Abstrak — Modulasi GMSK ( Gaussian Minimum Shift Keying) adalah  teknik  modulasi  yang  mengurangi  spectrum  sidelobe pada  modulasi  Minimum  Shift  Keying (MSK)  dengan  cara melewatkan  sinyal  NRZ  ke  filter  LPF  Gaussian.  Teknik modulasi  ini  biasanya  digunakan  pada  jaringan  komunikasi GSM.    Pada  Tugas  Akhir  ini  dilakukan  proses  perancangan dan  implementasi  modulasi  dan  demodulasi  GMSK  pada platform WARP.  Proses  perancangan  modulasi  GMSK dilakukan  melalui  pemrograman  pada  software  MATLAB 2012. Sistem diimplementasi pada modul WARPLab7. Jumlah bit  yang  dibangkitkan  adalah  106800  bit.  Sebelum  sistem diimplementasikan  pada  modul  WARP,  sinyal  hasil ditambahkan  dengan  bit  pilot  dan  preamble yang  nantinya berguna untuk mendeteksi data informasi di penerima. Setelah penambahan  pilot  dan  preamble,  data  di  upsample  terlebih dahulu  kemudian  dilakukan  proses  upconvert agar  dapat dikirimkan  melalui  WARP.  Pengujian  implementasi  sistem dilakukan dengan cara pengukuran nilai BER (Bit Error Rate) secara  real  pada  beberapa  kondisi,  diantaranya  perbedaan nilai  BT,  perbedaan  jarak  antara  node pengirim  dan  node penerima dan kondisi LOS (Line of Sight) dan NLOS (No Line of  Sight).    Berdasarkan  hasil  pengujian  didapatkan  pada lingkungan  indoor nilai  BER  terkecil  diperoleh  pada  jarak  4 meter  kondisi  LOS dengan  TxRF sebesar -22.97  dBm  dengan BER  6x10 -6 ,  sedangkan  untuk  lingkungan  outdoor nilai  BER terkecil  diperoleh  pada  jarak  6  meter  kondisi  LOS  dengan TxRF sebesar -22.97 dBm dengan BER 6.9x10 -5 .
Kata kunci — GMSK, Wireless Open Access Research Platform, BER.

## I. PENDAHULUAN
ENELITIAN implementasi  modulasi  dan  demodulasi GMSK  pada  modul  WARP.  Modulasi  GMSK merupakan  pengembangan  dari  teknik modulasi  MSK ( Minimum  Shift  Keying )  dimana  pada  modulasi  GMSK terdapat  penambahan Gaussian  low  pass  filter .  Filter  ini berfungsi  untuk  mengurangi  atau  menghilangkan  upper- sidelobe  pada  spectrum  sinyal  sehingga bandwidth informasi dapat melewati bandwidth kanal yang disediakan. WARP  ( Wireless  Open-Access  Research  Platform )  adalah salah  satu  bentuk Software  Defined  Radio yang dikembangkan  sebagai  modul  penelitian  tentang  sistem komunikasi  nirkabel.  WARP  merupakan  sebuah  FPGA ( Field Programmable Gate Array ) atau modul DSP ( Digital Signal  Processing )  yang  terhubung  dengan  modul  radio. Pemograman  untuk  modulasi  dan  demodulasi  GMSK dengan  mengunakan software MATLAB.  Masalah  yang dibahas adalah  performa BER terhadap  perubahan nilai BT ( bandwidth/bit time ) pada lingkungan indoor dan outdoor .

## II. TEORI PENUNJANG

## A. Gaussian Minimum Shift Keying
MSK ( Minimum Shift Keying ) merupakan tipe CPFSK ( Continuous  Phase  Shift  Keying )  dimana  deviasi  frekuensi puncaknya  sama  dengan  ¼  bit  rate.  MSK  kurang  efisien digunakan  untuk  komunikasi  bergerak  karena  spectrum frekuensinya  masih  memiliki  lobus  samping.  Untuk memperbaiki  kondisi  tersebut,  maka  dikembangkanlah modulasi  GMSK. [4] GMSK sebagai  bentuk  pengembangan dari MSK, didapatkan dengan cara melewatkan sinyal input ke  dalam premodulation  filter Gaussian  sebelum termodulasi MSK. Filter tersebut berfungsi sebagai shaping filter dimana  untuk  membentuk  sinyal  NRZ  yang  tidak kontinu  menjadi  sinyal  kontinu [1]. Premodulation filter Gaussian mengubah respon penuh sinyal informasi (dimana setiap simbol baseband membutuhkan satu periode bit T) ke dalam  respon  sebagian  yang  mana  setiap  simbol  yang dikirim  membutuhkan  beberapa  periode  bit. Hubungan antara pre-modulation  filter  bandwidth ,  B,  dan  periode  bit, T,  mendefinisikan  bandwidth  dari sistem.  Respon  filter Gaussian ditentukan oleh persamaan (1) [2]:
( ) = − − + (1)
Berdasarkan  persamaan  diatas,  respon  filter  dari  filter Gaussian  dengan  beberapa  variasi  nilai  BT  dibuat  dengan menggunakan Matlab dapat ditunjukkan pada gambar

