## PEMBANGKITAN DATA ACAK TERSEBAR DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM PADA LAJU DATA BERKECEPATAN RENDAH UNTUK APLIKASI TEKNOLOGI CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS
Budi Herdiana, Muhammad Aria, Jana Utama Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik & Ilmu Komputer, UNIKOM Jl. Dipati Ukur No. 102 – 116 Bandung, 40132 Email: budi.herdiana@email.unikom.ac.id,  muhammad.aria@email.unikom.ac.id , jana.utama@email.unikom.ac.id
Abstak  --  Salah  satu  kelebihan  utama  sistem  komunikasi  Spread  Spectrum  adalah  kemampuannya mengirimkan data informasi disertai kode-kode unik sehingga hanya perangkat penerima tertentu saya yang mampu mendeteksinya. Sangat banyak metode pembangkitan kode unik pada spread spectrum ini, salah satunya adalah direct sequence. Penerapan metode ini banyak direalisasikan pada teknologi CDMA,  dikarenakan  kesederhanaan  rancangan  dan  relatif  mudah  dalam  menganalisis  karakteristik kerja sistemnya, terutama bagian sebaran kode unik pada sebuah lebar pita transmisi radio. Sumber kode unik dalam penelitian ini berasal dari data acak yang dihasilkan oleh pembangkit derau semu atau pseudo  noise  generator  melalui  pengaturan  panjang  kodenya  sebesar  16,  dengan  tingkat  kestabilan frekuensi  sistem  pembangkit  kode  unik  dan  frekuensi  pembawa masing-masing  sebesar  15,020  kHz dan  499,9419  kHz.  Kedua  frekuensi  ini  masing-masing  menghasilkan  nilai  persen  kesalahannya sebesar 0,0412 % dan 0,000049 %, sehingga dampaknya masih cukup baik bagi metode ini, apabila diimplementasikan pada teknologi CDMA, khususnya diperuntukan untuk laju kecepatan data rendah.
Kata Kunci: Spread spectrum, pseudo niose generator, CDMA, kode unik, direct sequence
Abstact -- One of the main advantages spread spectrum communication system is ability to transmit data information with a unique codes and certain receiving device can detected only. More method of generating a unique code in the spread spectrum that one  called as direct sequences. Application of this  method  is  especially  realized  to  CDMA  technology  due  it  simplicity  design  and  easy  to  analyze characteristics related with distribution of unique codes on a radio transmission bandwidth. The original of this source code came from random data who generated by a pseudo noise or pseudo noise generator through controlling has code length of 16 with frequency stability generator are 15.020 kHz and carrier frequencies are 499.9419 kHz where both of these produces a value of 0.0412% percent error for clock frequency pseudo noise and 0.000049% percent error for carrier frequency stability and effect of this method is still good to implemented on CDMA technology low data rate.
Keyword: Spread spectrum, pseudo noise generator, CDMA, unique codes, direct sequence
PENDAHULUAN Teknologi
Spread Spectrum cukup berkembang  sejalan  kebutuhan  akan  sistem komunikasi  yang  mampu  mengatasi  masalah terkait  dengan  kerahasiaan  informasi  dan gangguan  seperti  interferensi  dan jamming . Sistem komunikasi ini terbentuk dari suatu teknik penebaran  sinyal  informasi  melalui  sebuah  kode unik  yang  dikirim  bersamaan  sehingga  pita transmisinya  menjadi  lebih  lebar  dari  lebar  pita sinyal  informasinya.  Sedangkan  dalam  proses penebarannya  dilakukan  oleh  sebuah  kode penebar  noise  semu  yang  dinamakan pseudo noise yaitu  dengan  cara  menambahkan  secara langsung  kode  penebar  tersebut  pada  sinyal informasinya.  Karena  itu,  metoda  ini  dinamakan sebagai direct sequence spread  spectrum (Falahati dan Sanandaji, 2016) (Grover, 2016) .
