ANALISIS KINERJA UPLINK CHANNEL AWARE SCHEDULING …repository.telkomuniversity.ac.id/pustaka/files/92322/resume/... · ANALISIS KINERJA UPLINK CHANNEL AWARE SCHEDULING PADA SISTEM

ANALISIS KINERJA UPLINK CHANNEL AWARE SCHEDULING PADA SISTEMSC-FDMA

Melyani Nurhalimah Sembiring¹, Arfianto Fahmi², Budi Syihabuddin³

¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom

AbstrakTeknologi SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) adalah suatu teknikmultiple access dimana transmisi data dilakukan secara serial. SC-FDMA digunakan untuktransmisi arah uplink pada sistem LTE, sebab SC-FDMA memiliki PAPR yang lebih kecil jikadibandingkan dengan OFDMA yang digunakan untuk arah downlink. Hal ini dikarenakan sistemtransmisi SC-FDMA dilakukan dengan single carrier secara serial.

Namun, hal tersebut belum cukup untuk menjamin nilai PAPR selalu kecil. Adapun syarat lainyang dibutuhkan adalah radio resource yang dialokasikan pada user tertentu harus bersifatadjacent (berdampingan) dalam frekuensi. Oleh karena itu dibutuhkan teknik alokasi yangmemenuhi syarat tersebut berupa algoritma scheduling. Algoritma scheduling terbagi dua jenis:non channel aware (tidak bergantung kondisi kanal, contoh: Round Robin) dan channel aware(bergantung pada kondisi kanal, contoh: FME, RME, MADE, STB).

Pada tugas akhir ini dilakukan simulasi untuk menguji performansi dari algoritma eksisting STB,MADE, dan RR. Output simulasi berupa spectral efficiency dan fairness. Dari hasil simulasidiperoleh bahwa efisiensi spektral paling baik diperoleh dari algoritma STB dengan gain rata-rata13,8% terhadap algoritma MADE dan 8,4% terhadap Round Robin. Data rate paling baik dicapaioleh algoritma MADE dengan gain rata-rata 77,7% terhadap algoritma algoritma STB dan 1,2%terhadap Round Robin. Nilai fairness paling tinggi didapat dari algoritma STB dan RR denganrentang nilai 0,99 hingga 1. Algoritma STB memiliki fairness lebih baik dari MADE karena STBmenjamin bahwa setiap user pasti mendapat kanal selama jumlah kanal jumlah user.

Kata Kunci : SC-FDMA, MADE , Search-Tree Based Algorithm, Resource Chunk (RC)

AbstractSC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple Access) technology is multiple accesstechnique which the data transmitted in serial way. It is used for uplink transmission in LTEsystem because it has lower PAPR compared to OFDMA which is used for downlink transmission.It is as a result from transmitting using single carrier in serial way

But that is not enough to guarantee low PAPR. Another condition required is that the radioresources allocated to certain user must be adjacent in frequency. Thus we need allocationtechnique to achieve the condition with scheduling algorithm. There are two schedulingalgorithm: non channel aware (independent with channel, e.g: Round Robin) and channel aware(channel dependent, e.g: FME, RME, MADE, STB).

In this final project a simulation to analyze STB, MADE, and RR existing algorithms performancehas been done. The simulation output are spectral efficiency and fairness. The spectral efficiencyof STB algorithm has gain 13,8% over MADE and 8,4% over Round Robin. The highest achievabledata rate found in MADE, with gain 77,7% over STB and 1,2% over Round Robin. The highestfairness found in STB and Round Robin, with range 0,99 – 1. STB has better fairness because aslong as the number of resources number of users it guarantees no outage user (all users getresource slot).

Keywords : SC-FDMA, MADE , Search-Tree Based Algorithm, Resource Chunk (RC)

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Tugas Akhir - 2013

Fakultas Teknik Elektro Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Division Multiple

Access) adalah suatu teknik multiple access berdasarkan prinsip SC-FDM (Single

Carrier-Frequency Division Multiplexing). Dasar sistem SC-FDMA mirip dengan

OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), hanya saja pada

sistem SC-FDMA digunakan DFT-OFDM. Untuk implementasi arah uplink, SC-

FDMA lebih efisien dalam hal daya, dimana pada arah uplink efisiensi daya

merupakan faktor utama. Proses transmisi pada SC-FDMA (dengan DFT-OFDM)

menggunakan banyak carrier secara serial sehingga memiliki PAPR (Peak to

Average Power Ratio) lebih rendah daripada OFDMA.

Namun, penggunaan DFT-OFDM belum cukup untuk menjamin nilai

PAPR yang kecil. Adapun syarat lain yang dibutuhkan adalah subcarrier-

subcarrier yang dialokasikan pada user tertentu harus bersifat adjacent dalam

frekuensi. Oleh karena itu dibutuhkan teknik alokasi yang memenuhi syarat

tersebut berupa algoritma scheduling. Algoritma scheduling terbagi dua jenis: non

channel-aware (tidak bergantung kondisi kanal, contoh: Round Robin) dan

channel aware (bergantung pada kondisi kanal, contoh: FME, RME, MADE,

STB).

