Budihardja Murtianta

## FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM

## TRANSMITTER DENGAN PSEUDO NOISE CODE

## Budihardja Murtianta
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer – UKSW
Jalan Diponegoro 52-60, Salatiga 50711
Email: budihardja@yahoo.com

## INTISARI
Dalam  tulisan  ini  dirancang  sebuah  alat  sistem  telekomunikasi   data digital  dengan  teknik Frequency  Hopping  Spread  Spectrum dengan menggunakan Pseudo    Noise    Code .    Perancangan    ini    diwujudkan dengan    merealisasikan    sebuah  pemancar    sederhana    yang    dapat memberikan    gambaran    tentang    pemancar  dari  sistem    telekomunikasi data    digital    dengan    teknik Frequency    Hopping    Spread  Spectrum seperti  proses  pelompatan  frekuensi  dan  proses  pengiriman  data    digital yang    terjadi    yang  merupakan    proses    dasar    dalam    teknik Frequency Hopping  Spread  Spectrum .  Perangkat    ini  menampilkan    hasil  dalam pengamatan  sinyal-sinyal  yang  dapat  dilihat  melalui  alat  ukur  osiloskop. Dari  hasil  pengujian  didapatkan  bahwa  perangkat    ini  dapat  digunakan dengan baik  sebagai sebuah pemancar  dari sistem telekomunikasi dengan teknik Frequency Hopping Spread Spectrum dengan Pseudo Noise Code.
Kata Kunci : Frequency Hopping, Pseudo Noise Code

## 1. PENDAHULUAN
Teknik    penebaran    spektrum    ( spread    spectrum )    telah    lama    digunakan    untuk komunikasi.  Teknik    ini  digunakan  karena  memiliki    beberapa    keuntungan,    salah satunya    adalah    ketahanan    terhadap  kemungkinan    terjadinya    penyadapan    atau
kebocoran    informasi    yang    dikirimkan  dalam  proses  komunikasi.  Teknik Frequency Hopping  Spread  Spectrum (FHSS)  merupakan    salah    satu    dari    beberapa    teknik penebaran    spektrum.    Teknik    ini    menggunakan    frekuensi  pembawa  yang  berpindah- pindah dari  frekuensi satu ke  frekuensi lain pada saat terjadinya  komunikasi,  sehingga sangatlah    sulit    untuk    diikuti    dan  diterima    oleh    penerima    biasa.    Hanya    penerima yang    mengerti    pola  pelompatan    frekuensi    yang    digunakan  pemancar  yang bersangkutan    yang    dapat    menerima    dengan  utuh  informasi  yang  dikirimkan  oleh pemancar  tersebut.  Kode  urutan  frekuensi  pembawa  yang  digunakan  ditentukan  secara acak  ( random )  oleh Pseudo  Random  Generator yang  disebut Pseudo  Noise  Code . Pembangkitan  kode  PN  cukup  sederhana,  namun  sangat   efisien  untuk   digunakan dalam  transmisi  data  penyebaran  spektrum.  Saat    ini   penggunaan    teknik    FHSS    telah banyak  digunakan  dalam  teknologi  wireless  /  nirkabel  seperti  Bluetooth  dan  juga GSM.