Umumnya  teknologi  komunikasi spread spectrum dibedakan oleh 3 elemen penting yaitu: lebar  pita,  penyebaran  pita  dan  perangkat penerimanya . Lebar pita transmisinya lebih lebar dari lebar pita yang dibutuhkan untuk mengirimkan informiasi  sebagai  nilai  keunggulan  yaitu  memiliki kekebalan  terhadap  interferensi  dan jamming . Sedangkan  penyebaran  pita  transmisi  dilakukan dengan bantuan kode-kode unik yang independent terhadap  datanya.  Serta,  pada perangkat  penerimanya  dipaksa  harus  mampu mensinkronisasikan dengan kode-kode unik yang dikirim untuk proses recovery data. Permasalahan saat recovery data menurut Lina  E.  Atalabani  (2015)  adalah  timbulnya noise error yang bersesuaian dengan peningkatan BER, akibat  menurunnya  SNR  karena  informasi  selalu terkirim  dalam  laju  data  yang  tinggi.  Sedangkan
menurut  (Youssef et.al ,  2009)  efek multipath mampu  meningkatkan  waktu  tunda  ( delay )  yang berdampak  pada  meningkatkan  probabilitas kesalahan  bit  di  sisi  penerima.  Pendapat  ini diperkuat  lagi  oleh  Pravin  (2015)  yang  meneliti adanya  keterkaitan  antara  jumlah  register  geser pada  sistem maximal  length pseudo  noise sebagai  sumber  pembangkit  kode-kode  acak terhadap  meningkat  atau  menurunya code  rate, sebagai  acuan  utama  dalam mendeteksi  adanya tidaknya kesalahan bit atau BER.
Pendekatan Residue Number System yang tawarkan  oleh  (Youssef et.al ,  2009)  yang kemudian  dikembangkan  lagi  oleh  Alatabani  dan Abdalla  (2015)  dimana  perbaikan  kesalahan  bit dapat dilakukan dengan menerapkan pendekatan metoda direct  sequence  spread  spectrum . Caranya  dengan  SNR  dan  laju  data  ditetapkan pada level rendah kemudian menurunkan panjang pengkodean  di  bagian maximal  length pseudo noise melalui  pengurangan  jumlah  register  pada sistem liniear  feedback  shift  register (LFSR). Sehingga  pembangkitan  data  acak  pita  tersebar pada laju rendah dengan efisiensi bandwidth yang lebih baik dapat direalisasikan tanpa menimbulkan kesalahan bit yang besar.

## METODA PENELITIAN

## Spread Spectrum
Sumber  utama  sistem  pembangkit  pada komunikasi spread spectrum adalah adanya data acak derau semu atau pseudonoise random yang dibangun  dari  deretan  register  geser  ( shift register )  dan  sebuah  memori  logic  ( feedback logic )  sebagai  fungsi  penyebar  data  acak  kode unik  yang  memiliki  urutan  panjang  kode  unik sebesar (Torrieri, 2005) (Ziemer, 2007).
𝑁 = 2 𝑚 − 1 (1)
dimana m menunjukkan  jumlah  register  geser yang  secara  sistem,  sebagaimana  digambarkan pada Gambar 1.
Shift Register 2 Shift Register 3
Shift Register m Shift Register
1
Feedback Logic (Logic Gate) Clock Input PN Sequence ouput Gambar 1. Pembangkit urutan data tersebar kode unik dengan m register geser
Kode-kode  unik  yang  digunakan  pada  metoda direct  sequence memiliki  sifat  acak  berulang secara  periodik  ( pseudo  random )  atau  disebut pseudo  noise (PN).  Dampaknya  adalah  dapat
meningkatkan  kapasitas  yang  secara  tidak langsung  meningkatkan  lebar  pita  transmisi sesuai  dengan  pendekatan  teori  kapasitas Shannon yang menyatakan pada Persamaan (2), bahwa:
𝐶  =  𝐵 𝑙𝑜𝑔 2 (1 + 𝑆/𝑁) (2)
Tetapi,  dari  Persamaan  (2)  ini  juga  dapat dinyatakan  bahwa  untuk  penerapan  pada komunikasi spektrum tersebar ( spread spectrum ), kapasitas kanal transmisi dapat dibuat tetap pada level  daya noise yang tinggi  ( S / N rendah) dengan cara memperbesar lebar pita transmisi. Dampaknya, jika lebar pita ini diperlebar dua kali, maka  kapasitas  kanal  C  akan  meningkat  dua kalinya, dengan asumsi bahwa S / N bernilai tetap. Shannon juga menjelaskan bahwa sebuah kanal transmisi dapat mengirimkan data informasi dengan probabilitas kesalahan yang kecil, apabila pada  informasi  terkirim  tersebut  dilakukan pengkodean  yang  tepat  dengan  laju  kecepatan transmisi informasi tidak melebihi kapasitas kanal, meskipun kanal tersebut memuat derau acak. Hal ini  menunjukan  bahwa spread  spectrum dapat bekerja pada keadaan daya noise yang tinggi dan memiliki  probabilitas  kesalahan  transmisi  yang kecil.
