## Rancang Bangun FM Transmitter Dengan Metode Spread Spectrum Signal Berbasis Raspberry Pi
Achmad Hanif 1 , Aad Hariyadi 2 , Aisah 3 1 Program Studi Jaringan Telekomunikasi Digital,
2,3 Program Studi Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang, Indonesia
1 ahhamikz5@gmail.com , 2 aad.hariyadi2@polinema.ac.id , 3 aisah@polinema.ac.id
Abstract — The need for a communication system that can solve interference problems, can guarantee the confidentiality of information sent and can operate at low S / N (Signal to Noise Ratio) levels or is resistant to large noise. One of the technology in communication systems is the spread spectrum system An important characteristic of spread-spectrum communication is that it can provide protection against interfering signals with limited radio communication power using RDS technology and SBC-based spread spectrum which is compatible with spread spectrum technology which requires little power for operation SBC (Raspberry pi) can be implemented into an FM transmitter using the Broadcom bcm 2837 SOC socket which will produce a base clock, then the output signal will be generated via the GPIO 7.

## Keywords — FM Transmitter, Raspberry, Spread Spectrum, SBC, rds.
Abstrak — Kebutuhan akan sistem Komunikasi yang dapat mengatasi masalah interferensi, dapat menjamin kerahasiaan informasi yang  dikirim  dan  dapat  beroperasi  pada  tingkat  S/N    ( Signal  to  Noise  Ratio )    yang  rendah  atau  tahan  terhadap  pada  derau  yang besar.Salah tekonologi dalam sistem komunikasi adalah sistem spread spectrum . karakteristik penting dari komunikasi spread-spectrum adalah bahwa dapat memberikan perlindungan terhadap sinyal yang mengganggu dengan daya yang terbatas. SBC  (Raspberry pi) dapat  diimplementasikan  menjadi  sebuah  pemancar  FM  dengan  menggunakan socket  SOC Broadcom  bcm  2837  yang  akan menghasilkan sebuah base clock ,  kemudian sinyal output akan dihasilkan melalui pin GPIO 7.
Kata kunci— FM Transmitter, Raspberry, Spread Spectrum, SBC, rds.

## I. PENDAHULUAN
Kebutuhan  akan  sistem  komunikasi  yang  dapat mengatasi masalah interferensi, dapat menjamin kerahasiaan  informasi  yang  dikirim  dan  dapat  beroperasi pada tingkat S/N ( Signal to Noise Ratio ) yang rendah atau tahan  terhadap  pada  derau  yang  besar.  Dalam  sistem komunikasi  sekarang  ini,  dimana  penggunaan  frekuensi sudah  cukup  padat  sehingga  interferensi  dan  noise  dari transceiver lain cukup besar [1].
Salah  satu  teknologi  dalam  sistem  komunikasi  adalah sistem spread  spectrum .  Karakteristik  penting  dari komunikasi spread-spectrum adalah  bahwa  dapat memberikan perlindungan terhadap sinyal yang mengganggu dengan daya yang terbatas [2].
Teknologi  RDS  adalah  teknologi  radio  yang  dapat mengirimkan informasi suara dan teks berjalan yang akan dikirimkan  melalui  gelombang  radio  [3].  Dengan  adanya teknologi  RDS  maka  akan  dirancang  sebuah  sistem informasi  dengan  membuat  alat  pengirim  informasi  radio berbasis  mikrokontroller  yang  informasinya  berupa  suara dan teks [4].

## II. METODE
A. Pemodelan Sistem Gambar 1. Blok Diagram Perancangan Sistem PLL Modul Clock generator Fractional divider Sinyal Spread spectrum penerima GPIO Pengirim

## Gambar 2. Diagram pembangkitan frekuensi pemancar FM
Gambar  2  menunjukkan  perancangan  proses  kerja kesuluruhan  sistem  bagaimana  pada  blok  pengirim  yaitu sebuah SBC Raspberry pi B 3+ terdapat hardware berupa clock generator module yang berperan sebagai pembangkit clock yang  akan  digunakan  sebagai  frekuensi  [5].  Sumber dari clock yang  akan  digunakan  tersebut  berupa  sebuah rangkaian phase  lock  loop yang  ada  pada  chip  Broadcom SOC 2837. Transmisi audio dapat dilakukan jika clock yang sudah  ditentukan  akan  dihitung  menggunakan frequency divider yang  kemudian  akan  digunakan  sebagai  frekuensi output menggunakan pwm generator.

