagonal, dengan blok-blok kode diatur pada diagonal dalam ruang dan waktu. Redundancy yang ditambahkan pada sub-deretan data dilakukan dengan pemakaian kode blok. Namun struktur ini cukup kompleks dalam implementasinya, karena itu diperkenalkan sistem BLAST yang disederhanakan yaitu sistem V-BLAST.

Pada awal implementasi sistem V-BLAST, beberapa aspek yang berhubungan dengan sistem V-BLAST dibuat sederhana. Salah satunya adalah diasumsikan sistem beroperasi narrowband atau karakterisitik kanal adalah flat fading.

  • 2.    SISTEM V-BLAST

Sistem V-BLAST yang ditunjukkan dalam Gambar 2.1 adalah teknik komunikasi yang memakai beberapa antena pemancar dan penerima, untuk mencapai efisiensi spektrum yang sangat tinggi pada lingkungan rich scattering [5],[6]. Deretan data dari satu user didemultiplex menjadi M sub-deretan data. Masing-masing sub-deretan data dimodulasi dan

kemudian dipancarkan pada pemancar yang bersesuaian.

Pemancar 1 sampai dengan M merupakan pemancar QAM (Quadrature Amplitude Modulation), yang beroperasi co-channel pada kecepatan simbol sebesar 1/T simbol/det dengan waktu simbol yang disinkronisasi. Daya yang ditransmisikan oleh masing-masing pemancar sebanding dengan 1/M, agar total daya yang diradiasikan konstan.

Masing-masing pemancar QAM merupakan pemancar vektor, dengan masing-masing vektor yang ditransmisikan adalah simbol-simbol yang diperoleh dari konstelasi QAM. Diasumsikan bahwa konstelasi yang sama dipakai untuk masing-masing sub-deretan data. Sistem V-BLAST tidak memerlukan pengkodean, sehingga sub-deretan data terdiri dari simbol-simbol data yang independen yang tidak dikode. Transmisi sub-deretan data tersebut diatur menjadi burst dengan panjang L simbol.

Fungsi transfer matrik kanal dinyatakan dengan HNxM, dengan komponen matrik hij merupakan fungsi transfer dari pemancar j ke penerima i. Sistem V-BLAST memiliki syarat bahwa N ≥ M [3].

Penerima 1 sampai dengan N adalah penerima QAM yang beroperasi co-channel. Masing-masing penerima QAM menerima sinyal yang diradiasikan oleh M antena pemancar.

  • 3.    DETEKSI SISTEM V-BLAST

Jika a = [a1,a2,…,aM]T merupakan vektor simbol yang ditransmisikan, maka N vektor simbol yang diterima adalah [3]:

r1 = H a + v (3-1) dengan H = fungsi transfer matrik kanal dengan ukuran sebesar NxM, v = vector noise, dan a = vektor simbol.

Misalkan S ≡ {k1,k2,…,kM} merupakan bilangan integer 1,2,…M yang menyatakan urutan sub-deretan data yang diterima, maka proses deteksi V-BLAST secara umum adalah sebagai berikut [3]:

  • 1.    Nulling

Estimasi sinyal terkuat yaitu sinyal lainnya yang lebih lemah diestimasi sebagai sinyal



Notation:

Vecw sy∏tDo∣ a ≡ (αl,«j,σj,αj)

Number cf xmtr⅞ = v Number of rcvrs ≡ N

interferensi

ΛA ft>nt


Gambar 2.1 Sistem V-BLAST

yk 1 = w k 1r1                                (3-2)

dengan yk1 = sub-deretan data ke k1

  • wk1 = vektor nulling

Vektor nulling dinyatakan dengan persamaan:

W ki= (Gi) ki                               (3-3)

dengan Gi = (H -i-1)+

H ~ki menyatakan matrik yang diperoleh dengan memberi nilai nol kolom k1, k2, …ki dari matrik H, sedangkan H+ menyatakan Moore-Penrose pseudoinvers.

  • 2.    Slicing

Sinyal yang telah diestimasi (yk1) selanjutnya dideteksi untuk mendapatkan simbol-simbol data, yaitu slice yk1 untuk mendapatkan aˆk1 :

a k i = Q(y k i)                             (3-4)

dengan Q(.) menyatakan operasi quantisasi (slicing) yang sesuai dengan konstelasi yang digunakan.

  • 3.    Cancellation

Interferensi dari komponen vektor simbol a yang sudah dideteksi, dikurangkan dari vektor sinyal yang diterima untuk menghasilkan vektor terima yang termodifikasi, r2:

r2 = r1 - aˆk1 (H)k1                               (3-5)

dengan (H)k1 = kolom ke-k1 dari H.

Langkah 1 sampai dengan 3 diulang untuk komponen k2, . . . km, sehingga akan diperoleh vektor simbol yang diterima, yaitu r1, . . . rm.

SNR untuk komponen ke-ki dari vektor simbol a yang telah dideteksi adalah sebagai berikut [3]:

ρ k =


J4l σ2wki 2


(3-6)


dengan (∣ak^ ) = daya rata-rata sub-deretan data

ke-ki

2

σ     = varian noise

w ki  = norm vektor nulling sub-deretan

data ke-ki

Pemilihan SNR yang terbaik pada masing-masing tingkatan dalam proses deteksi, menghasilkan urutan deteksi yang optimal, Sopt. Urutan deteksi yang optimal memberikan unjuk kerja yang lebih baik yang dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut [3]:

ki = argmin (Gi)j 2                   (3-7)

j ∉k1,-ki -1}

dengan Gi = H ±i-1

(Gi)j menyatakan baris ke-j dari Gi.