## Gambar 1 Respon filter Gaussian dengan beberapa variasi nilai BT[2]

## B. Modulator GMSK[3]
Proses yang terjadi pada modulator GMSK dimulai dari perubahan  bit  stream  0  dan  1  menjadi  bit  bipolar  dengan level  -1  dan  1.  Kemudian  bit  bipolar  tersebut  diproses melalui  filter  Gaussian g(t) .  Respon  filter  dihitung  melalui konvolusi  antara  bit  bipolar  dengan g(t) .  Hasil  konvolusi kemudian diintegrasikan untuk menghitung nilai fase φ(t) .

## Implementasi dan Evaluasi Kinerja Modulasi dan Demodulasi GMSK dengan menggunakan WARP
Dwi Putri Kusumadewi, Suwadi, dan Titiek Suryani Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail : dwiputrikusumadewi@gmail.com, suwadi110@gmail.com, titiks@ee.its.ac.id
P

## Gambar 2 Blok modulator GMSK

## C. Demodulator GMSK[3]
Sinyal  GMSK  yang  sudah  ditransmisikan  harus didemodulasikan,  agar  didapatkan  sinyal  informasi  sesuai yang  dikirimkan  pemancar.  Penerima  hanya  melakukan proses kebalikan dari pemancar.

## Gambar 3 Blok demodulator GMSK

## D. Probabilitas Error Bit[3]
Dalam  pengiriman  bit,  pada  bagian  penerima  dapat terjadi  kesalahan  yang  biasa  disebut probabilitas  error  bit (Pb).  Untuk  menunjukkan  kinerja  sistem,  digunakan probabilitas  error  yang  nantinya  didapatkan  nilai Bit  Error
Rate (BER).
= ( )
(2)
Dimana  Q(x)  merupakan  persamaan Q-function , didefinisikan  sebagai  probabilitas error simbol  pada noise Gaussian dan  α  adalah  variabel  konstanta  ( roll  of  factor ) yang sama dengan nilai BT.

## E. Wireless Open Access Research Platform (WARP)
WARP  ( Wireless  Open-Access  Research  Platform ) merupakan  salah  satu  perangkat radio  yang  bisa  diprogram untuk  membuat prototype jaringan  wireless. WARP menggabungkan  perangkat  dengan  kemampuan tinggi  yang bisa  diprogram  dengan repository  open-source. Proses implementasi  sistem  komunikasi  pada  WARP  dilakukan pada modul WARP sebagai FPGA dan modul Radio sebagai antarmuka  antara  sistem  komunikasi  dengan  pengolahan sinyal digital.

## 1. Arsitektur Platform[4]
Arsitektur platform WARP  ini  terdiri  dari  empat komponen  yaitu Custom  hardware,  platform  support packages, open-access repository, dan research applications.
Gambar 4 Komponen desain platform
a. Custom Hardware : Custom hardware dirancang untuk memenuhi    kebutuhan  komunikasi  nirkabel  dengan kinerja yang tinggi.
b. Platform  Support  Packages  :  Perangkat  desain  dan modul  antarmuka low-level di  rancang  oleh  peneliti agar  memungkinkan  penggunaan  perangkat  dengan baik pada semua lapisan desain jaringan nirkabel.
c. Open-Access Repository : Repositori berfungsi sebagai arsip untuk semua aspek dari platform , termasuk desain, dokumentasi perpustakaan, dan contoh aplikasi.
d. Research  Applications  :  Implementasi  algoritma  baru, diaktifkan oleh hardware dan paket support platform .

