MATA KULIAHTEKNIK MODULASI DIGITAL

WAVELET OFDM DAN M-ARY AMPLITUDE SHIFT KEYING - OFDM (MASK OFDM)

Oleh :Hanif Yogatama4.35.11.0.10

PROGRAM STUDI DIV TEKNIK TELEKOMUNIKASIJURUSAN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI SEMARANG2015Wavelet OFDM dan MASK OFDMSkema OFDM yang diadopsi secara luas di banyak standar industri semua FFTbased. Dalam upaya untuk mencari skema modulasi yang lebih efisien, skema berbasis multicarrier non-FFT muncul. Dua yang menonjol adalah transformasi wavelet OFDM berbasis (OFDM wavelet) dan discrete cosine transform berbasis OFDM yang menggunakan M-ary Shift amplitudo keying (MASK-OFDM). Dalam bab ini, kami akan memperkenalkan dua kelompok skema. Keduanya transformasi wavelet dan cosinus mengubah adalah metode kompresi data untuk pencitraan komputer dan animasi. Mereka menggunakan dalam modulasi digital hanya muncul baru-baru ini. Dibandingkan dengan QAM-OFDM, WTOFDM dan MASK-OFDM memiliki kelebihan dan kekurangan mereka. Oleh karena itu, kita tidak bisa mengatakan satu benar-benar unggul dari yang lain. Apakah skema dipilih atau tidak harus tergantung pada aplikasi tertentu di mana ia akan digunakan. Berikut ini, kami akan menjelaskan berbagai skema OFDM wavelet pertama dan MASK-OFDM pada akhir bab ini. Wavelet adalah bentuk gelombang yang berdurasi terbatas secara efektif yang mempunyai nilai rata-rata nol. Jika dibandingkan dengan gelombang sinus, yang mempunyai durasi tidak terbatas (dari minus tak hingga sampai plus tak berhingga), Sama halnya dengan Analisis Fourier yang memecah sinyal menjadi gelombang sinus dengan frekuensi yang bervariasi. Analisis wavelet memecah sinyal menjadi pergeseran dan penskalaan dari suatu wavelet asli (mother wavelet). Sinyal dengan perubahan yang sangat tajam akan lebih mudah dianalisa dengan wavelet daripada sinusoid yang teratur. Analisis wavelet juga dapat diaplikasikan untuk data dua atau lebih dimensi. Kata Wavelet dikemukakan oleh Morlet dan Grossmann pada awal tahun 1980. Dalam bahasa Prancis ondelette yang berarti gelombang kecil. Dan setelah itu dalam bahasa Inggris kata onde diganti menjadi wave sehingga menjadi Wavelet.Wavelet termasuk fungsi yang dapat dinyatakan dalam hal scale function yaitu :

PSD dari wavelet (t) adalah bandpass dengan konsentrasi energi dipindahkan lebih tinggi di frekuensi. PSD 2 (2t) adalah | (f / 2) |2 dan konsentrasi energi digeser lebih ke frekuensi yang lebih tinggi.Fungsi sinc skala didefinisikan sebagai

menghasilkan sistem wavelet orthogonal. Sesuai fungsi wavelet adalah

Dan untuk sinyal yang dihasilkan dari fungsi tersebut yaitu

Gambar 1. Haar scaling function and wavelet.Untuk fungsi sinc dipotong praktis, tumpang tindih di PSDS akan terjadi. Durasi waktu-domain dan pekerjaan pita frekuensi-domain dari fungsi skala dan wavelet dapat divisualisasikan pada waktu-frekuensi (TF) plane, disebut T-F tilling diagram.Tiling diagram didasarkan pada fakta-fakta berikut :1. Fungsi scaling sinyal low-pass (diwakili oleh band frekuensi bawah) dan wavelet adalah sinyal bandpass (diwakili oleh band-band atas). 2. Pita frekuensi dari frekuensi wavelet terendah terletak tepat di sebelah band dari low-pass skala fungsi dan bandwidth adalah sama dengan fungsi scaling. 3. Fungsi scaling dan wavelet memiliki variabel dukungan terbatas (jangka waktu). Dengan sifat transformasi Fourier, kita tahu bahwa sinyal tidak dapat dibatasi secara bersamaan dalam waktu dan frekuensi, sehingga panjang dalam waktu dan frekuensi yang ditunjukkan oleh masing-masing blok diagram ubin adalah perkiraan. Namun setiap blok tidak menunjukkan konsentrasi energi dalam waktu dan frekuensi.Sebagai contoh, tilling diagram akan tepat dalam domain waktu untuk the Haar scaling function and wavelets (lihat Gambar 1). Di sisi lain, tilling diagram ini akan menjadi tepat dalam frequency domain untuk sinc scaling function and wavelets. Namun itu akan menjadi sebuah pendekatan dalam domain waktu (lihat Gambar 2).

