## FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM RECEIVER

## 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  penerima    sederhana    yang    dapat memberikan    gambaran    tentang    penerima  dari  sistem    telekomunikasi data    digital    dengan    teknik Frequency    Hopping    Spread  Spectrum seperti  proses  pelompatan  frekuensi  dan  proses  penerimaan  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 penerima  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. Beberapa hal  yang berkaitan dengan proses pelompatan  frekuensi  yaitu :

## Channel
FHSS    bekerja  menggunakan    pola    lompatan    / hop    pattern yang    disebut dengan channel.

## Dwell time
Ketika  sistem  FHSS  menggunakan  suatu  frekuensi,  hal  itu  harus dilakukan dengan waktu   yang  tertentu. Waktu  ini dinamakan dengan dwell time .  Ketika dwell    time telah    habis,    maka    sistem    akan    mengganti    ke  frekuensi  yang berbeda dan memulai untuk mengirim lagi.

## Hop time
Terdapat  sejumlah  waktu  yang  kecil  saat  terjadi  perubahan  frekuensi  pada saat pemancar tidak mengirim yang disebut dengan hop time .

## 2. BAGAN KOTAK SISTEM DAN PRINSIP KERJA
Gambar 1. Blok Penerima Sistem.
a. Pada    kondisi    awal,    penerima    berada    dalam    kondisi    idle    dan    akan  berada pada satu frekuensi yang sama dengan frekuensi pemancar.
b. Bagian  penerima  FM  akan menerima  sinyal  analog  pada  frekuensi pembawa yang    telah    sinkron    dengan    frekuensi    pembawa    pada  pemancar.    Penentuan frekuensi  yang  akan  diterima  diatur  oleh mikrokontroler.
c. Sinyal analog yang diterima oleh penerima FM dikirimkan ke bagian demodulator FSK  dan  data  analog  dikonversi  kembali  dalam  bentuk  data    digital,    kemudian data  digital  dikirimkan  ke  bagian mikrokontroler.
d. Bagian  mikrokontroler  pada  penerima  akan  menerima  data  digital pada port serial.
e. Pada  bagian  mikrokontroler    akan    dibangkitkan    kode  PN    yang    akan menentukan  frekuensi  pembawa  yang  digunakan  untuk  menerima data.
Pada  kondisi  awal,  pemancar  dan  penerima  akan  berada  pada  satu frekuensi yang  sama.  Kemudian  dilakukan  proses  pengiriman    data  dan  dilakukan    proses sinkronisasi    antara    blok    pemancar    dan  penerima.  .    Data    yang    akan  dikirimkan dimodulasikan    FSK  terlebih  dahulu  untuk  diubah  menjadi  sinyal  analog    yang merepresentasikan    bit-bit    data    digital.  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    yang  dikirimkan  pemancar  dapat  diterima.  Proses    pengiriman  dan  penerimaan data    dilakukan  bertahap,  satu  karakter  dikirimkan/ diterima dengan  satu  frekuensi pembawa.  Setelah  satu  karakter dikirimkan/ diterima,  maka  satu  karakter  berikutnya akan    dikirimkan    dengan  frekuensi    yang    berbeda,  demikian    seterusnya    sampai  data yang    dikirimkan/  diterima  selesai.    Setelah    pengiriman/  penerimaan    data    selesai, pemancar  dan  penerima  akan kembali pada kondisi idle dan berada pada satu frekuensi yang  sama  sampai  terjadi  proses  pengiriman/  penerimaan  lagi.  Gambar  2  menunjukkan pembangkitan  kode PN oleh PN generator [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. DEMODULATOR FM
Bagian    penerima    FM    menggunakan    IC    LA  1260      yang    merupakan  IC Demodulator  FM sebagai  demodulator  FM  dan  IC  LA1185  yang merupakan  IC Front    End sebagai    penala    frekuensi.    Penalaan    frekuensi  yang    diterima    dapat dilakukan  dengan   memberikan  tegangan  masukan berupa  tegangan DC   yang   akan mengatur  frekuensi   yang  akan  diterima oleh  penerima  FM.   Hal   ini  memudahkan
proses  pemilihan  frekuensi yang akan diterima. Untai penerima FM yang dipergunakan ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Penerima FM dengan IC LA1260 dan IC LA1185.

