Abstrak—Wireless  Power  Transfer  (WPT)  merupakan  teknik pengisian  daya  tanpa  kabel  sebagai  hubungan  fisik.  Terdapat penelitian  yang  sedang  berlangsung  pada  Proyek  Kolaborasi Pusat ITS berjudul “Wahana Nirawak: Aspek Keamanan Data, Pengisian Enerji, dan Desain Antena 26 GHz” mengenai sistem WPT berupa pesawat nirawak (drone) yang mengisi daya node- node  yang  sulit  dijangkau  pada  JSN.  Gelombang  RF ditransmisikan kemudian disearahkan menjadi gelombang DC pada  sisi  penerima,  sehingga  dinamakan  RF  WPT.  Diduga PAPR  sinyal  memengaruhi  efisiensi  penerimaan  daya  pada sistem  WPT,  terutama  pada  transmisi  sinyal  multitone. Sehingga  penelitian  ini  mengamati  tentang  pengaruh  teknik modulasi  yang  digunakan  terhadap  kinerja  penerimaan  daya pada sistem WPT, dengan sinyal pemodulasi tone tunggal dan jamak.  Dengan  memodelkan  pemancar  menggunakan  SDR HackRF  One  dan  penerima  menggunakan  rectenna,  teknik modulasi  divariasikan  melalui  pemrograman  pada  software GNU Radio. Modulasi yang dikaji meliputi: AM, FM, 2-tone, 4- tone, dan tanpa modulasi, dengan frekuensi pembawa 2.45 GHz. Metode  penelitian  adalah  eksperimen,  memisahkan  pemancar dan penerima pada jarak tertentu dengan komunikasi line-of- sight, kemudian diambil data berupa Daya Terima RF, Output Tegangan DC, dan Efisiensi Konversi Daya RF-to-DC. Apabila dievaluasi dari segi efisiensi konversi daya, teknik modulasi 4- tone  merupakan  yang  paling  efisien  dengan  η_(RF-DC) mencapai  80.34%  pada  jarak  40  cm.  Pada  60  hingga  120  cm, nilai  efisiensi  dari  kelima  teknik  modulasi  mengalami penurunan  yang  signifikan  menjadi  1~10%.  Semakin  tinggi PAPR maka efisiensi konversi juga naik, dengan membandingkan  PAPR  dari modulasi  AM  1-tone,  2-tone,  dan 4-tone.
Kata  Kunci—GNU  Radio,  RF  Power  Transfer,  SDR,  Teknik Modulasi, WPT.

## I. PENDAHULUAN
EKNOLOGI IoT berkembang pesat beberapa tahun ini, ditandai dengan semakin maraknya penggunanan sensor nirkabel dan peralatan yang menggunakan RFID. Walaupun terdapat  perkembangan  pada  beberapa  bidang  yang  dapat membantu realisasi dari sebuah perangkat otonom, ada  satu masalah  yang  menjadi  sebuah  keterbatasan:  yaitu  lifetime yang  terbatas  pada  perangkat  tersebut,  dikarenakan kebutuhan  daya  dan  sumber  daya  perangkat.  Teknologi utama yang digunakan untuk mencatu sensor-sensor nirkabel adalah  baterai  yang  dapat  diisi  ulang.  Penggunaan  sensor nirkabel  dalam  jumlah  besar  menyebabkan  kebutuhan  daya menjadi penting dan dapat menimbulkan permasalahan lain yang dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Perangkat mungkin untuk  diletakkan  pada  daerah  yang  sulit  atau  bahkan  tidak dapat  diakses.  Solusi  permasalahan  ini  adalah  menerapkan Radio Frequency Wireless  Power Transfer (RF WPT) yang mampu menambah lifetime dan performa dari sensor nirkabel
[1].  Seperti  penelitian  yang  saat  ini  sedang  berjalan  pada Proyek  Kolaborasi  Pusat  ITS  berjudul  “Wahana  Nirawak: Aspek Keamanan Data, Pengisian Enerji, dan Desain Antena 26  GHz”,  yang  salah  satu  proyeknya  adalah  pemanfaatan pesawat nirawak (drone) yang memancarkan gelombang RF untuk  mengisi  daya  node-node  yang  sulit  dijangkau  pada jaringan sensor nirkabel. Implementasi solusi ini memungkinkan untuk mengisi daya perangkat dari jarak jauh.
Kekurangan  yang  ada  dari  transmisi  daya  RF  jarak  jauh adalah  rendahnya  efisiensi  sistem  secara  keseluruhan dikarenakan  pelemahan  sinyal  RF.  Diduga  PAPR  (Peak  to Average Power Ratio) dari sinyal memengaruhi efisiensi dari penerimaan daya pada sistem WPT, terutama pada transmisi sinyal multisine atau multitone [2-3]. Sehingga perlu diteliti dalam  Tugas  akhir  ini  mengenai  teknik  modulasi  dengan sinyal pemodulasi tone tunggal dan tone jamak yang optimal untuk  transfer  energi  pada  sistem  WPT,  dengan  cara mengetahui  pengaruh  teknik  modulasi  yang  digunakan terhadap  daya  terima  dan  efisiensi  konversi  tegangan  DC pada rectenna / rectifier antenna (penerima RF WPT).
Metode  penelitian  yang  digunakan  berupa  eksperimen, dengan  sistem WPT penelitian dimodelkan sebagai berikut: Pemancar  menggunakan  SDR  HackRF  One  (tersambung dengan  laptop);  Penerima  menggunakan  rectenna  (rectifier antenna)  dan  SDR  lain  yang  difungsikan  sebagai  Spectrum Analyzer.  Variasi  teknik  modulasi  dilakukan  melalui software  GNU  Radio  untuk  mengatur  transmisi  dari  SDR. Data  yang  diambil  meliputi:  Daya  Terima  RF  (P_(in  RF)), Output Tegangan DC (V_(out DC)), dan Efisiensi Konversi Daya  RF-to-DC  (η_(RF-DC)).  Dari  data  tersebut  dilakukan analisa  perbandingan  antara  hasil  pengukuran  dari  setiap