## 2. Desain Hardware
WARP  memiliki  empat  radio  board  yang  bisa  diatur secara  terpisah.  Masing-masing  bekerja  sebagai  transceiver dan memiliki register tersendiri.
Gambar 5 Modul WARP
a. Board FPGA[4]
WARP  menggunakan  FPGA  sebagai  processor  utama karena  memberikan  pengolahan  sumber  daya  yang besar,  blok programmable  logic di  dalamnya  dapat saling  dihubungkan  sehingga  dapat  membentuk  unit fungsional yang kompleks.
b. Radio Board Radio board merupakan interface dari domain digital ke domain analog.

## Gambar 6 Radio Board
c. Peripheral Daughtercards[4] Slot daughtercard memberikan  kesempatan  untuk merancang berbagai custom daughtercards .
d. MIMO/SISO/MISO/SIMO Radio[5]
Desain  platform  radio WARP  dirancang  agar  dapat bekerja pada band ISM 2,4 GHz dan 5 GHz.
e. 10/100 Ethernet Port[5]
Digunakan  sebagai  penghubung/interface antara platform board WARP dengan kabel yang menghubungan ke jaringan internet.
III. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM
Alur  perancangan  sistem  modulasi  dan  demodulasi GMSK  pada WARP ditunjukkan pada gambar 7
Mulai
Integrasi PC dengan Perangkat WARP Pemodelan Sistem Komunikasi SISO Perancangan Sistem Modulasi GMSK Implementasi Sistem pada Perangkat WARP Perhitungan BER Analisa dan Kesimpulan

## Selesai

## Gambar 7 Alur perancangan sistem

## A. Integrasi PC dengan WARP
Pada Tugas Akhir ini menggunakan perangkat WARP V.2 dengan WARP Lab versi 7 untuk mengimplementasikan sistem yang telah dirancang.

## Gambar 8 Integrasi PC dengan perangkat WARP

## B. Implementasi Sistem
Modul WARP memiliki batasan untuk buffer IQ sebesar 2 14 sampel  atau sebanyak  16384  sampel  dalam  sekali pengiriman  data.  Jika  data  yang  akan  dikirimkan  melebihi 16384  sample,  maka  data  tersebut  akan  dibagi  menjadi beberapa frame dan akan dikirimkan secara berulang sesuai jumlah frame yang dihasilkan.

## Gambar 9 Desain frame data yang dikirimkan WARP
Parameter yang digunakan untuk filter Squared Root Raised Cosine (SRRC) adalah sebagai berikut:
 Filter Orde : 64
 Roll of factor : 0.3
 Upsample : 8
Parameter pada perangkat WARP adalah sebagai berikut:
 Tx gain RF : 0 - 60
 Tx gain Baseband
: 1  Rx gain RF : 1  Rx gain BB : 13
 Frekuensi upconvert : 5 MHz  Frekuensi downconvert : 5 MHz  Frekuensi sampling WARP : 40 MHz
Gambar  10 Blok  diagram sistem  komunikasi  SISO  dengan  modulasi GMSK

## C. Metode Pengukuran
Pada  Tugas  Akhir  ini,  pengukuran  dari  implementasi sistem  modulasi  dan  demodulasi  GMSK  dilakukan  pada kondisi  lingkungan  yang  berbeda  yaitu  lingkungan indoor dan  lingkungan outdoor .  Selain  kondisi  lingkungan indoor dan outdoor ,  pengukuran  juga  dilakukan  dengan  kondisi LOS ( Line  of  Sight )  atau  tanpa penghalang  dan NLOS ( No Line of  Sight )  atau  dengan  penghalang.  Berbagai  macam pengukuran dilakukan untuk membandingkan kinerja sistem komunikasi  SISO  dengan  metode  teknik  modulasi  GMSK pada lingkungan yang berbeda.
Parameter  yang  digunakan  dalam  pengukuran  antara lain:
 Jumlah bit : 106800  Frek. Upsampling GMSK : 1  Frekuensi upconvert : 5 MHz  Simbol Preamble : 18 simbol  Simbol Pilot : setiap 9 simbol

## IV. PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Pada  Bab  IV  berisi  hasil  pengukuran  dan  analisa  dari implementasi  sistem  komunikasi  dengan  teknik  modulasi GMSK  menggunakan Wireless  Open  Access  Research Platform (WARP).