Direct sequence spread spectrum (DS-SS) merupakan  sebuah  penyebaran  data  informasi oleh  kode  penyebar  secara  langsung  yang kemudian  ditebarkan  pada  suatu  spektrum transmisi tertentu melalui proses modulasi. Salah satu  yang  banyak  digunakan  adalah  jenis modulasi phase binary .
Kode PN Chip Clock + Carrier RF X - + Input Data DS-SS S SS (t)

## Gambar 2. Blok diagram DS-SS dengan modulasi binary phase
Gambar 2 menggambarkan sebuah sistem DS-SS untuk akses pengguna tunggal ( single user ) yang direpresentasikan sebagai Persamaan (3) (Torrieri, 2005):
𝑆 𝑠𝑠 (𝑡) = √ 𝐸 𝑠 𝑇 𝑠 𝑚(𝑡)𝑝(𝑡)cos (2𝜋𝑓 𝑐 𝑡 + 𝜃) (3)
dimana 𝑚(𝑡) menyatakan  urutan  data  masukan, 𝑝(𝑡) menyatakan PN kode penyebar, 𝑓 𝑐 frekuensi
pembawa  dan 𝜃 menunjukkan  sudut  fase pembawa.  Sedangkan  bagi  pengakses  jamak ( multi users )  dapat  direpresentasikan  sebagai Persamaan (4) (Torrieri, 2005):
𝑆 𝑖 (𝑡) = √ 𝐸 𝑠 𝑇 𝑠 𝑚 𝑖 (𝑡)𝑝 𝑖 (𝑡)cos (2𝜋𝑓 𝑐 𝑡 + 𝜃 𝑖 ) (4)
Secara sistem Persamaan (4) ini dapat digambarkan ke dalam sebuah skema dasar blok sistem akses jamak, seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.
PN- 1 + 2 πf c t+ θ -1 X - + S SS (t) m -1 (t) PN-i + 2 πf c t+ θ -1 X - + m -i (t) Σ Σ n(t) p -1 (t) p -i (t) S -1 (t) S -i (t)
Gambar 3. Blok digram DS-SS dengan i- th akses pengguna Ada beberapa keunggulan dengan diterapkannya sistem komunikasi spread spectrum melalui  implementasi  metode direct sequence. Keunggulan pertama adalah kerahasiaan terjamin, dimana keamanan informasi  yang  terkandung  dalam  sinyal spread spectrum mengandung  format  transmisi  berupa kode  unik  yang  menyebabkan  informasi  yang dikirim tidak dapat ditangkap oleh penerima yang tidak  mengetahui  pola  kode  yang  digunakan pengirim.  Keunggulan  kedua  adalah  mampu menekan  interferensi  dan jamming ,  dimana kemampuan  menekan  interferensi  mendasari penciptaan  dan  pengembangan  sistem spread spectrum ini.  Sedangkan  keunggulan  ketiga adalah daya yang rendah, sinyal yang dikirimkan dapat dioperasikan pada daya yang lebih rendah. Sinyal  yang  dipancarkan  dengan  daya  rendah memberikan  keuntungan  dalam  hal  mengurangi terjadinya  interferensi  pada  sistem-sistem  lain. Pengoperasian  pada  daya  rendah  adalah  sifat yang  timbul  akibat  perluasan bandwidth ini.  Ini juga merupakan ciri khas dari sistem komunikasi spread spectrum pada umumnya.