## Pengaruh Teknik Modulasi terhadap Penerimaan Daya pada Sistem Transfer Daya Nirkabel Frekuensi Radio Berbasis Softwaare-Defined Radio
Tobi Wibialma Natha, Puji Handayani dan Eko Setijadi Departemen Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : puji@ee.its.ac.id
T
Gambar 1.Contoh aplikasi WSN untuk SHMS.
teknik  modulasi  yang  dilakukan  beserta  kaitannya  dengan nilai PAPR sinyal yang dihitung melalui simulasi. Hasil dari Tugas  Akhir  ini  digunakan  untuk  menemukan  teknik modulasi  yang  paling  optimal  untuk  sistem  transfer  daya nirkabel.

## II. SISTEM RF WPT UNTUK NODE WSN

## A. Wireless Sensor Network (WSN)
Seiring  dengan  majunya  teknologi  micro  electro- mechanical  systems  (MEMS),  komunikasi  nirkabel  turut berkembang  dengan  hadirnya  node  sensor  berukuran  kecil yang mampu untuk keperluan sensing, pemrosesan data, dan komunikasi.  Hal  ini  memungkinkan  realisasi  dari  Wireless Sensor Networks, atau Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) yang melibatkan  node-node¬  sensor  dalam  jumlah  besar.  Node sensor tunggal dalam JSN umumnya terdiri dari 3 komponen utama,  bisa  dalam  bentuk  board  individu  ataupun  tertanam dalam  satu  sistem  tunggal,  yaitu:  modul  nirkabel,  board sensor, dan board pemrograman [4].
Contoh implementasi dari WSN dengan node-node sensor yang tersebar adalah konsep WSN untuk sistem monitoring tingkat  kesehatan  struktur  (SHMS  /  Structural  Health Monitoring  System)  berskala  besar  [5].  Node-node  sensor disebarkan  pada  beberapa  jembatan  bentang  panjang  (long- span) yang di monitor. Sistem ini berbasis 3 komponen: node sensor,  server  lokal,  dan  server  utama.  Komponen  node sensor terdiri dari sensor, Data Acquisition Unit (DAU), dan modul radio. Komponen server (lokal dan utama) terdiri dari server  dan  modul  radio.  Jaringan  komunikasi  antara  node sensor  dengan  server  lokal  berdasarkan  WSN,  sedangkan komunikasi  antar  server  lokal  dan  utama  berbasis  WAN
(Wide Area Network). Desain dari SHMS ini diilustrasikan pada Gambar 1.

## B. Wireless Power Transfer (WPT)
Teknologi  Wireless  Power  Transfer  (WPT)  merupakan transmisi  dari  energi  elektrik  (daya)  tanpa  memanfaatkan kabel  sebagai  link.  Pada  sistem  WPT,  pemancar  yang terhubung  ke  sumber  listrik  akan  membangkitkan  medan elektromagnetik  yang  bervariasi  terhadap  waktu  (time- varying), dan mentransmisikan daya melewati ruang menuju penerima.  Teknik  WPT  dibagi  menjadi  2  kategori  utama, yaitu  medan  dekat  (near-field)  dan  medan  jauh  (far-field). Pada  teknik  far-field  (atau  radiative),  daya  dipancarkan melalui  beam  dari  radiasi  elektromagnetik,  seperti  pada gelombang mikro dan RF [6]. Teknik ini dapat transfer energi pada jarak jauh namun harus diarahkan pada penerima.
Contoh  aplikasi  dari  WPT  jenis  far-field  adalah  pada pengisian  node-node  sulit  dijangkau  pada  jaringan  sensor nirkabel,  melalui  sebuah  drone  yang  memancarkan gelombang  RF  menuju  penerima  (node  WSN).  Pada  tugas akhir  ini  pemancar  disimulasikan  menggunakan  SDR  dan penerima  menggunakan rectenna ( rectifier  antenna )  untuk menyearahkan  daya  RF  yang  diterima  menjadi  daya  DC, dengan ilustrasi sistem penelitian pada Gambar 2.

## C. Software-Defined Radio (SDR)
Software-Defined  Radio,  disingkat  SDR,  merupakan sistem  komunikasi  frekuensi  radio  dimana  komponen  yang sebelumnya  diimplementasikan  melalui  hardware  (mixer, filter, amplifier, modem, detektor, dll.), menjadi diimplementasikan dengan software pada sebuah komputer. Dasar  dari  sebuah  sistem  SDR  meliputi  komputer  dengan ADC,  diikuti  oleh  sebuah  RF  front  end.  Tahap  signal
Gambar 2. Diagram blok sistem WPT penelitian.
Gambar 3.Diagram blok SDR HackRF One.
Gambar 4.Metodologi penelitian. Pemodelan Sistem WPT SDR memancar sinyal Rectenna ada output tegangan Sesuai TIDAK YA Penentuan Parameter Modulasi Variasi Teknik Modulasi via GNU Radio: AM, FM, Multi-tone Verifikasi Sinyal Terima Sesuai TIDAK Pengukuran dan Analisa: , , YA
processing tidak lagi dilakukan oleh hardware dengan fungsi spesifik  (rangkaian  elektronika),  melainkan  diserahkan kepada  prosesor  dengan  tujuan  umum.  Dengan  rancangan sedemikian  rupa,  sistem  komunikasi  radio  dapat  dilakukan dengan  protokol  radio  yang  berbeda-beda  secara  luas tergantung hanya kepada software yang digunakan.
Tugas akhir ini menggunakan perangkat SDR dari HackRF One.  Dengan  menggunakan  software  GNU  Radio,  signal processing  dilakukan  pada  komputer  untuk  mengubah parameter dari sinyal yang akan digunakan [7]. Diagram blok SDR HackRF One dapat dilihat pada Gambar 3.