## 2. BAGAN KOTAK SISTEM DAN PRINSIP KERJA
Gambar 1. Blok Pemancar.
a. Pada  kondisi   awal,   pemancar  berada  dalam    kondisi  idle  dan  akan  berada pada satu frekuensi yang sama dengan frekuensi penerima.
b. Pada  mikrokontroller,    terjadi    proses    pemasukan    data  menggunakan keypad 3x4    dan    diakhiri    penekanan    tombol    „enter‟.    Data    yang  dimasukkan  akan tertampil pada LCD Display .
c. Setelah    penekanan    tombol    „enter‟,    data    akan    dikirimkan    dari    port  serial mikrokontroler ke bagian modulator FSK.
d. Pada    bagian  modulator    FSK,    data    biner    dikonversi    menjadi    sinyal  analog sesuai    dengan    frekuensi    yang    telah    ditentukan    dimana    frekuensi    tersebut
merepresentasikan    bit-bit    data    digital,    kemudian    dikirimkan  ke  bagian pemancar FM.
e. Pada bagian pemancar FM, deretan data dalam bentuk sinyal analog  dipancarkan dengan    menggunakan    frekuensi    pembawa    yang    diatur    oleh    PLL.    Di    sini mikrokontroler    akan    memberikan    bit    data    yang  akan  mengatur  PLL  untuk membangkitkan frekuensi pembawa yang  diinginkan.
f. Pada  bagian  mikrokontroler    akan    dibangkitkan    kode  PN    yang    akan menentukan  frekuensi  pembawa  yang  digunakan  untuk  mengirim data.
Pada  kondisi  awal,  pemancar  dan  penerima  akan  berada  pada  satu frekuensi yang  sama.  Kemudian  dilakukan  proses  memasukkan  data  dengan    keypad  3x4  pada pemancar. Ketika  terjadi penekanan  tombol  ‟enter‟, maka  pemancar  mulai  melakukan proses    pengiriman    data.    Data    yang    akan    dikirimkan  dimodulasikan    FSK  terlebih dahulu  untuk  diubah  menjadi  sinyal    analog    yang  merepresentasikan    bit-bit    data digital.  Sebelum  data masukan  dikirimkan,  dilakukan  proses  sinkronisasi  antara  blok pemancar  dan  penerima. Hal  ini dilakukan dengan mengirimkan data  inisialisasi oleh blok  pemancar. Data  inisialisasi  ini  yang  kemudian  akan memicu pembangkitan  kode PN  yang  akan  mengganti-ganti  frekuensi  pemancar  dan  penerima  sehingga terjadi sinkronisasi  di  antara  keduanya.    Setelah    terjadi    sinkronisasi,    maka    data    masukan dapat    dikirimkan.  Gambar  2  menunjukkan  pembangkitan    kode  PN  oleh  generator  PN [3,2].
Gambar 2. Blok Diagram Pembangkitan Kode PN .
Deretan  kode PN dan frekuensi pembawa yang dibangkitkan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Kode PN dan Frekuensi yang dibangkitkan .

## 3. BAGIAN MIKROKONTROLER
Pada    perancangan    ini  digunakan  mikrokontroler  keluarga  MCS-51  yaitu AT-89S52 yang memiliki fasilitas yang cukup untuk perancangan ini. Konfigurasi pin IC AT-89S52 ditunjukkan oleh Gambar 3.
Gambar 3. Konfugurasi Pin IC AT-89S52.
Perangkat  keras  mikrokontroler  pada  bagian  pemancar  memiliki  4  fungsi  utama    yaitu menerima  data masukan  dari  keypad, menampilkan  data  pada LCD, membangkitkan kode PN   yang digunakan untuk mengacak  frekuensi pembawa   yang  digunakan,  dan
Budihardja Murtianta
mengirimkan    data    digital    secara    serial  menggunakan    port    serial    pada mikrokontroler.   Perangkat    keras mikrokontroler  pada  bagian   penerima  memiliki  3 fungsi  utama  yaitu: menerima data digital, membangkitkan kode PN, dan menampilkan data  pada  LCD.  Gambar  4  menunjukkan  bagian  mikrokontroler  pemancar  yang    terdiri dari mikrokontroler,  LCD Display dan  keypad  3x4  yang  ditunjukkan  pada Gambar 6.
Gambar 4. Modul Mikrokontroler Pemancar.
Gambar 5. Keypad 3x4.           Gambar 6. Modul Mikrokontroler Penerima.
Kode  PN    yang    dibangkitkan    akan    ditampilkan    dengan  menggunakan    3  buah    Led pada  port  1.0-1.2.  Indikator  frekuensi  yang  dipakai  akan  ditampilkan menggunakan 7  buah    led.  Port  1.5-17  dipakai  untuk  didekode  menjadi    tujuh    bit    yang merepresentasikan    indikator    frekuensi    dengan    IC  74HC138  yang  merupakan  IC dekoder  3  to  8.  Agar  keluaran  data  pada  port1  dan    port2  memiliki    arus    yang    cukup untuk menyalakan  led,  digunakan  IC 74HC245 sebagai buffer .