## 4. PERANGKAT LUNAK PENERIMA
Perangkat  lunak bagian  penerima menerima  sinyal  berupa deretan data digital secara    serial    dan    membangkitkan    kode    PN    yang    akan    mengatur  penerima    FM supaya    berada    pada    frekuensi    yang    sama    dengan    pemancar  sehingga  dapat menerima data yang sama dengan data yang dikirimkan oleh pemancar. Diagram alir dari perangkat lunak penerima ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram Alir pada Blok Penerima.
Pada    penampil  LCD  akan  ditampilkan  data  sama  dengan  data  yang  dikirim  oleh pemancar.  Secara    keseluruhan    dapat    diperhatikan    bahwa    terjadi    pengiriman    data dengan  frekuensi  yang  berbeda-beda  sesuai  dengan  kode  PN.  Data  akan dikirimkan dan diterima  satu per  satu  dengan   frekuensi  yang berbeda-beda sesuai    dengan   kode PN    yang    dibangkitkan.    Proses    pengiriman    dan  penerimaan    data    dengan    teknik Frequency  Hopping ini    dikatakan    berhasil  jika  data  yang  diterima  sama  dengan  data yang dikirim.

## 5. BAGIAN MIKROKONTROLER
Mikrokontroler  merupakan  sebuah  sistem  komputer  sederhana  yang dikemas dalam    satu    chip    IC.    Di    sini,    mikrokontroler    digunakan    untuk  menyelesaikan beberapa  proses-proses  yang  diperlukan  dalam  komunikasi pengiriman  data  digital menggunakan  sistem  FHSS.  Pada  perancangan  ini digunakan mikrokontroler keluarga MCS-51  yaitu  AT-89S52  yang  memiliki  fasilitas  yang  cukup  untuk  perancangan  Tugas Akhir ini. Konfigurasi pin IC AT-89S52 ditunjukkan oleh Gambar 5.
Gambar 5. 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 mengirimkan    data    digital    secara    serial  menggunakan    port    serial    pada mikrokontroler.   Perangkat   keras mikrokontroler  pada  bagian   penerima  memiliki  3 fungsi  utama  yaitu:
Budihardja Murtianta
menerima deretan data digital  secara  serial, membangkitkan kode PN  yang digunakan untuk  proses  pendekodean,  dan  menampilkan  data  yang  diterima  pada  LCD.  Gambar  6 menunjukkan    bagian  mikrokontroler  penerima    yang    terdiri  dari  mikrokontroler  dan LCD Display.
Gambar 6. Modul Pengendali Mikro 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  di dekode 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. Pada LCD Display dapat dilihat    informasi  seperti  masukan  dari  keypad,  frekuensi  yang  dipakai,  dan  data  yang sedang  dikirim.  Semua    proses    yang    terjadi    pada    bagian    mikrokontroler    diatur dengan  perangkat    lunak    yang    ditanamkan    pada    mikrokontroler    dengan    program KeilC  menggunakan    bahasa  C.  Perancangan    program  mikrokontroler    akan  dijelaskan lebih lanjut pada bagian perangkat lunak.