## Algoritma Perancangan
Penerapan  teknik direct  sequence dalam merealisasikan  sistem  adalah  lebih  mudah menganalisis dibanding teknik lain. Hal ini terkait
karakteristik data yang disebarkan pada jangkauan  spektrum  khususnya  untuk  data berkecepaatan rendah serta kemampuan mengurangi    atau  menekan interferensi dan jamming terjadi pada sisi despreading . Proses ini dilakukan  guna  mengkorelasikan  sinyal spread spectrum dengan  kode  noise  semu  pada penerima. Apabila kode noise semu ini identik dan sefase  dengan  kode  pengirim,  maka  proses despreading terjadi  sehingga  sinyal  transmisi kembali ke keadaan bandwidth semula.
Sinyal  interferensi  dan jamming ikut dikorelasikan  dengan  kode  PN  penerima  dan yang  terjadi  bukanlah  proses despreading melainkan spreading .  Sebab,  spektrum  sinyal interferensi  dan jamming ditebarkan  lagi  pada spectrum frekuensi  kode  noise  semu  di  sisi penerima yang lebar. Penekanan sinyal interferensi  dan jamming dengan  metoda direct sequence ini  dapat  dilakukan  juga dengan  cara lain yaitu menebarkan kode unik pada bandwidth yang  lebar  dan  mencupliknya  sebagian  pada bandwidth yang sempit.
Adapun  algoritma  perancangan  sistem diperlihatkan pada Gambar 4.
Mulai Spesifikasi sistem Penentuan parameter sistem Simulasi Sesuai spesifikasi sistem ? Pabrikasi Pengukuran & analisis Sesuai perancangan & simulasi selesai Optimasi
Gambar 4. Diagram alur perancangan sistem
Langkah simulasi merupakan tahapan awal sebelum
terealisasinya sistem sebelum dipabrikasi.  Selain  itu,  simulasi  juga  bertujuan memperhitungkan  dan  menganalisis  hasilnya sebagai rujukan agar dalam tahapan pabrikasinya nanti  tidak  melenceng  jauh  sesuai  perancangan. Simulasi dilakukan menggunakan program software aplikasi Matlab 2009 Ra.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Beberapa  hasil  pengujian  dan  analisis sistem  yang  dirancang  terdiri  dari  beberapa  sub sistem antara lain:

## Pembakitan Informasi Data Acak
Pseudo  random  Generator merupakan sistem  yang  mewakili  suatu  pembangkitan  data acak  bertujuan  untuk  mempermudah  dalam menganalisis  karakterisasi  data  masukan  dari sumber  data  dalam  format  sinyal  0  dan  1. Tahapan awal pembangkitan informasi data acak semu  ini  dengan  cara  mengendalikan  parameter frekuensi  pada  bagian  pewaktuan  menggunakan formulasi Persamaan (5).
1 2 1 ) 2 ( 44 , 1 C x R R f   (5)
Nilai  frekuensi  pewaktuan  ini  dikendalikan  oleh salah  satu  dari  komponen  kapasitor  C 1 atau tahanan R 1 dan R 2 . Kemudian dengan menentukan  deretan  kode  semu  terpanjang sebesar 𝑁 = 2 5−1 = 2 4 = 16 dimana  N  ini menunjukan jumlah register geser yang digunakan. Maka, didapatkan laju kecepatan data informasi  masukan  seperti  yang  tercantum  pada Tabel 1.
Tabel 1. Laju kecepatan data informasi masukan

## Pseudo random generator (PRG)
Sampel ke- Panjang kode Frekuensi (Hz) Laju data (bps) 1 𝑁 = 5 100 200 2 200 400 3 300 600 4 400 800 5 500 1000
Data  pada  Tabel  1  diperoleh  dari  hasil simulasi pemodelan rangkaian yang diperlihatkan pada  Gambar  5.  Hasil  pengamatan  dan  simulasi keluaran  sistem  PRG  ini  ditunjukkan  pada Gambar 6.