## A. Analisa Hasil Pengukuran pada Lingkungan Indoor
1. Jarak 4 Meter
Berdasarkan  data  pengukuran  pada  kondisi  LOS  dan NLOS,  nilai  BER  yang  dihasilkan  pada  kondisi  LOS  lebih baik  dibandingkan  NLOS.  Untuk  nilai  BT  =  0.6,  pada kondisi  LOS,  diperlukan  gain  yang  lebih kecil  untuk mendapatkan  nilai  BER  sama  dengan  nol  yaitu  pada  gain 30, sedangkan pada  kondisi  NLOS  diperlukan  gain  sebesar 40. Hal  ini disebabkan karena pada kondisi  NLOS  terdapat penghalang  antara node pengirim  dan node penerima  yang menganggu  proses  pengiriman  data.  Penghalang  tersebut dapat  menyebabkan  sinyal  yang  dikirimkan    mengalami pantulan dan menempuh jarak yang lebih jauh untuk sampai di  penerima  sehingga  data  yang  dikirim  dapat  mengalami perubahan ( error ).
Gambar 11 Grafik BER GMSK jarak 4m lingkungan Indoor pada kondisi LOS
Gambar 12 Grafik BER GMSK jarak 4m lingkungan Indoor pada kondisi NLOS

## 2. Jarak 5 Meter
Gambar 13 Grafik BER GMSK jarak 5m lingkungan Indoor pada kondisi LOS
Gambar 14 Grafik BER GMSK jarak 5m lingkungan Indoor pada kondisi NLOS
Berdasarkan  data  hasil  pengukuran  pada  kondisi  LOS dan NLOS  untuk  jarak 5 meter, nilai BER  yang  dihasilkan pada  kondisi  LOS  lebih  baik  dibandingkan  kondisi  NLOS. Misal untuk nilai BT =1, pada kondisi LOS diperlukan gain sebesar  50  untuk  mendapatkan  nilai  BER  =  0  sedangkan pada kondisi NLOS memerlukan gain yang lebih besar yaitu sebesar 60 agar mendapatkan nilai BER sama dengan nol.

## 3. Jarak 6 Meter
Gambar 15 Grafik BER GMSK jarak 6m lingkungan Indoor pada kondisi LOS
Berdasarkan  hasil  pengukuran  antara  kondisi  LOS  dan NLOS  dibandingkan,  dapat  dilihat  jika  pada  kondisi  LOS memiliki  nilai  BER  yang  lebih  kecil  dibandingkan  pada kondisi  NLOS.  Hal  ini  disebabkan  karena  pada  kondisi NLOS  terdapat  penghalang  berupa  jaring  kawat  di  antara pengirim  dengan  penerima  sehingga  menyebabkan  sinyal yang  dikirimkan  mengalami  lebih  banyak  pantulan  dan menempuh jarak yang lebih jauh untuk sampai di penerima. Pemantulan  sinyal  tersebut  dapat  menyebabkan  gangguan pada sinyal yang dikirimkan.
-35 -30 -25 -20 -15 -10 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Indoor Jarak 4m Kondisi LOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Indoor Jarak 4m Kondisi NLOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Indoor Jarak 5m Kondisi LOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6
BT 0.8
BT 1.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 10 -3 10 -2 10 -1 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Indoor Jarak 5m Kondisi NLOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6
BT 0.8
BT 1.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Indoor Jarak 6m Kondisi LOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0
Gambar 16 Grafik BER GMSK jarak 6m lingkungan Indoor pada kondisi NLOS

## B. Analisa Hasil Pengukuran pada Lingkungan Outdoor

## 1. Jarak 4 Meter
Gambar 17 Grafik BER GMSK jarak 4m lingkungan Outdoor pada kondisi
LOS
Gambar 18 Grafik BER GMSK jarak 4m lingkungan Outdoor pada kondisi NLOS
Berdasarkan  hasil  pengukuran  nilai  BER  pada  kondisi LOS dan NLOS, nilai BER pada kondisi NLOS lebih besar
dibandingkan  dengan  LOS,  kondisi ini sesuai  dengan  teori. Pada  kondisi  NLOS  terdapat  penghalang  antara  pengirim dan  penerima  sehingga  sinyal  yang  dikirimkan  mengalami lebih  banyak  pantulan  dan  redaman  sehingga error yang dihasilkan lebih besar.