## 6. DEMODULATOR FSK
Bagian demodulator menggunakan IC XR-2211 yang merupakan  IC PLL (Phase Locked Loop)  sebagai  detektor  sinyal FSK. Perancangan  rangkaian demodulator  FSK ditunjukkan    pada    Gambar    7.    Komponen    C 0 dan    R 0 digunakan    untuk    mengatur frekuensi  kerja  VCO  internal.  VCO  ini  yang mengatur  frekuensi  tengah  PLL.  R1 digunakan    untuk    mengatur    lebar    pita  sistem,    C1    digunakan    untuk    mengatur konstanta  waktu  naik.  CF  dan  RF digunakan untuk tapis deteksi akhir.
Gambar 7. Rangkaian Demodulator FSK.
Dirancang    sebuah    demodulator    FSK    yang    memiliki    spesifikasi    sesuai  dengan modulator  FSK.    Laju  bit    yang    digunakan    adalah    1200  bps    dengan  mendemodulasi frekuensi  2200Hz  untuk  logika  ‘1’  /  high  dan  frekuensi 1200Hz  untuk  logika  ‘0’  / low.  Maka  nilai-nilai  komponen  yang  mempengaruhi ditentukan dengan :
a. Menentukan nilai frekuensi tengah VCO, f 0 :
Hz x fo
1624 1200 2200
Menentukan    nilai  R T =  R O + R POT ,    untuk    alasan    kestabilan,    nilai    R T diharuskan menggunakan  nilai  antara  10kΩ  hingga  100kΩ.  Untuk  perancangan digunakan R0 = 18kΩ dan Rpot = 5kΩ untuk penyesuaian agar didapatkan frekuensi tengah sesuai dengan yang diinginkan.
R T = R O + R POT = 18KΩ + 5KΩ = 23KΩ
b. Menentukan nilai C O = 1/R T .fo agar didapatkan frekuensi tengah fo = 1624 Hz
F Kx f R Co o T 9 10 . 77 , 26 1624 23 1 1 Digunakan Co = 26.77x10 -9 F ≈ 27 nF
c. Menentukan  nilai R 1 = R o. f o /( f 2 - f 1 ) dan C 1 = (f o + ∆f ) Co / R 1 ξ 2 dengan  loop damping menurut datasheet, R1 dan C1 menentukan lebar frekuensi f1 dan f2
K Kx f f Rofo R 232 , 29 1200 2200 1624 18 1 2 1 Digunakan R 1 = 29,232 KΩ ≈ 30 KΩ
F Kx x R Co f fo C 9 9 2 1 1 10 . 446 , 9 25 , 0 30 10 . 27 ) 1000 1624 ( ) ( ). (
Digunakan C 1 = 9,446x10 -9 F
d. Nilai hambatan tetap yang direkomendasikan data sheet :
Rf = 100 kΩ dan RB = 510 kΩ
e. Menentukan nilai C F = 0,25/ R SUMxbaudrate dengan nilai S F S F SUM R R R R R R R 1 1 ) (
Sehingga: F Kx ate Rsumxbaudr CF 9 10 . 02 , 2 1200 103 25 , 0 25 , 0 digunakan C F = 2,02 -9 F≈ 2,2 nF

## 7. PENGUKURAN PENERIMAAN DATA
Pengujkuran ini bertujuan untuk mengetahui apakah keseluruhan rangkaian dapat bekerja  dengan  baik  dengan  menunjukkan  sinyal  yang  dihasilkan  pada  keluaran  sesuai dengan  yang  duharapkan.  Gambar  8  menunjukkan  hasil  pengukuran  pada  keluaran Demodulator FM dan Demodulator FSK.
Gambar 8. Sinyal Keluaran Demodulator FM (bawah) dan Demodulator FSK (atas).

## 8. KESIMPULAN
Berdasarkan  keseluruhan  pengerjaan  alat  ini,  baik  pada perancangan, realisasi dan pengujian didapat kesimpulan sebagai berikut :
Alat      yang    dibuat    dapat  menggambarkan    proses    penerimaan    data    digital dengan  teknik  Frequency  Hopping  Spread Spectrum.
Kode  PN  digunakan  untuk  menentukan  frekuensi  penerima  yang digunakan setiap kali terjadi pelompatan frekuensi.
Data  digital  diterima secara  serial  dengan  mikrokontroler  1200bps, tanpa bit parity, 1 start bit, 8 bit data, dan 1 stop bit.
Pergantian frekuensi terjadi setiap 1 detik.
Demodulasi  digital  FSK  menghasilkan kondisi high untuk frekuensi   2200Hz dan kondisi low untuk 1200Hz .

## 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.
Budihardja Murtianta
[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.