(a)
(b)
Gambar 5. Model rangkaian pembangkit informasi data acak semu masukan:
(a). Clock (b). PRG
Gambar 6. Bentuk sinyal keluran sistem pembangkitan data acak masukan

## Pembangkit Kode Pseudo Noise (PN)
Uji  coba  pengukuran  sistem  PN  dilakukan dengan  frekuensi clock ditingkatkan  sebesar  15 kHz. Kemudian, diintegrasikan dengan rangkaian Pseudo Noise, guna menyebarkan informasi data acak  masukan  dengan  laju  data  berkecepatan
Vcc 5V Output Ke PN 100nF 10nF R2 1Gnd 2Trg 3Out 4Rst 5 Ctl 6 Thr 7 Dis 8 Vcc 555 2k2 Output Clock S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q
tinggi  dalam  format  level  sinyal polar atau unipolar. Sinyal ini mengandung kode-kode unik, dimana chip sebagai  sumber  penyebar  sinyal informasi  yang  digunakan  untuk  membedakan antara kanal atau pengguna satu sama lainnya.
Model  sistem  PN  ini  terbangun  dari rangkaian  D-Fip  Flop  tersusun  5  buah  dengan panjang  deret  semu  sebesar 𝑁 = 16 disertai deretan  pengacak  gerbang  XOR  yang  tersusun sebanyak  3  buah.  Adapun  model  rangkaian pembangkit kode PN ditunjukan pada Gambar 7.
Gambar 7. Rangkaian pembangkit kode penyebar derau semu ( Pseudo Noise Code)
Hasil  pengamatan  dan  simulasi  dari  keluaran sistem PN ini ditunjukan pada Gambar 8.
Gambar 8. Bentuk sinyal kode penyebar derau semu ( pseudo noise ) pada metode direct sequence spread spectrum
Bentuk sinyal kode penyebar pada Gambar 8 merupakan deretan sinyal acak dalam tampilan mirip  dengan noise yang  digunakan  untuk menyebarkan  data  informasi  pada  suatu  pita transmisi  dengan  tingkat  kelajuan  data  tertentu dan range frekuensi  antara  0  Hz-  15  kHz.  Pada Gambar 8 tersebut, terlihat bahwa frekuensi yang diukur adalah sebesar 7,692 kHz. Ini menunjukan bahwa ada perubahan nilai laju data dan frekuensi tetapi masih di dalam range frekuensi 15 kHz dan panjang kode penyebarnya.

## Modulator BPSK
Uji coba pengukuran model modulator yang digunakan adalah modulator BPSK yang diseimbangkan  dengan  2  masukan,  yaitu  data biner  acak  tersebar  dan  sinyal  pembawa  RF. Model  rangkaian  modulator  ini  menghasilkan sinyal termodulasi digital dengan sinyal pembawa yang  ditekan  ( suppressed  carrier ).  Hal  ini dimaksudkan agar
mengefisiensikan penggunakan  lebar  pita  transmisinya.  Adapun model rangkaiannya yang disimulasikan ditunjukan Gambar 9.
Gambar 9. Rangkaian Modulator BPSK untuk pembangkitan modulasi direct sequence spread spectrum (DSSS)
Dengan  penguatan  modulasi,  keluarannya dapat  diatur  dan  ditentukan  dari  hubungan Persamaan (6).
𝑅 𝑒 = 26 𝑚𝑉 𝐼𝑒 (6)
Hasil  pengukuran  modulator  DSSS  ditunjukkan oleh Gambar 10.
Sinyal  keluaran  dari  modulator  DSSS  di atas merupakan sinyal Binary Phase Shift Keying (BPSK). Setiap perubahan nilai biner 0 dan 1 akan mengalami  perubahan phase sinyal  DSSS dimana  ini  merupakan  ciri  tampilan  visual  sinyal dari metode direct sequence .
Sedangkan bentuk sebaran data masukan pada pita frekuensi transmisi 500 kHz menunjukan  bahwa  spektrum  akan  tersebar  di sepanjang  frekuensi  pembawa  500  kHz  dengan rentang  yang  luas  dan  hal  ini  berdampak  pada meningkatnya bandwidth seiring dengan semakin panjangnya  rentetan  data  yang  disebarkan  oleh rangkaian penyebar ( spreader ) melalui pengendalian nilai N dan clock.