Oleh karena itu, pada tugas akhir ini akan dibahas perbandingan kinerja

dua algoritma Channel-aware Scheduling yang pernah diajukan dalam beberapa

jurnal yaitu algoritma Minimum Area-Difference to the Envelope (MADE) seperti

terdapat pada [2] dan algoritma Searc-Tree Based [3] dengan melakukan simulasi

dengan parameter tertentu. Hasil simulasi yang berupa spectral efficiency

(bit/s/Hz) dan fairness kemudian akan dibandingkan dengan kinerja algoritma

Round Robin, dimana algoritma Round Robin menggunakan prinsip kondisi kanal

sempurna.

Tugas Akhir - 2013


2

1.2 Tujuan

Tujuan dari tugas akhir ini adalah:

a) Mengetahui performansi kinerja algoritma Minimum Area-Difference to

the Envelope (MADE) dan algoritma Searc-Tree Based berdasarkan

output simulasi berupa spectral efficiency dan fairness (bps/Hz).

b) Mengetahui pengaruh perubahan kondisi kanal terhadap pengalokasian

sumber daya radio dengan menggunakan kedua algoritma tersebut

berdasarkan perbandingan gain yang diperoleh dengan algoritma Round

Robin.

1.3 Rumusan Masalah

Perumusan masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah

sebagai berikut:

a) Bagaimana performansi kinerja algoritma Minimum Area-Difference to the

Envelope (MADE) dan algoritma Searc-Tree Based berdasarkan output

simulasi berupa cell upper spectral efficiency (bit/s/Hz).

b) Bagaimana pengaruh perubahan kondisi kanal terhadap pengalokasian

sumber daya radio dengan menggunakan kedua algoritma tersebut

berdasarkan perbandingan gain yang diperoleh dengan algoritma Round

Robin.

1.4 Batasan Masalah

Ruang lingkup masalah yang akan dibahas:

1. Bandwidth system yang digunakan adalah MHz dengan subcarrier 512

2. Hanya membahas data subcarrier

3. Jumlah user dibatasi antara 1 hingga 5

4. Analisa pada sistem single cell

5. Daya per subcarrier diasumsikan dengan Equal-power.

6. Satu Resource Chunk terdiri dari empat resource block

7. Simulasi menggunakan software Matlab R2009a.

Tugas Akhir - 2013


3

1.5 Metode Pemecahan Masalah

Metode penelitian yang akan dilaksanakan dalam tugas akhir ini adalah

metode eksperimental dengan tahapan sebagai berikut:

1. Studi literatur

Mempelajari materi dengan mencari materi referensi yang terkait dengan

uplink resource scheduling melalui text book, jurnal, tugas akhir referensi, dan

artikel yang berkaitan.

2. Pemodelan sistem resource scheduling

Pada tahap ini dilakukan pemodelan simulasi beserta penetuan parameternya.

3. Software simulation

Model sistem diterapkan dalam software dengan parameter sebagai data input

dan kemudian disimulasikan.

4. Analisis hasil simulasi

Hasil dari simulasi dianalisis dan kemudian ditarik kesimpulan.

5. Penulisan laporan

Penulisan laporan tahap pengerjaan tugas akhir yang didokumentasikan dalam

bentuk buku tugas akhir.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini meliputi:

BAB I PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang, tujuan penulisan, perumusan masalah,

pembatasan masalah, metode penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Berisi tentang beberapa teori tentang teknologi SC-FDMA, Channel

aware sceduling, kanal propagasi, dan beberapa faktor pendukung lainnya.

Tugas Akhir - 2013


4

BAB III PEMODELAN SISTEM

Membahas tentang data-data dan parameter-parameter yang akan

digunakan dalam pemodelan sistem SC-FDMA beserta diagram alir.

BAB IV SIMULASI DAN ANALISIS

Membahas tentang pelaksanaan tahap-tahap simulasi beserta analisa hasil

simulasi.

BAB V PENUTUP

Berisikan kesimpulan akhir dan saran dari keseluruhan tugas akhir

berdasarkan hasil simulasi.


Tugas Akhir - 2013


50

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

1. Untuk jumlah user lima, jumlah Resource Block 40, dan jumlah Resource

Chunk sepuluh, maka nilai spektral efisiensi paling tinggi diperoleh dari

algoritma STB dengan gain rata-rata 13,8% terhadap algoritma MADE

dan 8,4% terhadap Round Robin.

2. Data rate paling baik dicapai oleh algoritma MADE dengan gain rata-rata

77,7% terrhadap algoritma algoritma STB dan 1,2% terhadap Round

Robin.

3. Nilai fairness paling tinggi didapat dari algoritma STB dan RR dengan

rentang nilai 0,99 hingga 1. Algoritma STB memiliki fairness lebih baik

dari MADE karena STB menjamin bahwa setiap user pasti mendapat

kanal selama jumlah kanal jumlah user.