## 4. MODULATOR FSK
Bagian  modulasi  digital  menggunakan  rangkaian  modulator  FSK  dengan  IC XR-2206  sebagai VCO pembangkit  gelombang  sinus dengan  frekuensi 2200Hz untuk logika  „1‟  / high dan  frekuensi  1200Hz  untuk  logika  „0‟  / low .    Besarnya  frekuensi keluaran FSK pada rangkaian Gambar 7a ditentukan oleh  besarnya  R1 dan  R2  (pada pin  7  dan  8)  sebagai  resistor pewaktu  dan C (yang  terhubung  pada  pin  5  dan  6) sebagai    kapasitor  pewaktu.    Dengan  hubungan    frekuensi    f1    untuk    logika    „1‟    dan frekuensi  f2  untuk  logika  „0‟. Nilai-nilai komponen ditentukan dengan:
a. Menentukan nilai timing kapasitor  C = 27nF.
b. Menghitung  nilai timing resistor  yang  digunakan  pada  frekuensi  f1 sebesar 2200Hz pada kondisi level TTL high.
Pada    perancangan    digunakan        resistor  variabel  dengan    nilai    10kΩ  supaya dapat dilakukan penyesuaian jika dibutuhkan.
c. Menghitung  nilai timing resistor  yang  digunakan  pada  frekuensi  f2 sebesar 1200Hz pada kondisi level TTL low.
Pada    perancangan    digunakan    resistor  variabel    dengan    nilai    10kΩ  supaya  dapat dilakukan penyesuaian jika dibutuhkan.
Gambar 7a. Untai Modulator FSK .
Besarnya amplitudo sinyal keluaran ditentukan oleh R3 yang terpasang pada pin 3. Pin 9 adalah data biner masukan dan pin 2 adalah keluaran yang telah termodulasi FSK. Hasil pengukuran pada Gambar 8b berupa sinyal analog FSK menunjukkan  frekuensi 2200Hz pada kondisi high , dan 1200Hz pada kondisi low.

## Gambar 7b. Sinyal FSK

## 5. MODULATOR FM
Modulator  FM    yang  digunakan  dalam  perancangan  ini  yaitu modulator FM yang  bekerja  pada    frekuensi  88-108  MHz.  Ditentukan  pula    besarnya        daya    pancar modulator    FM    ±    0,5W.    Dalam    perancangan  digunakan    beberapa    bagian    modul perangkat    pemancar    “Veronika    PLL    1  Watt  Easy  Tuned  FM  Transmitter”.    Secara garis  besar,  perancangan  pemancar  terdiri  dari  2  bagian,  yaitu
PLL dan pemancar FM.

## 5.1. Phase Locked Loop (PLL)
Rangkaian  yang  digunakan  seperti  ditunjukan  pada  Gambar  8  adalah  rangkaian Phase  Looked  Loop  (PLL).  Perancangan  bagian  PLL menggunakan  IC  MC145151 yang  merupakan  IC  PLL Frequency Synthesizer dan IC UPB571C yang merupakan IC Prescaller .
Gambar 8. Untai PLL dengan IC MC-145151.
Output  dari Voltage  Control  Oscillator (VCO)  diumpankan  ke  IC prescaller 1/16 , kemudian  output  dari  IC  prescaller  diumpankan  ke  IC  PLL  MC-145151    untuk dibandingkan    dengan    referensi.    Jika    dari    perbandingan  terdapat    beda    fase,    maka output  dari   IC  PLL  akan  memberikan  tegangan koreksi  pada VCO, sedangkan jika fasenya  sama,  IC  PLL  tidak  memberikan  tegangan  koreksi  pada  VCO.  Tabel  2 menunjukkan    hasil    pengukuran    sinyal  dengan  mengamati    tujuh    buah    frekuensi pembawa  yang  dihasilkan  oleh  rangkaian osilator yang dipakai untuk proses hopping.
Tabel 2 Hasil Pengukuran Sinyal Keluaran Osilator.

## 5.2.  Pemancar FM
Rangkaian  pemancar  FM  seperti  pada  Gambar  9  berupa  rangkaian  osilator, rangkaian  penyangga,  rangkaian    penguat  daya,  dan  rangkaian  penyepadan  impedansi serta  detektor  daya.  Perangkat  ini  dipilih  karena  memiliki  variasi  frekuensi  pembawa antara 108 MHz dengan daya keluaran tipikal 1W pada beban ideal 50Ω.
Gambar 9. Untai Pemancar FM .