## D. Teknik Modulasi
Referensi N. Ayir, T. Riihonen, at.all (2021)  telah diteliti pengaruh  dari  beberapa  teknik  modulasi  yang  berbeda (Multisine/Multi-tone,  M-QAM,  M-PSK)  pada end-to-end efficiency dari  sistem  SWIPT  ( Simultaneous  Wireless Information  and  Power  Transfer )  pada  frekuensi  868  MHz [3].
Tugas  Akhir  ini  menerapkan  teknik  modulasi  berikut, untuk kemudian dianalisa pengaruhnya terhadap daya terima RF, output tegangan DC, dan efisiensi konversi daya dari RF ke DC.

## 1) Amplitude Modulation (AM)
Modulasi secara amplitudo diartikan sebagai memodifikasi amplitudo  dari  sinyal  pembawa  ( carrier )  sesuai  dengan amplitudo dari sinyal pemodulasi 𝑚(𝑡) (yang bisa merupakan analog  maupun  digital). Amplitude  Modulation dinyatakan melalui (1) [8].
𝑠(𝑡) = 𝐴 𝑐 [1 + 𝑚(𝑡)] cos(𝜔 𝑐 𝑡) (1)
Gambar 5. Blok diagram transmitter.
Tabel 2. Spesifikasi SDR HackRF One Mode komunikasi Transceiver, Half-Duplex Frekuensi kerja 1 MHz ~ 6 GHz Laju sample 2 ~ 20 Msps (quadrature) Resolusi 8 bits Antarmuka High Speed USB Micro-B Catu daya USB bus power Daya port antena Maks. 50 mA pada 3.3 V Konektor SMA female Tabel 3. Hasil pengukuran Daya Terima RF Modulasi Jarak Daya Terima RF ( ) (cm) (dBm) (mW) AM 40 -30.7 8.511 × 10 4 60 -35.2 3.020 × 10 4 80 -39.0 1.259 × 10 4 100 -39.6 1.096 × 10 4 120 -41.5 0.708 × 10 4 FM 40 -30.7 8.511 × 10 4 60 -35.0 3.162 × 10 4 80 -38.7 1.349 × 10 4 100 -40.0 1.000 × 10 4 120 -41.7 0.676 × 10 4 2-tone 40 -30.3 9.332 × 10 4 60 -35.0 3.162 × 10 4 80 -38.7 1.349 × 10 4 100 -40.0 1.000 × 10 4 120 -42.0 0.631 × 10 4 4-tone 40 -30.9 8.128 × 10 4 60 -34.7 3.388 × 10 4 80 -38.7 1.349 × 10 4 100 -39.5 1.122 × 10 4 120 -41.6 0.692 × 10 4 Tanpa Modulasi 40 -30.0 10.00 × 10 4 60 -34.4 3.631 × 10 4 80 -38.5 1.413 × 10 4 100 -39.7 1.072 × 10 4 120 -41.9 0.646 × 10 4
Tabel 1. Hasil pengukuran Output Tegangan DC Modulasi Jarak Output Tegangan DC ( ) (cm) (mV) AM 40 51.3 60 9.2 80 3.2 100 2.7
120 1.7 FM 40 34.3 60 8.7 80 2.8 100 2.2
120 1.4 2-tone 40 54.6
60 11.2 80 3.9 100 3.1
120 1.7 4-tone 40 55.4 60 12.4
80 3.8
100 3.3
120 1.8 Tanpa Modulasi 40 47.7 60 9.0 80 3.1
100 2.6 120 1.4
Gambar 6.Hasil perbandingan Daya Terima RF.
Dimana 𝐴 𝑐 merupakan  amplitudo dari sinyal carrier dan 𝜔 𝑐 = 2𝜋𝑓 𝑐 yang 𝑓 𝑐 merupakan frekuensi dari sinyal carrier .
2) Frequency Modulation (FM)
Modulasi secara frekuensi diartikan sebagai memodifikasi frekuensi  dari  sinyal  pembawa  ( carrier )  sesuai  dengan amplitudo dari sinyal pemodulasi 𝑚(𝑡) (yang bisa merupakan analog  maupun  digital). Frequency  Modulation dinyatakan melalui (2)
𝑠(𝑡) = 𝐴 𝑐 cos[𝜔 𝑐 𝑡 + 𝜃(𝑡)] (2)
Dimana 𝐴 𝑐 merupakan  amplitudo  dari  sinyal  carrier  dan 𝜔 𝑐 = 2𝜋𝑓 𝑐 yang 𝑓 𝑐 merupakan frekuensi dari sinyal carrier. Fase 𝜃(𝑡) adalah fungsi linear dari sinyal pemodulasi 𝑚(𝑡) .
Untuk  FM,  fase  proporsional  dengan  integral  dari 𝑚(𝑡) , sehingga
𝜃(𝑡) = 𝐷 𝑓 ∫ 𝑚(𝑡)𝑑𝑡 ∞ (3)
𝐷 𝑓 merupakan konstanta deviasi frekuensi dengan satuan 𝑟𝑎𝑑/ 𝑠 .
3) Multisine / Multitone Modulation
Gelombang multisine merupakan jumlahan dari beberapa sinusoidal yang dibangkitkan bersama-sama.  Secara umum, multisine dinyatakan oleh (4) [9].
𝑥(𝑡) = ∑ 𝐴 𝑘 cos(𝜔 𝑘 𝑡 + 𝜃 𝑘 ) 𝑁 𝑘=1 (4)
Dimana 𝐴 𝑘 adalah  amplitudo, 𝜃 𝑘 adalah  fase  ke- 𝑘 dari sinusoidal, 𝑁 merupakan jumlah  ( tone ) dari sinusoidal, dan 𝜔 𝑘 = 𝜔 0 + (𝑘 − 1)Δ𝜔 , dengan 𝜔 0 merupakan frekuensi dari
Tabel 4.