Gambar 2. Sinc scaling function and wavelet.

Wavelet OFDM merupakan OFDM yang menggunakan transformasi wavelet sebagai pengganti transformasi Fourier yang digunakan pada OFDM umumnya. Menawarkan sistem dengan bandwidth yang lebih efisien, karena kandungan spektral filter wavelet yang tinggi.Ada beberapa skema Wavelet yang menggunakan Modulasi OFDM antara lain :

1. MULTISCALE WAVELET MODULATION (MSM)Skema pertama adalah modulasi wavelet multiskala (MSM). Tujuan dari MSM adalah seperti konvensional QAM-OFDM, yaitu, untuk mengatasi distorsi yang disebabkan dengan frekuensi-selektif fading channel dengan membagi total bandwidth yang sempit menjadi subbands. Namun, tidak seperti QAM-OFDM, MSM menggunakan jangka waktu yang berbeda untuk simbol dalam sub-kanal yang berbeda, dengan kata lain, MSM memiliki subbands seragam. Untuk memastikan orthogonality, setiap simbol yang dibentuk oleh wavelet atau skala fungsi. MSM termasuk modulasi fraktal sebagai kasus khusus, meskipun tujuannya berbeda dari modulasi fraktal.

Gambar 3. Tiling diagram untuk multiscale modulasi (MSM)

2. FRACTAL MODULATIONSkema kedua adalah Modulasi fraktal yaitu jenis teknik diversity yang mentransmisikan simbol yang sama dengan menggunakan panjang simbol yang berbeda di berbagai subbands. Karena '' self-similarity '' antara ekspansi diad wavelet, mereka sangat cocok sebagai bentuk pulsa untuk modulasi fraktal. Ini mengatur tingkat simbol (maka bandwidth dari sub-kanal) sesuai dengan urutan diadik perluasan wavelet. Karena informasi yang terkandung dalam beberapa simbol dengan panjang yang berbeda pada pita frekuensi yang berbeda, modulasi fraktal cocok untuk pengiriman melalui saluran noise dan memiliki durasi serta bandwith yang tidak diketahui.

Gambar 4. Transceiver processing for multiscale modulation (MSM)Modulasi fraktal didefinisikan sebagai berikut :

Gambar 5. T-F tiling dari fractal modulasi

3. WAVELET PACKET MODULATION (WPM)Skema ketiga adalah paket modulasi wavelet (WPM). Seperti MSM, WPM menggunakan wavelet orthogonal untuk bentuk pulsa dan dengan demikian memiliki subbands seragam; tidak seperti MSM, posisi sub-kanal dari WPM tidak diatur sesuai dengan pesanan ekspansi dyadic wavelet. Hal ini memberikan fleksibilitas frekuensi menugaskan bandwidth untuk sub-kanal yang berbeda untuk memenuhi berbagai aplikasi atau untuk mengurangi gangguan yang berbeda.

Gambar 6. Parent wavelet and its power spectral density (PSD): (a) 22-tap wavelet, sampled four times/symbol period and (b) power spectrum of 22-tap wavelet.

4. WAVELET PAMSkema keempat adalah membentuk pulsa wavelet sinyal PAM yang meningkatkan efisiensi bandwidth sistem dengan menambahkan ekspansi diad untuk wavelet sebagai bentuk pulsa. Menggunakan wavelet spektral kompak dan ekspansi diad, serta ditambah dengan fakta bahwa wavelet memiliki mean nol dan mereka dapat dikirim menggunakan single-side band (SSB) transmisi, efisiensi bandwidth 50% lebih dapat diperoleh. Wavelet-PAM adalah kasus khusus dari MSM.