## B. Instalasi antena pemancar pada SBC
Antena  dihubungkan  dengan  kabel  coaxial  terlebih dahulu  kemudian  pada  ujung  ujung  kabel  coaxial dihubungkan pada GPIO4 Header yang ada pada Raspberry Pi. Pemasangan kabel koaksial dengan modul antena dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 3. Skema pengoperasian pemancar fm melalui SBC

## C. Pembangkitan Frekuensi pada SBC
Proses  pembangkitan  frekuensi  dilakukan  pada  SBC menggunakan hardware yang ada pada raspberry pi. Seperti GPIO  pin  dengan chip SOCBroadcom  2837  sebagai kontrolnya. Proses pembangkitan frekuensi dilakukan oleh SBC dengan menggunakan modul clock generator sebagai sumber clock dan GPIO pin 4 sebagai output .
Gambar 4. Diagram Alir Pembangkitan Frekuensi pada Raspberry Pi
Program  C  memetakan  Peripheral  Bus  dalam  memori fisik ke ruang alamat virtual menggunakan / dev / mem dan mmap  [6].  Untuk  melakukan  ini  perlu  akses root ,  maka memerlukan perintah sudo [8]. Selanjutnya mengatur modul clock generator untuk diaktifkan dan menetapkannya pada GPIO4 sebagai output.

## D. Konfigurasi frekuensi output
Menggunakan rumus sebagai berikut: Frekuensi = 300 / panjang antenna / 16 * 100 Frekuensi = 300 / 21.42 cm / 16 * 100 Frekuensi = 87.5 MHz Dengan catatan panjang antena disini dapat juga berupa sebuah  kabel  jumper  yang  dimasukkan  pada  pin  GPIO  4 dengan panjang 21.42 cm.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Pembahasan SBC dapat digunakan sebagai pemancar
Raspberry Pi memiliki sistem digital sinkron yang terkait dengannya  yang  digunakan  untuk  mengurangi  interferensi elektromagnetik. Penindasan EMI ini dilakukan oleh sinyal yang  disebut Spread-spectrum  clock  signal atau  SSCS. Frekuensi sinyal ini dapat bervariasi dari 1 MHz hingga 250 MHz, hal ini dapat dimanfaatkan sebagai pemancar karena masuk  didalam  pita  gelombang  radio  FM.Chip  Broadcom bcm2873 menggunakan PLLD 500 MHz sebagai input [8].
Sinyal  termodulasi  akan  diberikan  melalui  pin  4  GPIO dari  Raspberry  Pi,  dengan  memasang  kabel  normal minimum  20  cm  ke  pin  4  GPIO  tersebut  sebagai  antena. Pemancar  FM  ini  akan  bekerja  dari  sekitar  1  Mhz  hingga 250 Mhz.

## B. Perhitungan daya rata-rata pemancar
Dengan  mengingat  bahwa output tegangan  maksimum dari Raspberry Pi 3.3 Volt, arus maksimum GPIO adalah 16 mA. Untuk memperhitungkan daya yang dipancarkan dapat dihitung  dengan  menggunakan  persamaan  [9]  seperti berikut:
Divisor 1/R Phase comparator Loop Filter VCO GPIO4 R=500/out IN(500 MHz) VREF OUT Modul antena Kabel koaksial mulai Pem etaan peripheral bus pada mem ori fisik ke virtual address s pace selesai mengalokas ikan virtual address s pace pada /dev/mem/ dan mmap Mengaktifkan clock generator module Mengakses pin GPIO 4 sebagai output energi pemancar fm
𝑃𝑎𝑣𝑔 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑥 𝐼𝑚𝑎𝑥 (1) 𝑉𝑟𝑚𝑠 = !" √% (2) 𝑃𝑎𝑣𝑔 = 3,3 . 0,707 . 0,0001 = 0,37 𝑊𝑎𝑡𝑡 (3)
Dimana: Pavg = Daya rata-rata, Vrms = Tegangan rms Imax = Arus Maksimal Vpp = Tegangan peak-to-peak. Pada  persamaan  (1)  hingga  (3)  terlihat  daya  yang dihasilkan  masih  dalam  taraf  yang  kurang  dari  500  mW, sehingga  tidak  diperlukan  untuk  perijinan  untuk memperkuat daya pemancar FM.