4. Algoritma MADE memiliki kompleksitas paling tinggi dengan O(NRCn-1

)

sehingga untuk jumlah user 5 dan jumlah resource 10 akan nilai

kompleksitas mencapai 1x104.

5. Algoritma STB unggul dalam efisiensi spektral dan fairness, sedangkan

algoritma MADE unggul dalam pencapaian data rate.

5.2 SARAN

1. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan adanya penggunaan power

allocation dalam hal pembagian daya, dimana dalam tugas akhir ini

pembagian daya diasumsikan sebagai hasil daya dibagi rata (Equal

Power).

2. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan metode yang dapat mengatasi

masalah kompleksitas perhitungan dari algoritma pengalokasian.


Tugas Akhir - 2013


51

Daftar Pustaka

[1] 3GPP TR 25.814 V1.4.0. Mei 2006. Physical Layer Aspects for Evolved

UTRA

[2] 3GPP TR 36.942 V8.1.0. Evolved UTRA Radio Frequency (RF) System

Scenario

[3] 3GPP TS 25.913 V7.3.0. Maret 2006. Requirements for Evolved UTRA (E-

UTRA) and Evolved UTRAN (E-UTRAN)

[4] Kyosti, P., et al. September 2007. Winner II Channel Models. IST-027756

Winner II Deiverable 1.1.2 V 1.0

[5] Lim, J., Hyung G. Myung, Kyungjin Oh, David J. Goodman. September

2006. Channel-Dependent Scheduling of Uplink Single Carrier FDMA

Systems. IEEE Proceeding of The Vehicle Technology Conference

[6] Lim, J., Hyung G. Myung, Kyungjin Oh, David J. Goodman. 2006.

Proportional Fair Scheduling of Uplink Single-Carrier FDMA Systems.

IEEE 17th Annual International Symposium on Personal, Indoor and

Mobile Radio Communication

[7] Calabrese, F. D., P. H. Michaelsen, C. Rosa, M. Anas, C. Ubeda Castellanos,

et al. 2008. Search-Tree Based Uplink Channel Aware Packet Scheduling

for UTRAN LTE. Journal of IEEE 978-1-4244-1645-5/08. Nokia Siemens

Network : Denmark.

[8] Mogensen, P., Simone Frattasi, Gilberto Bernardelli, Luis Angel Maestro

Ruiz de Temino. 2008. Channel Aware Scheduling Algorithms for SC-

FDMA in LTE Uplink. Journal of IEEE 978-1-4244-2644-7/08.

Tugas Akhir - 2013


52

[9] M. Raka P. R. 2011. Analisis Kinerja Gabungan Modulasi Adaptif dan

Channel DependentScheduling (CDS) pada Sistem OFDMA Arah

Downlink. Institut Teknologi Telkom.

[10] Myung, Hyung G. 2008. Single Carrier FDMA. Presentation Slide

[11] Tahboub, Khalid. Comparison of Channel Dependent Scheduling Policies

in LTE Uplink. Purdue University: Indiana

[12] Single-carrier FDMA

http://en.wikipedia.org/wiki/Single-carrier_FDMA/

(akses terakhir : 18 Juli 2013)

[13] Prayogo, Lanang. 2013. Resource Scheduling Berbasis Proportional Fair

pada LTE OFDMA-MIMO Arah Downlink Menggunakan Algoritma

Greedy Termodifikasi. Institut Teknologi Telkom.

[14] Fahmi, Arfianto, Muhammad Asfial, Dadang Gunawan. 2013. Combined-

order Algorithm using Promethee Method Approach and Analytic

Hierarchy Decision for Chunk Allocation in LTE Uplink System.

International Journal of Communication Networks and Information

Security. University of Indonesia.

[15] Hidayat, Muhari Nur. 2012. Analisis Kapasitas Kanal Pada Sistem SC-

FDMA Arah Uplink Menggunakan Channel Dependent Scheduling

(CDS) Dengan Imperfect Channel State Information (CSI). Institut

Teknologi Telkom.

[16] Minimum mean square error

http://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_mean_square_error/


Tugas Akhir - 2013


53

[17] Big O notation

http://en.wikipedia.org/wiki/Big_O_notation/


[18] Time Complexity

http://en.wikipedia.org/wiki/Time_complexity/


[19] Salah, Mohamed, Najah Abu Ali, Abd-El hamid Taha, Hosam Hassanein.

2011. Comparing Uplink Schedulers for LTE. Journal of IEEE 978-1-

61284-231-8/11

[20] Elgazzar, Khalid, Mohamed Salah, Abd-El hamid Taha, Hosam Hassanein.

Evaluating Uplink Schedulers for LTE in Mixed Traffic Environment.

Queens University.


Tugas Akhir - 2013


Documents

ANALISIS KINERJA UPLINK CHANNEL AWARE SCHEDULING …repository.telkomuniversity.ac.id/pustaka/files/92322/resume/... · ANALISIS KINERJA UPLINK CHANNEL AWARE SCHEDULING PADA SISTEM