## 2. Jarak 5 Meter
Gambar 19 Grafik BER GMSK GMSK jarak 5m lingkungan Outdoor pada kondisi LOS
Gambar 20 Grafik BER GMSK jarak 5m lingkungan Outdoor pada kondisi NLOS
Berdasarkan  hasil  pengukuran pada  kondisi  LOS  dan NLOS  dibandingkan,  kinerja  keduanya  hampir  mendekati sama,  tetapi error yang  dihasilkan  pada  kondisi  NLOS sedikit  lebih  besar  jika  dibandingkan  dengan  kondisi  LOS. Hal  ini  disebabkan  karena  pada  kondisi  NLOS  terdapat penghalang  antara pengirim  dan  penerima  sehingga  sinyal yang  dikirimkan  mengalami  lebih  banyak  pantulan  dan redaman sehingga error yang dihasilkan lebih besar.
3. Jarak 6 Meter
Berdasarkan  hasil  pengukuran nilai  BER  pada  kondisi LOS dan NLOS dibandingkan, nilai BER pada kondisi LOS lebih  kecil  dibandingkan  pada  kondisi  NLOS.  Hal  ini disebabkan karena pada kondisi NLOS terdapat penghalang antara  pengirim  dan  penerima  sehingga  sinyal  yang dikirimkan  mengalami lebih  banyak  pantulan  dan  redaman
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Indoor Jarak 6m Kondisi NLOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Outdoor Jarak 4m Kondisi LOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Outdoor Jarak 4m Kondisi NLOS BT 0.2 BT 0.4
BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Outdoor Jarak 5m Kondisi LOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6
BT 0.8
BT 1.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Outdoor Jarak 5m Kondisi NLOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0
sehingga error yang  dihasilkan  lebih  besar.  Pengukuran tersebut sesuai dengan teori.
Gambar 21 Grafik BER GMSK jarak 6m lingkungan Outdoor pada kondisi LOS
Gambar 22 Grafik BER GMSK jarak 6m lingkungan Outdoor pada kondisi NLOS

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkan  proses  implementasi,  pengujian  dan analisis dari sistem teknik modulasi dan demodulasi GMSK pada  modul  WARP  dapat  ditarik  kesimpulan  sebagai berikut:
1. Kondisi  LOS  menghasilkan  nilai  BER  yang  lebih  baik dibandingkan pada kondisi NLOS . Pada jarak 4 meter, untuk  nilai  BT  0.2,  nilai  BER  pada  kondisi  LOS  nilai TxRf = 35 adalah 1.2x10 -5 dan pada kondisi NLOS nilai TxRF = 50 adalah 2.7 x 10 -3 .
2. Semakin jauh jarak antara node pengirim dan penerima, maka  nilai  BER  yang  dihasilkan  juga  akan  semakin besar.
3. Semakin  kecil  nilai  BT,  maka  nilai  BER  yang dihasilkan akan semakin besar.
4. Pengukuran  pada  lingkungan outdoor menghasilkan nilai  BER  yang  lebih  baik  dibandingkan  pada lingkungan indoor.
5. Nilai  TxRF  yang  semakin  besar  menyebabkan  nilai BER yang semakin kecil.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Murota, K. and Hirade, K.July 1981.GMSK Modulation for Digital
Mobile Radio Telephony. IEEE Transactions on
Communications. Vol.Com-29,No.7.
[2] Marpanaji,  Eko.,  Riyanto,  Bambang.,  Langi,  Armein  Z.R., Mahendra,  Andri  and  Liung,  Thay.2006.”Simulation  and Experimental  Study  of  GMSK  Modulation  on  SDR  Platform.”
International Joint Conference TSSA & WSSA 2006 . [3] Sukmana, Aditya., Suwadi dan Suryani, Titiek.2014.
“Implementasi  Modulasi  dan  Demodulasi  GMSK  pada  DSK TMS320C6416T”.Jurnal Teknik POMITS Vol. 3, No1.
[4] Patrick Murphy, Ashu Sabharwal, and Behnaam Aazhang, “Design of  WARP:  a  Wireless  Open-Access  Research  Platform,”  14 th European  Signal  Processing  Conference  (EUSIPCO  2006),
Florence, Italy, September 4-8, 2006.
[5] Khattab, Ahmed., Camp, Joseph., Hunter, Chris., Murphy, Patrick., Sabhwarwal,  Ashutosh  and  Khightly,  Edward  W.”Demonstration Abstract:  WARP  – A  Flexible  Platform  for  Clean-Slate  Wireless Medium  Access  Protocol  Design”.ECE  Department,  Rice Univercity,Houston, TX, USA. Proakis, John G. “ Digital Communications Fourth Edition ”. Prentice Hall. 2006.
-35 -30 -25 -20 -15 -10 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Outdoor Jarak 6m Kondisi LOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 TX RF output (dBm) B E R Kurva GMSK Lingkungan Outdoor Jarak 6m Kondisi NLOS BT 0.2 BT 0.4 BT 0.6 BT 0.8 BT 1.0