## Hasil perhitungan Efisiensi Konversi Daya RF-to-DC
Modulasi Jarak (cm) (W) (W) = 2 /Ω AM
40 8.511 × 10 7 5.599 × 10 7 65.79 % 60 3.020 × 10 7 0.180 × 10 7 5.96 % 80 1.259 × 10 7 0.022 × 10 7 1.73 % 100 1.096 × 10 7 0.016 × 10 7 1.42 % 120 0.708 × 10 7 0.006 × 10 7 0.87 % FM 40 8.511
× 10 7 2.503 × 10 7 29.41 % 60 3.162 × 10 7 0.161 × 10 7 5.09 % 80 1.349 × 10 7 0.017 × 10 7 1.24 % 100 1.000 × 10 7 0.010 × 10 7 1.03 % 120 0.676 × 10 7 0.004 × 10 7 0.62 %
2-tone
40 9.332 × 10 7 6.343 × 10 7 67.96 % 60 3.162 × 10 7 0.267 × 10 7 8.44 % 80 1.349 × 10 7 0.032 × 10 7 2.39 % 100 1.000 × 10 7 0.020 × 10 7 2.04 % 120 0.631 × 10 7 0.006 × 10 7 0.98 %
4-tone
40 8.128 × 10 7 6.530 × 10 7 80.34 % 60 3.388 × 10 7 0.327 × 10 7 9.66 % 80 1.349 × 10 7 0.031 × 10 7 2.28 % 100 1.122 × 10 7 0.023 × 10 7 2.06 % 120 0.692 × 10 7 0.007 × 10 7 0.99 %
Tanpa Modulasi
40 10.00 × 10 7 4.841 × 10 7 48.41 % 60 3.631 × 10 7 0.172 × 10 7 4.75 % 80 1.413 × 10 7 0.020 × 10 7 1.45 % 100 1.072 × 10 7 0.014 × 10 7 1.34 % 120 0.646 × 10 7 0.004 × 10 7 0.65 % Gambar 7.Hasil perbandingan Output Tegangan DC.
Gamabar 8. Hasil perbandingan Efisiensi Konversi Daya.
Gambar 9.Plot MATLAB sinyal AM domain frekuensi setiap tone.
tone pertama  dan Δ𝜔 separasi  frekuensi  diantaranya  yang bernilai konstan.

## E. Daya dari Sinyal
Daya rata-rata ( average power ) merupakan konsep penting yang perlu dipahami.  Perhitungan daya  rata-rata  dari  sinyal 𝑠(𝑡) secara teoritis dinyatakan dalam (5) [8].
= 〈𝑠 2 (𝑡)〉 = lim 𝑇→∞ 1 𝑇 ∫ 𝑠 2 (𝑡) 𝑑𝑡 𝑇 2 𝑇 2 (5)
Apabila  sinyal 𝑠(𝑡) merupakan  sinyal  periodik  dengan periode 𝑇 , maka (5) dapat diubah menjadi:
= 〈𝑠 2 (𝑡)〉 = 1 𝑇 ∫ 𝑠 2 (𝑡) 𝑑𝑡 𝑇 0 (6)
Apabila sinyal yang dihitung merupakan sinyal sinusoidal dengan  amplitudo ,  maka  daya  rata-rata  sinyal  dapat dihitung melalui nilai root-mean-square (RMS), dengan cara:
𝑟𝑚𝑠 = 𝑉 √2 ,   = ( 𝑟𝑚𝑠 ) 2 = 𝑉 2 2 (7)

## F. Peak to Average Power Ratio dari Sinyal
PAPR didefinisikan sebagai perbandingan ( ratio ) dari daya maksimal  ( peak  power )  terhadap  daya  rata-rata  ( average power )  dari  sebuah  sinyal  dan  dinyatakan  dalam  satuan desibel (dB). Pada  sistem WPT  sinyal  dengan  PAPR tinggi dapat mengaktifkan diode pada tingkat daya input yang lebih rendah  (pada  rangkaian  penyearah rectenna ),  sehingga meningkatkan efisiensi konversi daya [2]. Nilai 𝐴 𝑅 (dB) dari  sebuah  bentuk  gelombang  dapat  didefinisikan  sebagai berikut:
𝐴 𝑅 = 10 log 10 ( max[𝑠( ) 2 ] 〈𝑠( ) 2 〉 ) (8)
Dimana 𝑠(𝑡) adalah  bentuk  gelombang  dari  sinyal  yang diinginkan  dalam  domain  waktu,  sedangkan 〈 〉 mengacu pada  operator  rata  –  rata  waktu.  Persamaan  (5)  dan  (6) menyatakan apabila daya merupakan kuadrat dari sinyal pada domain  waktu,  sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa max[𝑠(𝑡) 2 ] dan 〈𝑠(𝑡) 2 〉 secara  berurutan  menyatakan  daya maksimal dan daya rata – rata dari sinyal.