## 5.2.1.  Untai Osilator
Inti      dari      sebuah      pemancar      adalah      bagian      osilator      untuk membangkitkan gelombang   sinusoida   yang   digunakan   sebagai   sinyal  pembawa.
Gambar 10a. Bagian Osilator Pemancar FM .
Pada  perancangan  digunakan  osilator   LC  jenis  osilator  Hartley   yang  memberikan umpan  balik  pada  komponen  koil  yang  tersusun  paralel  dengan komponen kapasitor. Konfigurasi   osilator   Hartley  adalah  sirkuit  tangki    terdiri    dari    sepasang    koil dan    sebuah    kapasitor.    Transistor  sebagai  umpan  balik  menggunakan  BF494.  Osilator Hartley        memiliki     beberapa        keunggulan        diantaranya    adalah        mudah        dalam memberi  variasi  nilai  frekuensi    sinyal  keluaran  dengan  sebuah  variabel  kapasitor, besarnya    amplitudo    pada    keluaran    konstan    pada      setiap    interval    frekuensi    radio,
dan    rasio    umpan    balik    pada  lilitan    tetap  konstan.  Rangkaian  osilator  Hartley ditunjukkan pada Gambar 10a.
Sinyal    yang    terukur    pada  keluaran  osilator  ditunjukkan    pada  Gambar    10b  adalah sinyal  osilasi  hasil  dari  bagian  osilator  pemancar  FM.  Sinyal    ini  digunakan  sebagai sinyal pembawa yang dimodulasi oleh sinyal  informasi dengan nilai frekuensi  pembawa yang  diatur  dengan  memberikan  bit-bit  tertentu  pada rangkaian PLL.
Gambar 10b. Sinyal Keluaran Osilator.
5.2.2. Untai Penyangga
Gambar 11. Untai Penyangga.
Perancangan    pada    bagian    penyangga   menggunakan    penguat    kelas  A   seperti ditunjukkan      oleh  Gambar  11.  Untuk    rangkaian  penyangga    ini  digunakan    transistor C2053.      Untuk  menghitung    pemberian    tegangan  bias  rangkaian    penyangga    penguat kelas  A  digunakan  rangkaian  konfigurasi  pada Gambar 12.
Gambar 12. Konfigurasi Untai Penyangga Penguat kelas A.
Data    yang    didapatkan    dari    datasheet    transistor    C2053    yaitu,    tegangan  kolektor- emitor Vce maksimal 17 V dan arus kolektor  IC  maksimal 300mA.
1. Tegangan catu  daya Vcc  yang digunakan  adalah  13,5V sebatas tegangan    aman yang tidak melebihi batas tegangan Vce  maksimal.
2.    Karena    transistor    bekerja    sebagai    penguat    kelas    A,    maka    besar    Vce ditetapkan  setengah      Vcc        agar      diperoleh        simpangan        tegangan        yang simetris  sehingga diperoleh penguatan yang linier.
3. Menentukan  beban  keluaran  dengan  nilai  impedansi  kecil  pada  kaki emiter dengan  RE  =  50Ω    sepadan  dengan    hambatan    beban  pada    tiap-tiap    tingkat penguatan.
4.  Dengan  demikian  arus  yang  mengalir  pada  kaki  emiter  (  IE  )  dapat dihitung.
5.  berfungsi  membagi  tegangan  Vcc  kemudian  hasil  baginya diberikan ke basis transistor.
6.    Diketahui V B =  V E +  0.7  =  6.75  +  0.7  =  7.45 V dengan    0,7V    adalah  tegangan buka transistor.
7.  Arus  yang  masuk  ke  basis  IB  dapat  dihitung  berdasarkan  faktor  penguatan arus  DC  (hfe)  yang  terdapat  pada  datasheet  transistor.
Dengan hfe=100, maka:
8.  Menentukan besar arus yang mengalir pada R1 dan R2 adalah 10 kali IB dengan acuan  agar  supaya  pembagian  arus  yang  mengalir  menuju  basis  transistor  lebih kecil dari arus total yang mengalir pada R1 dan R2.

