• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Perancangan dan Pengkajian UHF Spread Spectrum Ethernet Radio
 

Perancangan dan Pengkajian UHF Spread Spectrum Ethernet Radio

on

  • 1,535 views

 

Statistics

Views

Total Views
1,535
Views on SlideShare
1,530
Embed Views
5

Actions

Likes
0
Downloads
28
Comments
0

1 Embed 5

http://materikuliah.info 5

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Perancangan dan Pengkajian UHF Spread Spectrum Ethernet Radio Perancangan dan Pengkajian UHF Spread Spectrum Ethernet Radio Document Transcript

    • PERANCANGAN DAN PENGKAJIAN UHF SPREAD SPECTRUM ETHERNET RADIO UNTUK PEMBANGUNAN INFRASTRUKTUR KOMUNIKASI Tunggul Arif Nugroho1), Suhardi2) 1) 2) Departemen Teknik Elektro dan Sistem Laboratorium Sinyal dan Sistem Komputer Departemen Teknik Elektro Institut Teknologi Harapan Bangsa Institut Teknologi Bandung Jl. Dipati Ukur 80-84 Bandung suhardi@lss.ee.itb.ac.id nomi@ithb.ac.id ABSTRAK Telekomunikasi sudah merupakan kebutuhan dasar dan hak warga negara untuk mendapatkan layanannya. Sementara kondisi di Indonesia masih banyak daerah yang belum mendapatkan layanan komunikasi. Hal ini bisa disebabkan alasan geografis atau alasan ekonomis. Teknik Spread Spectrum yang terdapat pada WLAN dan beroperasi pada frekuensi 2.4 GHz sudah banyak digunakan di perkotaan untuk akses Internet. Karena pengaturan dan kerja sama yang kurang baik maka sekarang ini banyak WarNet yang tidak bisa beroperasi atau terganggu karena saling Interferensi. Hal ini juga disebabkan karena penggunaan Kode Penebar yang tetap dan tidak bisa dirubah pada perangkat WLAN tersebut. Dengan menggunakan teknik yang sama akan tetapi dengan disain yang dilakukan sendiri banyak hal yang bisa dikembangkan atau disesuaikan dengan kondisi. Penggunaan frekuensi UHF yang lebih rendah dari 2.4 GHz akan menambah jangkauan. Dan pemakaian kode penebar ( spreading code ) yang berbeda dari WLAN standar, akan menambah tingkat multiple access utnuk pembagian kanal. Interface yang didisain menggunkan Ethernet Bridge sehingga dengan demikian perangkat ini bisa fleksible untuk menangani berbagai layanan ( multimedia). Kata kunci : spread spectrum, UHF, kode penebar 1. PENDAHULUAN Pada penelitian ini telah dilakukan perancangan, pembuatan, pengukuran dan 1.1. Latar Belakang analisa kinerja Sistem Spread Spectrum Direct Sequence. Dan Pengkajian sistem tersebut untuk Teknologi Spread Spectrum adalah aplikasi sistem komunikasi. sistem komunikasi yang menggunakan lebar pita Perancangan dilakukan berdasarkan teori transmisi yang lebih lebar dari kebutuhan kemudian dilakukan sistem disain berdasarkan minimum lebar pita yang dibutuhkan untuk teori dan komponen yang digunakan. Pembuatan mengirimkan informasi. Dan lebar pita yang dilakukan dengan menggunakan komponen ditransmisikan ditentukan oleh suatu fungsi atu ASICs yang tersedia di pasaran. Realisasi kode tertentu ( spreading code ) yang perangkat keras dilakukan dengan PCB dan independent dengan sinyal informasi dan yang perangkat lunak dengan bahasa mesin pada hanya bisa diketahui/dideteksi oleh Penerima Microcontroller. yang mempunyai fungsi atau kode yang sama. Hasil model diuji coba dengan fokus pada Sistem Spektral Tersebar mempunyai beberapa kinerja sistem yang terdapat interferensi. Ukuran kelebihan antara lain : kinerja yang digunakan adalah: Sensitivitas 1. Anti Jamming sistem terhadap nominal BER, Pengaruh 2. Bisa menekan interferensi interferensi antar Kode, BER vs Eb/No dan BER 3. Memungkinkan untuk dilakukan