## C. Hasil pengukuran parameter pemancar FM
Gambar 5. Spektrum fm dari pemancar SDR
Gambar 6. Sinyal DSSS domain waktu Gambar 7. Input audio
Gambar 8. Hasil scanning transmisi fm audio
Gambar 9. Hasil pengukuran deviasi frekuensi transmisi fm
Dari  hasil  pengukuran  di  atas  dapat  menghasilkan perhitungan perhitungan parameter sebagai berikut:
Deviasi (∂) = 24 Khz Frekuensi pemodulasi (fm) = 48 Khz Sehingga indeks modulasi:
𝑚𝑓 = ∂ 𝑓𝑚 = 24 48 = 0.5
Dan bandwidth dengan aturan carson sebesar:
𝐵𝑊 = 2(∂ + fm) = 2(24 + 48) = 144 𝐾𝐻𝑧 Nilai SNR:
𝑆𝑁𝑅 = 𝑠𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 − 𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒 𝑓𝑙𝑜𝑜𝑟 = 7 − (−31.3) = 38.3
Sehingga modulasi sesaat: 𝑒𝐹𝑀  =  𝑒𝑐𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑐𝑡 + 𝑚𝑓𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑚𝑡)
𝑒𝐹𝑀 = 3.3 sin  (628 + 0.5 sin(0.301))
𝑒𝐹𝑀 =   −0.56 𝑀ℎ𝑧
D. Perbandingan hasil pengukuran transmisi fm mono dan stereo
TABEL I HASIL PENGUKURAN SINYAL FM STEREO Nama parameter Satuan VFO (center frequency) 87.5 MHz Level (peak) 7 dBFS Noise floor -31.3 dBFS Signal to noise ratio (SNR) 38.3 dB Deviasi frekuensi 24 Khz Frekuensi pemodulasi 48 Khz Indeks modulasi 0.5 Bandwidth 144 Khz Frekuensi cutoff filter 12 Khz TABEL II HASIL PENGUKURAN SINYAL FM MONO Nama parameter Satuan VFO (center frequency) 87.5 MHz Level (peak) 12.5 dBFS Noise floor -31.2 dBFS Signal to noise ratio (SNR) 43.7 dB Deviasi frekuensi 24 Khz Indeks modulasi 1.08 bandwidth 92.1 Khz Frekuensi pemodulasi 22.05 Khz Frekuensi cutoff filter 8.82 Khz

## IV. KESIMPULAN
Setelah  melakukan  perancangan  dan  pengujian  sistem informasi  pada  proyek  akhir  ini,  dapat  diambil  beberapa kesimpulan yaitu:
1. SBC  (Raspberry  pi) dapat  diimplementasikan  menjadi sebuah pemancar FM dengan menggunakan socket SOC Broadcom  bcm  2837 yang  akan  menghasilkan  sebuah base clock yang akan digunakan sebagai sinyal carrier. kemudian  sinyal outpu t  akan  dihasilkan  melalui pin GPIO 7 yang ada pada SBC 2. Sinyal spread spectrum yang dihasilkan oleh pemancar SBC merupakan sinyal Direct sequence spread spectrum (DSSS) dan bertipe wideband FM , namun dengan nilai bandwidth  yang  cukup  rendah,  sehingga  dapat
diakatakan  sinyal  fm  masih  dapat  terkena  interfensi elekromagnetik dan jamming . 3. Dari analisis dan perhitungan dari parameter-parameter pemancar  SBC  dengan  tipe audio  stereo dan mono didapatkan nilai yang berbeda untuk tiap parameter . Hal tersebut  diakibatkan  karena  adanya  perbedaan  nilai frekuensi pemodulasi untuk audio mono dan stereo yang berbeda.

## REFERENSI
[1] D.  S.,  E.  M.  S.  Ignatius  Yoslan  Kurniawan, "Perancangan  Dan  Implementasi  Alat  Pengirim Informasi  Radio  Menggunakan  Mikrokontroler Dan  Rds"  Fakultas  Ilmu  Terapan,  Universitas Telkom, 2018.
[2] dini  novarianti,  “Design  and  Implementation  of Chebyshev  Band  Pass  Filter  with  M-Derived Section in Frequency Band 88 - 108 MHz”, Jurnal Jartel, vol. 8, no. 1, pp. 7-11, Mar. 2019.
[3] B. M. Dietmar Kopitz, "RDS: The Radio System," in RDS: The Radio System, Boston, Artech, 1999.
[4] J.  Kelly,  "Introduction  to  FMStereo-RDS,"  US: Verigy, 2010.
[5] S.  W.  Matt  Richardson,  Getting  Started  With Raspberry  Pi,  New  York:  O’Reilly  Media,  Inc., 2012.
[6] R. H. Yoga Perdana, N. Hidayati, A. W. Yulianto, V. Al Hadid Firdaus, N. N. Sari and D. Suprianto, "Jig  Detection  Using  Scanning  Method  Base  On Internet  Of  Things  For  Smart  Learning  Factory," 2020  IEEE  International  IOT,  Electronics  and Mechatronics Conference (IEMTRONICS), 2020, pp. 1-5.
[7] Upton,  Programming  the  Raspberry  Pi,  US: Element14.com, 2012.
[8] M.  Mark,  Advance  Linux  Programming,  USA: New Riders Publishing, 2001.
[9] Pangera,  "Perbandingan  FHSS  dan  DSSS"  Jurnal STMIK AMIKOM Yogyakarta, 2012.