## 9. R1 dan R2 dapat dihitung dari Persamaan pada poin 5.

## 5.2.3.  Untai Penguat Daya
Daya  keluaran  pada  rangkaian  penyangga  ini  masih  rendah  kira-kira 100mW, agar    memenuhi    spesifikasi    daya    keluaran    ±    500mW    dibutuhkan  penguat  daya frekuensi radio. Sebagai penguat daya, digunakan konfigurasi penguat  kelas  C  dengan transistor    C1970.    Gambar  13    menunjukkan  rangkaian  bagian  penguat  daya  dari rangkaian pemancar FM.
Gambar 13. Untai Penguat Daya.

## 5.3  Untai Penyepadan Impedansi dan Detektor Daya
Daya  yang  dihasilkan  keluaran  penguat  daya  dipancarkan  oleh  antena, dan diinginkan  seluruh  daya  dikirimkan  ke  antena  untuk  dipancarkan.  Namun  ternyata terdapat sebagian kecil daya yang direfleksikan oleh antena atau  beban  kembali  menuju penguat    daya.    Gambar  18    menunjukkan  rangkaian  bagian  penyepadan  dan  detektor daya dari pemancar FM .  Rangkaian  penyepadan  digunakan  supaya  daya  semaksimal mungkin  dikirimkan  ke  antena  untuk   dipancarkan  dan  memperkecil  daya  refleksi yang  kembali  ke  penguat  daya.  Detektor    daya    digunakan    sebagai    indikator    apakah ada    daya    yang    dipancarkan.    Jika    penyepadan    impedansi    menghasilkan    daya maksimal, maka transistor  aktif dan menyalakan LED.
Gambar 13. Untai Penyepadan Impedansi dan Detektor Daya.
Sinyal    yang    terukur    pada    keluaran  pemancar    ditunjukkan    pada  Gambar    14  adalah sinyal  hasil  keluaran  pada  antena.  Tabel  3  menunjukkan  hasil  pengukuran  sinyal keluaran  rangkaian  penguat  daya  dengan  mengamati tujuh  frekuensi  pembawa  yang dipakai  yang  dihasilkan  oleh  rangkaian osilator.
Gambar 14. Sinyal Keluaran Antena (a) 98,9779MHz (b) 99,5997MHz (c) 100,400MHz.
Tabel 3. Hasil Pengukuran Sinyal pada Antena.

## 6.    KESIMPULAN
Berdasarkan    keseluruhan    pengerjaan    alat    ini,    baik    pada  perancangan,  realisasi  dan pengujian didapat kesimpulan sebagai berikut :
Alat    yang    dibuat    dapat  menggambarkan    proses    pengiriman    data    digital dengan  teknik  Frequency  Hopping  Spread Spectrum.
Kode  PN  digunakan  untuk  menentukan  frekuensi  pembawa  yang digunakan setiap kali terjadi pelompatan frekuensi.
Data  digital  dikirimkan  secara  serial  dengan  mikrokontroler  1200bps, tanpa bit parity, 1 start bit, 8 bit data, dan 1 stop bit.
Pergantian frekuensi terjadi setiap 1 detik.
Modulasi    digital    FSK    menggunakan    frekuensi    2200Hz    untuk    kondisi  high dan 1200Hz untuk kondisi low.
Daya keluaran yang terukur menggunakan SWR meter menunjukan skala 1W.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Cook,  Charles  E.  (1983).  Spread-Spectrum  Communications.  New  York  : IEEE PRESS.
[2]  Cooper,  George  R.  and  McGillem,  Clare  D  .  (1986).  Modern  Communications  and Spread Spectrum. Singapore : McGRAW-HILL.
[3]  J.S.    Lee    and    L.E.  Miller.    (1998).    CDMA    Systems    Engineering    Handbook. Boston : Artech House.
[4]  Moraoka,    Ramon,    et    al    .    (2003).    Design    and    Implementation    of    a    CDMA Transmitter  for  Mobile  Cellular  Communications  .  Journal  of  Applied Research and  Technology,  Meksiko  :  Universidad  Nacional  Autonoma  de Mexico.
[5] R.C.Dixon.  (1976).  Spread  Spectrum  Systems.  A  Wiley-Interscience publications.
[6] Yang, Samuel C. (1998). CDMA RF System Engineering. Boston : Artech House.
.