pada saat terjadi Interferensi. pembagian kanal berdasarkan Kode sehingga dapat digunakan dalam sistem 1.2 Topologi Jaringan mutiple access 4. Komunikasi yang anti sadap ( secure Aplikasi sistem Radio Ethernet ini sebagai communications ) infrastruktur jaringan komunikasi, maka topologi Terdapat beberapa jenis Teknik Modulasi yang yang diusulkan adalah “multiple star”. Bagan digunakan pada sistem Spektral Tersebar, yaitu : jaringan yang diusulkan adalah sebagai berikut : 1. Direct Sequence 2. Frequency Hopping 3. Time Hopping 4. HybridProsiding Konferensi Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi IndonesiaITB, 3-4 Mei 2005 408
    • Gambar 1.1 Topologi Jaringan Fungsi dari masing-masing blok tersebut adalah: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 * 8 # 4 5 6 7 8 9 * 8 # 1. Spread Spectrum Modem : adalah modem Ethernet UHF 70 km untuk men-convert sinyal-sinyal data SWITCH digital dalam bentuk sinkronous NRZ menjadi sinyal IF yang sudah termodulasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # IP Phone 1 2 3 spread spectrum 2. Transceiver : Adalah untuk merubah 4 5 6 7 8 9 * 8 # 1 2 3 4 5 6 frekuensi IF menjadi frekeunsi kerja atau 7 8 9 * 8 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # frekeunsi yang akan dipancarkan ke udara. IP UHF 70 km IP UHF 70 km 1 2 4 5 3 6 Dalam hal ini digunakan frekuensi kerja 350 MHz. 7 8 9 * 8 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 * 8 # iMac iMac 3. Ethernet Bridge : sebagai interface antara WIRELESS BRIDGE Modem Spread Spectrum yang mempunyai interface NRZ ke LAN 802.3 / 10 Base T. Dengan konfigurasi “multiple star” tersebut maka diharapkan semua titik yang secara geografis tersebar seperti umumnya kondisi di 1.4 Spesifikasi Indonesia bisa terhubung. Dan apabila terdapat Spesifikasi perangkat adalah sbb: sebuah jalur link yang terputus maka data dapat mengalir melalui jalur link lainnya. Ini sebuah Tabel 1.1 Spesifikasi perangkat kelebihan yang disebut “self healing”. No Parameter Spesifikasi Alasan 1.3 Konfigurasi Sistem 1 Data Rate 256-512 Akses internet kbps cukup memadai Dalam penggunaannya untuk infrastruktur 2 Mode Continuous Fleksible dan Bisa telekomunikasi, maka sistem yang lengkap Operasi dipakai untuk voice mempunyai konfigurasi sbb: 3 BER < 10-5 Memadai untuk data maupun voice Gambar 1.2 Konfigurasi sistem 5 Jenis Kode Code mempunyai tingkat PN Baker, autokorelasi yang UHF 70 km Walsh tinggi 6 Modulasi QPSK Efisien dalam penggunaan lebar pita. RADIO BRIDGE RADIO BRIDGE RADIO BRIDGE RADIO BRIDGE 7 Power +30 dBm Untuk mencapai Ethernet Ethernet Output (min) jarak minimal 30 km 8 Frekuensi 350 MHz Mudah RF diimplementasikan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 * 8 # 4 5 6 7 8 9 * 8 # dan mempunyai Sistem tersebut terdiri dari perangkat Radio jangkauan yang Spread Spectrum, Ethernet Bridge, Tower dan lebih jauh. 9 Interface RJ45 Fleksible Antenna. Ethernet Dari konfigurasi sistem tersebut , maka blok 10 BaseT diagram dari perangkat Radio Bridge nya adalah sbb: 2 SISTEM DISAIN Gambar 1.3 Blok diagram sistem 2.1 Arsitektur Perangkat Keras ANTENNA Data input/informasi akan yang berupa Ethernet SPREAD ETHERNET BRIDGE SPECTRUM TRANSCEIVER MODEM deretan NRZ serial yang akan diubah menjadi pararel (I dan Q) dan masing-masingnya SERVER dikalikan/di”xor”kan dengan suatu Kode PN yang dibangkitkan dari Generator Kode PN. Selanjutnya data I dan Q diumpankan pada suatu Modulator QPSK untuk dimodulasi dengan frekuensi pembawa yang dibangkitkan dari Osilator Lokal sebesar 350 MHz.Prosiding Konferensi Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi IndonesiaITB, 3-4 Mei 2005 409