Gambar 7. F-tiling of WPM dari tabel diatas

5. M-BAND WAVELET MODULATION (MWM)Skema kelima adalah skema wavelet seragam-subband disebut M-band wavelet modulasi (MWM). Dalam skema ini, scaling function dan wavelet digunakan sebagai bentuk pulsa pada simbol dengan durasi yang sama. Tidak ada ekspansi diad dari wavelet digunakan. Modulasi dan demodulasi diimplementasikan melalui filter bank bukan IDWT dan DWT.

Gambar 8. Comparison on modulation methods for a given interference environment consisting of time impulse and tone jammers. Gray-shaded areas indicate corrupted symbols.

Gambar diatas membandingkan ubin TF dari WPM dan MSM bersama-sama dengan dua lainnya skema: QAM dan MWM (M-band modulasi wavelet). Modulasi fraktal dan wavelet PAM memiliki ubin TF sama MSM dan DWMT adalah jenis MWM.Setiap daerah persegi panjang pada gambar merupakan produk (BT) dari bandwidth (B) dan durasi simbol (T). Lingkungan gangguan yang terdiri dari waktu impuls (wideband) dan nada jammer (sempit tapi durasi panjang) diasumsikan dalam gambar. Tanda panah menunjukkan posisi dari jammer nada dan impuls. Daerah yang diarsir menunjukkan simbol rusak oleh gangguan. Dalam QAM, seluruh yang bandwidth yang ditempati oleh masing-masing simbol sehingga nada jammer akan merusak setiap simbol, meskipun dorongan hanya akan korup satu simbol. Di MWM, situasi hanya sebaliknya: impuls akan merusak setiap simbol dan nada jammer akan merusak satu. Dalam MSM, nada jammer akan merusak semua delapan simbol di bagian atas spektrum dan kehendak impuls korup empat simbol di bagian bawah dari spektrum serta dua simbol di bagian atas. Jumlah simbol rusak adalah 12. WPM, yang dioptimalkan untuk gangguan tertentu, akan menderita paling sedikit kerusakan. Hanya lima simbol akan rusak.

6. OVERLAPPED DISCRETE WAVELET MULTITONE (DWMT) MODULATIONSkema keenam adalah Overlapped Discrete Wavelet Multitone (DWMT). Tujuannya adalah untuk meningkatkan penahanan spektral dari sinyal OFDM, yang sama dengan tujuan MSM dan wavelet PAM. DWMT membagi bandwidth saluran menjadi equal-bandwidth subbands. Selain itu, panjang pulsa lebih panjang dari panjang simbol dan simbol yang tumpang tindih dalam waktu. Namun karena orthogonality antara pulsa wavelet, simbol masih dapat dipisahkan pada penerima dengan menggunakan wavelet transform.

Gambar 9. DWMT modem: (a) modulator and (b) demodulator.

Gambar 10. Frequency responses of six spectrally contiguous subchannel pulse sequences DWMT transmission

7. DCT-BASED OFDM: MASK-OFDMMASK-OFDM atau M-ary Amplitude Shift Keying OFDM adalah metode modulasi dengan mengubah- ubah amplitude berdasarkan urutan signal M-ary dalam OFDM, menggunakan pemisahan frekuensi subcarrier dari 1/(2T) untuk orthogonality yang mengurangi bandwidth dari sinyal OFDM untuk sekitar setengah untuk urutan yang sama modulasi. Namun, untuk mencapai kinerja BER yang sama, penghematan bandwidth harus diperdagangkan untuk efisiensi daya. Dengan mengurangi urutan modulasi from M to M, dengan bandwidth yang sedikit lebih lebar, MASK-OFDM dapat mencapai kinerja BER yang sama atau lebih baik dari anMth-order QAM- atau MPSK-OFDM, masing-masing. PAPR dari M-ary ASK-OFDM adalah sama dengan M-ary QAM-OFDM. MASK-OFDM dapat digital dan efisien dilaksanakan oleh pasangan FCT / IFCT yang membutuhkan kurang komputasi atau kompleksitas sirkuit dibandingkan dengan pasangan IFFT / FFT untuk QAM / MPSK-OFDM. Matematis dari MASK-OFDM yaitu :

Gambar 11. Spectral dari MASK-OFDM subcarrier dengan 1/2T Separation

bahwa hanya spektrum frekuensi positif ditunjukkan kecuali untuk subcarrier pertama. Secara matematis, ada mirror images di frekuensi negatif. Namun mereka dapat dihilangkan dengan menfilter di RF Band.