Output Ke Adder Input Dari Clock S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q S D CP R Q _ Q I5 10mA VEE -12V 50k 40% Input Sinyal Modulasi Input Dari Osilator + 0.1uF + 0.1uF Vcc 12V Outout Ke Filter Re 2 8 10 1 4 14 5 12 6 3 MC1496 6k8 51 51 10k 10k 51 1k 1k 3k9 3k9
(a)
(b)
Gambar 10. Bentuk sinyal dan spektrum tersebar keluaran modulator DSSS

## KESIMPULAN
Berdasarkan  pengujian  sistem  yang  telah dilakukan,  dapat  disimpulkan  beberapa  hal. Pertama,  spektrum  tersebar  terjadi  di  sepanjang frekuensi  pembawa  RF  dengan  rentang  lebih lebar  dari  pita  frekuensinya  yang  berarti  bahwa bandwidth akan  mengalami  peningkatan  seiring dengan  semakin  panjangnya  bit  informasi  yang disebarkan  oleh spreader .  Kemudian,  nilai kestabilan frekuensi clock PRG rata-rata menghasilkan  probabilitas  kesalahan  sekitar 6,03x10 -5 dan  mempunyai  persentase  kesalahan sekitar 4,89x10 -4 %, sehingga clock ini dikatakan baik.  Kecepatan  data  yang  dihasilkan  adalah sebesar  dua  kali  frekuensi  clock-nya.  Selain  itu, dapat  dikatakan  bahwa  nilai  kestabilan clock 15 kHz  rangkaian  PN  dan  frekuensi  pembawa  500 kHz adalah 15,020 kHz dan 499,9419 kHz dengan persentse  kesalahan  masing-masing  sebesar 0,0412 % dan 0,000049 % yang menujukan masih relatif baik model sebaran spektrum metode direct
sequence untuk  mendukung  sistem  komunikasi nirkaber berbasis CDMA.

## REFERENSI
Falahati,  A.,  and Sanandaji,  N. Nested  and interleaved  direct  sequence  spread  spectrum to  enhance  CDMA  security  and  bit  error  rate performance. International Journal of Communication System . 2016; 29:1907 –1915.
http://dx.doi.org/10.1002/dac.3151 .
Grover,  D.  K.  Overview  on  Spread  Spectrum Telecommunication. Digital Signal Processing. 2016; 8 (1): 1-6.
He,  Xiandeng,  Fei  Changxing,  and  Yi  Yunhui. Despreader  for  Direct  Sequence  Spread Spectrum  System  and  Its  Performance Analysis. Trans Tianjin University and Spinger- Verlag  Berlin  Heidelberg ,  2010;  16  (4):  275- 278.
http://dx.doi.org/10.1007/s12209-010-
1353-y Lee,  Dongwook.,  Hun  Lee,  and  Laurence  B Mailstein.  Direct  Sequence  Spread  Spectrum Wals-QPSK Modulation. IEEE Transaction  on Communications .  2008;  46(9):  1227-1232. http://dx.doi.org/10.1109/26.718564 Alatabani, L. E. dan Abdalla, A. G., FHSS, DSSS, and Hybrid DS/FH Performance Evaluation for VSAT. International  Journal  of  Scientific  and Technology Research 2015; 4 (09): 58-62.
Pravin  Waghmare.  Performance  Evaluation  of
DSSS and FHSS Using Modulation Technique.
International Journal of Innovative Research in Computer  and  Communication  Engineering. 2015; 3 (10): 9150-9156.
http://dx.doi.org/10.15680/IJIRCCE.2015.0310 006
Todorovic,  B.  M.  and  Vladimir,  R.  O.  An Application  of  Direct  Sequence  Spread Spectrum  to  Unmanned  Aerial  Vehicle  PPM Control  Signal  Protection. IEEE  TELSIIKS  9 th
International Conference on Telecommunication in Modern Satellite, Cable and  Broadcasting  Service .  2009;  583-586. http://dx.doi.org/10.1109/TELSKS.2009.53394 40 Torrieri,  D. Principles  of  Spread  Spectrum Communication  Systems .  Spinger  Science and Businness Inc. 2005: 55-127.
Youssef, M.I. Direct Sequence Spread  Spectrum Technique  with  Residue  Number  System. International Journal of electrical and Electronics Engineering , 2009; 3 (4): 223-230. Ziemer,  Rodger  E. Fundamentals  of  Spread Spectrum  Modulation-Synthesis  Lecturers  on Communication . Morgan and Claypool Publishers. 2007: 3-62.