## G. Efisiensi Konversi Daya RF-to-DC
Pada penelitian ini akan dibandingkan 2 data yaitu daya RF diterima  dan  tegangan  DC  keluaran  yang  terukur,  untuk kemudian  dievaluasi  efisiensi  dari  konversi  daya  yang dilakukan.  Efisiensi  konversi  daya  RF-to-DC  ( ) dihitung melalui rumus berikut [2].
= 𝑃 𝑜𝑢𝑡 𝐷𝐶 𝑃 𝑖𝑛 𝑅𝐹 = (𝑉 𝑜𝑢𝑡 𝐷𝐶 ) 2 / 𝐿 𝑃 𝑖𝑛 𝑅𝐹 (9)

## III. METODE PENELITIAN
Dalam  membangun  sistem  WPT,  diperlukan  untuk merancang  dari  penerima  hingga  pemancar,  termasuk memodelkan  teknik  modulasi  yang  digunakan  melalui software.  Oleh  karena  itu,  dari  memodelkan  sistem  WPT yang  digunakan  untuk  penelitian  hingga  pengambilan  data dilakukan secara bertahap, sesuai diagram alir gambar 4.

## A. Pemodelan Sistem RF WPT
Aplikasi  dari  WPT  yang  ingin  dicapai  adalah  jenis  far- field,  yaitu  berupa  drone  yang  memancarkan  gelombang berfrekuensi  radio  untuk  mengisi  daya  dari  ¬¬node-node sensor  nirkabel  pada  lokasi  yang  sulit  untuk  dijangkau. Keseluruhan  sistem  ini  dimodelkan  dengan  SDR  sebagai pemancar  dan rectenna  sebagai  penerima.  Gelombang yang dipancarkan  SDR  akan  divariasikan  melalui  software  GNU Radio untuk mentransmisikan sinyal dengan mempertimbangkan  variabel  yang  diteliti,  yaitu  teknik modulasi yang diterapkan.

## 1) Pemodelan SDR sebagai Transmitter
SDR  akan  digunakan  sebagai  RF  Front-End  untuk memancar  sinyal.  HackRF  One  dipilih  sebagai  SDR  yang digunakan untuk keperluan penelitian. Seperangkat pemancar ( transmitter ) meliputi komputer atau laptop yang terkoneksi dengan  SDR  HackRF  melalui  kabel  Micro  USB.  RF Amplifier  disisipkan  antara  SDR  dan  antena  pemancar. Penggunaan  amplifier  ditujukan  untuk  menguatkan  daya sinyal  yang  dipancarkan,  sehingga  dapat  memancar  lebih jauh  dan  jarak  maksimal  pemancar-penerima  (batas maksimal ditentukan apabila keluaran tegangan DC bernilai nol atau sangat kecil). Blok diagram transmitter dapat dilihat pada  Gambar  5.Spesifikasi  SDR  HackRF  One  dapat  dilihat pada Tabel 1.

## 2) Pemodelan Rectenna sebagai Receiver
Mendapatkan  tegangan  DC  dari  sebuah  gelombang frekuensi  radio  (AC)  memerlukan  perangkat rectenna (rectifier  antenna),  untuk  memanen  energi  dari  gelombang elektromagnetik  (RF)  di  sekitarnya.  Proses  memanen  daya RF ini kemudian disebut dengan RF Energy Harvesting atau RF  Energy  Scavenging.  Pada  langkah  ini  akan  membuat rectenna yang  difungsikan  sebagai  penerima  dari  sistem WPT.  Desain  bagian  penyearah rectenna dibuat  menurut skematik  pada  [10].  Dilakukan  beberapa  perubahan  pada desain  referensi,  dikarenakan  terdapat  beberapa  komponen yang tidak tersedia.

## B. Variasi Teknik Modulasi
Dijelaskan  pada  langkah  sebelumnya,  tahapan  signal processing  dilakukan  GNU  Radio.  Pemrosesan  sinyal  yang dilakukan  pada  GNU  Radio  meliputi:  pembangkitan  sinyal pemodulasi;  modulasi  sinyal;  dan  terakhir  mengirimkan sinyal  pada  RF  Front-End  (SDR),  semua  dilakukan  dengan menghubungkan dan mengatur blok diagram yang diperlukan pada GNU Radio Companion.
Pembangkitan  sinyal  pemodulasi  terdapat  pada  blok “Signal  Source”.  Pada  blok  ini  didefinisikan  bentuk gelombang (sinusoidal, segitiga, gigi gergaji, dll.), amplitudo,
Gamabar 10.Nilai 〈𝑠(𝑡) 2 〉 , max[𝑠(𝑡) 2 ] , 𝐴 𝑅 teknik AM setiap tone.
( 〈𝑠(𝑡) 2 〉 , linear) ( max[𝑠(𝑡) 2 ] , linear) ( 𝐴 𝑅 , linear) ( 𝐴 𝑅 , desibel)
frekuensi,  fasa,  dan  laju  sample.  Untuk  keperluan  simulasi dan pengecekan sinyal, blok “QT GUI Time Sink” dan “QT GUI  Frequency  Sink”  digunakan  untuk  plot  grafik  sinyal pada  domain  waktu  dan  domain  frekuensi.  Modulasi  pada GNU Radio dilakukan dengan menambahkan blok-blok yang bersesuaian, seperti: “Add Const” (AM), “FM Preemphasis”, “Frequency Mod” (FM). Terakhir, semua blok diagram akan terhubung  dengan  “osmocom  Sink”,  yaitu  blok  untuk berkomunikasi  dengan  SDR  (HackRF  One)  yang  akan memancarkan sinyal pada frekuensi radio. Sebelum menuju osmocom,  sinyal  yang  diproses  akan  di  up-sample  dengan blok “Rational Resampler” untuk memenuhi spesifikasi laju sample dari hardware SDR yang digunakan.