Jadi proses deteksi dengan memperhitungkan urutan deteksi yang optimal adalah sebagai berikut [3]:

  • a.    Inisialisasi, i = 1. Tentukan nilai pseudoinverse

H dan nilai k1 (elemen urutan deteksi optimal yang pertama), yaitu:

G1 = H+

k1 = argmin (G1)j 2

j

  • b.    Tentukan vektor nulling ki, yaitu:

  • w ki = (G i) ki

  • c.    Nulling, yaitu:

T

  • y k, = w k,r

  • d.    Slicing, yaitu:

a k, = Q (yk)

  • e.    Cancellation, yaitu:

  • ri+1 = r - ctk (H)i + 1                 k ,         k,

  • f.    Tentukan pseudo nverse yang baru, yaitu:

  • G;+1 = H ± +1          k,

  • g.    Tentukan nilai elemen urutan deteksi optimal yang berikutnya, yaitu:

ki+1 = argmin (G )j 2 j ∉{ k i,- k,}

  • 4.    ANALISA DAN HASIL SIMULASI

Simulasi ini meliputi unjuk kerja sistem V-BLAST yang memiliki dimensi 2x2 dan sistem SISO pada kanal flat fad ng rayle gh. Simulasi sistem SISO dan V-BLAST memerlukan beberapa masukan sebagai berikut:

  • •    Burst memiliki panjang seratus simbol.

  • •    Tingkat modulasi QAM yang dipakai adalah empat tingkat.

  • •    SNR memiliki nilai dari 0 sampai dengan 15 dB dengan interval sebesar 5 dB.

Berdasarkan masukan di atas, diperoleh unjuk kerja sistem SISO dan V-BLAST pada kanal flat fad ng rayle gh seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.1 Sumbu x dalam Gambar 4.1 menunjukkan nilai SNR sedangkan sumbu y menunjukkan nilai probabilitas kesalahan symbol.

Gambar 4.1 Grafik Probabilitas Kesalahan Simbol Sebagai Fungsi SNR untuk Sistem V-BLAST dan SISO pada Kanal Flat Fading Rayleigh

Berdasarkan Gambar 4.1, probabilitas kesalahan simbol menurun terhadap pertambahan nilai SNR baik untuk sistem SISO maupun V-BLAST, karena daya no se menurun terhadap pertambahan nilai SNR. Hal ini menunjukkan unjuk kerja sistem semakin baik terhadap pertambahan nilai SNR.

Probabilitas kesalahan simbol pada sistem V-BLAST memiliki nilai yang lebih kecil dari sistem SISO. Hal ini menunjukkan bahwa sistem V-BLAST memiliki unjuk kerja yang lebih baik dari sistem SISO, karena dalam sistem V-BLAST informasi yang dideteksi berdasarkan informasi pada kanal yang terbaik dari beberapa kanal yang ada dalam sistem.

  • 5.    DAFTAR PUSTAKA

  • [1] . G. J. Foschini (1996), Layered space-t me arch tecture for w reless commun cat on n a fad ng env ronment when us ng mult ple antennas, Bell Lab. Tech. J., vol. 1, no. 2, pp. 41–59.

  • [2] . G. J. Foschini and M. J. Gans (1998), On l m ts of w reless commun cat ons n a fad ng env ronment when us ng mult ple antennas, Wireless Personal Communication, vol. 6, no. 3, pp. 311–335.

  • [3] . P. W. Wolniansky, G. J. Foschini, G. D. Golden, and R. A. Valenzuela (1998), V-BLAST: An arch tecture for real z ng very h gh data rates over the r ch-scatter ng w reless channel, in Proc. ISSSE-98, Pisa, Italy, Invited Paper.

  • [4] . G. D. Golden, G. J. Foschini, R. A. Valenzuela, and P. W. Wolniansky (1999), Detect on algor thm and n t al laboratory results us ng V-BLAST space-t me commun cat on arch tecture, Electron. Lett., vol. 35, no. 1, pp. 14–16.

  • [5] . G. J. Foschini, G. D. Golden, R. A. Valenzuela, and P. W. Wolniansky (1999), S mpl f ed process ng for h gh spectral eff c ency w reless commun cat on employ ng mult -element arrays, IEEE J. Select. Areas Communication, vol. 17, pp. 1841–1852.

  • [6] . Dimitry Chizhik, Farrokh Rashid-Farokhi, Jonathan Ling, and Angel Lozano,       (2000)

Effect of Antenna Separat on on the Capac ty of BLAST n Correlated      Channels, IEEE

Communication Letters, vol. 4, no. 11.

  • [7] . Theodore S. Rappaport (1996), W reless Commun cat on   Pr nc ples   and   Pract se,

Prentice Hall PTR Upper Sadle River, New Jersey 07458.

  • [8] . Jean Philippe Kermoal, Laurent Schumacher, Klaus Ingemann Pedersen, Preben Elgaard Mogensen, and Frank Frederiksen (2002), A Stochast c MIMO Rad o Channel Model W th Exper mental Val dat on, IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 20, no. 6.

Teknolog Elektro

3

Vol. 5 No. 1 Januar – Jun 2006

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com