## C. Metode Pengukuran dan Analisa
Pada  langkah  ini  dilakukan  pengukuran  terhadap parameter  Daya  Terima  RF,  Output  Tegangan  DC,  dan Efisiensi  Konversi  Daya  RF-to-DC,  untuk  setiap  teknik modulasi yang dilakukan. Kemudian setelah didapatkan data, akan dilakukan analisa

## 1) Verifikasi Sinyal yang Diterima
Sebelum  data  pengukuran  diambil,  dilakukan  verifikasi sinyal yang diterima untuk memastikan sinyal tersebut adalah sinyal  yang  ditransmisikan.  Metode  verifikasi  yang  yang digunakan  adalah  memanfaatkan  SDR  kedua  pada  sisi penerima,  yang  difungsikan  sebagai  Spectrum  Analyzer (SA).  SDR  dapat  difungsikan  sebagai  SA  dengan software HackRF Sweep Spectrum Analyzer for Windows.
Dikarenakan  adanya  keterbatasan  kemampuan  ukur  dari SDR HackRF One dan software Spectrum Analyzer , metode verifikasi  sinyal  yang  diterima  disederhanakan.  Sebelum SDR  pemancar  dinyalakan,  tampilan  layar software SA bernilai  datar  (~ −90 𝑑𝐵𝑚 sepanjang frequency  span yang diatur).  Sinyal  terima  diverifikasi  benar  apabila  saat  SDR pemancar  dinyalakan,  tampilan  SA  mendeteksi  sinyal  pada spektrum  frekuensi  yang  ditampilkan  dan  terdapat  puncak magnitudo pada frekuensi 2.45 GHz.

## 2) Pengukuran Daya Terima RF
SDR kedua difungsikan sebagai SA dan diletakkan sesuai jarak  pengukuran  yang  ditentukan.  Data  pengukuran  (Daya Terima RF / ) didapatkan dengan mengamati tampilan dari software HackRF Sweep Spectrum Analyzer. Nilai yang diambil adalah magnitudo puncak pada frekuensi yang telah ditetapkan, yaitu 2.45 𝐺𝐻𝑧 .
3) Pengukuran Output Tegangan DC
Rectenna diletakkan  sesuai  jarak  pengukuran  yang ditentukan. Data pengukuran (Output Tegangan DC / ) didapatkan dengan menggunakan multimeter untuk mengukur tegangan pada ujung-ujung resistor 4.7 𝐾Ω (RL). Nilai  yang  diambil  saat  tegangan  mencapai  keadaan  cukup stabil.

## 4) Perhitungan Efisiensi Konversi Daya
Efisiensi  konversi  daya  RF  ke  daya  DC  dihitung  dengan membandingkan  data  yang  didapatkan  pada  kedua  langkah sebelumnya.  Hambatan  pada  beban (𝑅 𝐿 ) bernilai 4.7 𝐾Ω , sehingga (9) dapat dijabarkan menjadi (10):
= (𝑉 𝑜𝑢𝑡 𝐷𝐶 ) 2 / 𝐿 𝑃 𝑖𝑛 𝑅𝐹 = (𝑉 𝑜𝑢𝑡 𝐷𝐶 ) 2 4700(𝑃 𝑖𝑛 𝑅𝐹 ) × 100% (10)

## D. Analisa Hasil Pengukuran
Langkah  ini  merupakan  penutup  dari  serangkaian metodologi,  yaitu  membandingkan  keseluruhan  data pengukuran  dari  setiap  teknik  modulasi  yang  dilakukan (termasuk  tanpa  modulasi).  Hasil  perbandingan  data digunakan untuk menarik kesimpulan teknik modulasi mana yang  memiliki  performa  terbaik  untuk  sistem  transfer  daya nirkabel. Sebagai tambahan, modulasi multitone disimulasikan  dan  dicari  nilai  PAPR-nya  melalui software MATLAB,  untuk  menyelidiki  hubungan  antara  PAPR dengan efisiensi konversi daya RF-to-DC yang terhitung.

## IV. HASIL DAN ANALISA
A. Pengukuran Daya Terima RF (Spectrum Analyzer)
Pengukuran variabel dilakukan dengan mengambil nilai puncak dari magnitudo pada frekuensi 2.45 GHz, sesuai dengan  tampilan  dari software HackRF  Sweep  Spectrum Analyzer,  atau  SDR  yang  difungsikan  sebagai  Spectrum Analyzer.  Tabel  2  menunjukkan  hasil  pengukuran  untuk teknik  AM,  FM,  2-tone,  4-tone,  dan  tanpa  modulasi  pada jarak penelitian yang bervariasi dari 40~120 cm.

## B. Pengukuran Output Tegangan DC
Pengukuran variabel
dilakukan dengan menghubungkan probe multimeter pada terminal block 2-pin, yang terangkai parallel dengan ujung-ujung resistor 4.7 𝐾Ω . Tabel 3 menunjukkan hasil pengukuran Output Tegangan DC untuk  teknik  AM,  FM,  2-tone,  4-tone,  dan  tanpa  modulasi pada jarak penelitian yang bervariasi dari 40~120 cm.

## C. Perhitungan Efisiensi Konversi Daya RF-to-DC
Sebelum  dilakukan  perhitungan  sesuai  (10),  diperlukan konversi satuan dari ( 𝑑𝐵𝑚 dan 𝑚 ) menuju ( Watt dan Volt ). Tabel  4  menunjukkan  hasil  perhitungan  efisiensi  konversi daya dari teknik AM, FM, 2-tone, 4-tone, dan tanpa modulasi pada jarak penelitian yang bervariasi dari 40~120 cm.

## D. Analisa dan Pembahasan
Pada bagian Analisa dan Pembahasan ini akan dipaparkan analisa dari seluruh pengukuran yang telah dilakukan sesuai metode yang telah dijelaskan sebelumnya. Di akhir bagian ini akan  ditarik  kesimpulan  dari  analisa  data,  mengenai  teknik modulasi  yang  optimal  untuk  digunakan  dalam  sistem transfer daya nirkabel.

## 1) Analisa Daya Terima RF
Dari Tabel 2 divisualisasikan ulang menjadi grafik seperti pada Gambar 6, dengan variabelnya adalah Daya Terima RF ( ) banding  Jarak (𝑑) untuk  kelima  teknik  modulasi yang dilakukan (AM, FM, 2-tone, 4-tone, tanpa modulasi).
Dari  grafik  komparasi  tersebut,  daya  RF  yang  diterima turun  secara  eksponensial  negatif.  Penurunan  daya  sesuai dengan penambahan loss dari ruang bebas (Free Space Loss / FSL) yang naik secara eksponensial. Kelima teknik modulasi yang  dilakukan  memiliki  Daya  Terima  RF  yang  tidak  jauh berbeda untuk semua jarak pengukuran.

## 2) Analisa Output Tegangan DC
Dari Tabel 3 divisualisasikan ulang menjadi grafik seperti pada Gambar 7, dengan variabelnya adalah Output Tegangan DC ( ) banding  Jarak (𝑑) untuk  kelima  teknik
modulasi  yang  dilakukan  (AM,  FM,  2-tone,  4-tone,  tanpa modulasi).
Dari  grafik  komparasi  tersebut,  tegangan  DC  keluaran pada rectenna turun secara signifikan mulai jarak pengukuran 60 cm keatas. Pada jarak pengukuran 40 cm, teknik modulasi 4-tone memiliki nilai Output Tegangan DC tertinggi dengan nilai 55.4 𝑚 ,  diikuti  oleh  teknik  2-tone (54.6 mV) ,  AM (51.3 mV) ,  tanpa  modulasi (47.7) ,  FM (34.3 mV) . Sedangkan pada jarak 60 cm keatas tegangan DC dari semua teknik modulasi memiliki selisih nilai yang tidak signifikan antara  satu  dengan  lainnya.  Apabila  dirata-rata,  teknik modulasi 4-tone memiliki Output Tegangan DC yang relatif lebih besar dibanding teknik lainnya.

## 3) Analisa Efisiensi Konversi Daya RF-to-DC
Dari Tabel 4 divisualisasikan ulang menjadi grafik seperti pada  Gambar  8,  dengan  variabelnya  adalah  Efisiensi Konversi Daya RF-to-DC ( ) banding Jarak (𝑑) untuk kelima teknik modulasi yang dilakukan (AM, FM, 2-tone, 4- tone, tanpa modulasi).
Dari grafik komparasi tersebut, nilai turun secara signifikan  mulai  jarak  pengukuran  60  cm  keatas,  hal  ini disebabkan  oleh  Output  Tegangan  DC  yang  juga  turun signifikan  pada  jarak  pengukuran  tersebut.  Pada  jarak pengukuran  40  cm,  teknik  modulasi  4-tone  memiliki  nilai Efisiensi Konversi Daya RF-to-DC tertinggi dengan 80.34% , diikuti oleh  teknik  2-tone (67.96%) ,  AM (65.79%) ,  tanpa modulasi (48.41%) ,  FM (29.41%) .  Sedangkan  pada  jarak 60  cm  keatas dari  semua  teknik  modulasi  memiliki selisih nilai yang tidak signifikan antara satu dengan lainnya, dari 5~10% (𝑑 = 60 𝑐𝑚) hingga 0.5~2% (𝑑 > 60 𝑐𝑚) . Teknik  4-tone  memiliki  performa  efisiensi  konversi  daya yang  paling  unggul  di  antara  5  teknik  modulasi  yang dilakukan.

## 4) Analisa PAPR pada Modulasi Multitone
Untuk  memperkuat  dugaan  pada  latar  belakang  bahwa nilai  PAPR  dari  sinyal  transmisi  berpengaruh  pada  tingkat efisiensi  dari  sistem  RF  WPT,  dilakukan  simulasi  melalui software MATLAB  untuk  menghitung  PAPR  dari  sinyal dengan modulasi AM 1-tone, 2-tone, dan 4-tone. Gambar 10 menunjukkan plot grafik dari sinyal modulasi AM setiap tone pada  domain  frekuensi.  Plot  MATLAB  sinyal  Am  domain frekuensi setiap tone dapat dilihat pada Gambar 9.
PAPR didapatkan melalui (8) dari setiap sinyal modulasi. Nilai max[𝑠(𝑡) 2 ] didapatkan  dengan  mencari  nilai  puncak dari  setiap  sinyal  yang  telah  ditransformasi  fourier  pada MATLAB  (fungsi  fft),  sedangkan  nilai 〈𝑠(𝑡) 2 〉 didapatkan menggunakan  fungsi  bandpower.  Output  perhitungan MATLAB  untuk 〈𝑠(𝑡) 2 〉 , max[𝑠(𝑡) 2 ] ,  dan 𝐴 𝑅 dalam skala  linear  dan  desibel  ditunjukkan  pada  Gambar  10. Berurutan dari kolom pertama ke ketiga untuk teknik AM 1- tone, 2-tone, dan 4-tone.
Sehingga didapatkan 𝐴 𝑅 teknik AM bernilai 2.192 𝑑𝐵 untuk 1-tone, 2.6020 𝑑𝐵 untuk 2-tone, dan 2.6761 𝑑𝐵 untuk 4-tone.  Membandingkan  dengan  data  efisiensi  konversi (jarak 40 𝑐𝑚 ), disimpulkan nilai PAPR berpengaruh terhadap nilai  efisiensi  konversi  daya,  dengan  relasi  semakin  tinggi nilai  PAPR  maka  semakin  tinggi  pula  tingkat  efisiensi konversi daya RF-to-DC.

## V. KESIMPULAN
Paper  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  teknik  modulasi yang paling optimal dan efisien untuk digunakan pada sistem RF WPT. Dari hasil pengukuran dan analisa, teknik modulasi Multitone dengan jumlah tone 4 dipilih sebagai teknik yang paling optimal untuk Sistem Transfer Daya Nirkabel, dengan pertimbangan  teknik  tersebut  memiliki  nilai  Output Tegangan  DC  dan  Efisiensi  Konversi  Daya  RF-to-DC tertinggi  dibanding  keempat  teknik  lain  ( 55.4 𝑚 dan 80.34% pada  jarak 𝑑 = 40 𝑐𝑚 ).  Pada  modulasi  multitone, efisiensi  konversi  daya  RF-to-DC  meningkat  seiring bertambahnya PAPR.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  H. V. Tran and G. Kaddoum, “RF wireless power transfer: Regreening future networks,” IEEE Potentials , vol. 37, no. 2, pp. 35–41, 2018, doi: 10.1109/MPOT.2017.2749118.
[2]  A.  Collado  and  A.  Georgiadis,  “Optimal  waveforms  for  efficient wireless power transmission,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett. , vol. 24, no. 5, pp. 354–356, 2014, doi: 10.1109/LMWC.2014.2309074.
[3]  N. Ayir, T. Riihonen, M. Allen, and M. F. Trujillo Fierro, “Waveforms and end-to-end efficiency in RF wireless power transfer using digital radio transmitter,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech. , vol. 69, no. 3, pp. 1917–1931, 2021, doi: 10.1109/TMTT.2020.3047654.
[4]  I.  F.  Akyildiz  and  M.  C.  Vuran, Wireless  Sensor  Networks ,  1st  ed. Chichester, West Sussex, U.K.: John Wiley & Sons, 2010.
[5]  E. Setijadi et al. , “Design of Large Scale Structural Health Monitoring System for Long-Span Bridges Based on Wireless Sensor Network,” in 2013  International  Joint  Conference  on  Awareness  Science  and Technology  and  Ubi-Media  Computing:  Can  We  Realize  Awareness via Ubi-Media?, iCAST 2013 and UMEDIA 2013 , 2013, pp. 169–173, doi: 10.1109/ICAwST.2013.6765428.
[6]  M.  Poveda-Garcia,  J.  Oliva-Sanchez,  R.  Sanchez-Iborra,  D.  Canete- Rebenaque,  and  J.  L.  Gomez-Tornero,  “Dynamic  wireless  power transfer  for  cost-effective  wireless  sensor  networks  using  frequency- scanned  beaming,” IEEE  Access ,  vol.  7,  pp.  8081–8094,  2019,  doi: 10.1109/ACCESS.2018.2886448.
[7]  I. R. Ishkaev, A. E. Shevelev, A. S. Ovsyannikova, S. V. Zavjalov, S. V.  Volvenko,  and  S.  B.  Makarov,  “Possibility  of  Peak-to-Avegare Power  ratio  Reduction  by  Application  of  Optimal  Signal  for Transmitter Based on SDR HackRF One,” in Proceedings of the 2018 IEEE  International  Conference  on  Electrical  Engineering  and Photonics,  EExPolytech  2018 ,  2018,  no.  1,  pp.  141–145,  doi: 10.1109/EExPolytech.2018.8564411.
[8]  L.  W.  Couch, Digital  and  Analog  Communication  Systems ,  8th  ed. Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall, 2013.
[9]  N. Carvalho, K. Remley, D. Schreurs, and K. Gard, “Multisine signals for wireless system test and design,” IEEE Microw. Mag. , vol. 9, no. 3, pp. 122–138, 2008, doi: 10.1109/MMM.2008.919938.
[10]  M.  Koohestani,  J.  Tissier,  and  M.  Latrach,  “A  miniaturized  printed rectenna for wireless RF energy harvesting around 2.45 GHz,” AEU - Int.  J.  Electron.  Commun. ,  vol.  127,  no.  September,  2020,  doi: 10.1016/j.aeue.2020.153478.