    • Pada bagian Penerima sinyal RF akan b. sebagai penghubung antara dikuatkan terlebih dulu oleh suatu penguat Komputer dan DSSS dengan noise figure yang rendah. Selanjutnya Blok ini menggunakan komponen sinyal di-demodulasi dengan suatu QPSK Microcontroller dari Atmel : AT89C51 demodulator. Output nya yang berupa deretan I yang merupakan keluarga dan Q akan di filter dan disinkronkan dengan mircocontroller MCS51. Kode PN lokal dan diubah kembali menjadi 4. Lokal Osilator atau Signal Generator serial NRZ. Untuk membangkitkan Frekuensi Blok diagram dapat digambarkan sbb: Carrier yang digunakan untuk Modulasi dan Demodulasi. Gambar 2.1 Blok diagram Modem Blok ini dimplementasikan dengan Signal generator 5. Data Interface Untuk menghubungkan antara DSSS dengan user/pemakai. Keluaran dari DSSS masih berupa sinyal NRZ untuk Data Input, Data Output, Clock 2.2 Modem DSSS input dan clock output. Sehingga supaya sinyal-sinyal tersebut sesuai dengan Dari spesifikasi dan data sheet maka disain blok kebutuhan pemakai perlu dilakukan interfacing. dari sistem yang akan dibuat dengan kedua komponen ini adalah sbb: 2.3 RF Transceiver 1. PA = Power Amplifier Sinyal RF keluaran dari Modem masih terlalu lemah, sehingga untuk mencapai daya output sekitar 0 dBm diperlukan penguat (power amplifier). 2. Amplifier = AMP Sinyal yang diterima dari antenna mempunyai daya yang sangat lemah karena Gambar 3.3 Blok diagram sistem DSSS sudah melewati udara. Sehingga diperlukan penguat yang mempunyai noise figure yang Fungsi masing-masing Blok adalah sbb: rendah untuk menguatkan sinyal. 1. DSSS Base Band Processor (Direct Sequence Spread Spectrum ) 3 PROTOYPING Adalah merupakan jantung (core) dari Sistem Komunikasi Spektral Tersebar. 3.1 Skematik Diagram Didalam blok ini terdapat dua bagian Dari Blok Diagram dan Spesifikasi hasil utama yaitu : Pemancar dan Penerima. dari proses Perancangan maka langkah Blok ini akan diimplementasikan selanjutnya adalah menuangkan hasil tersebut dengan komponen HFA3824AIV. kedalam skematik diagram. Penggambaran 2. BPSK/QPSK Modulator Demodulator skematik menggunakan perangkat lunak dari (Modem) Protel. Skematik ini dibuat berdasarkan data dan Digunakan untuk memodulasi sinyal manual komponen tersebut. Daftar komponen pita-dasar keluaran DSSS menjadi lengkap terdapat pada lampiran 2. sinyal RF dengan frekuensi pembawa yang dibangkitkan oleh Osilator Lokal Blok ini akan dimplementasikan dengan komponen RF2938 3. Microcontroller Didalam komponen HFA3824AIV terdiri dari banyak register yang harus diisi untuk parameter kerjanya. Untuk melakukan pengisian tersebut diperlukan microcontroller. Fungsi microcontroller adalah: a. melakukakan download parameter ke komponen DSSSProsiding Konferensi Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi IndonesiaITB, 3-4 Mei 2005 410
    • A. Skema DSSS dan Microcontroller meletakkan seluruh komponen. Proses pembuatan dipermudah dengan bantuan CAD Protel. Dengan memasukkan skematik file secara semi automatis PCB akan terbentuk. Dibawah ini adalah hasil rancangan PCB (top layer) untuk DSSS. Gambar 3.9 Skema DSSS Penjelasan: Untuk memprogram/mengisi register HFA3824 dengan microcontroller AT89C51 menggunakan PIN control SD, SCLK, AS, CS Gambar 3.13 PCB DSSS dan R/W. Magnitude Autokorelasi dari hasil proses PCB menggunakan double layer dengan Matched Filter terdapat pada TEST7~TEST0 dan bahan FR4 ( Woven glass, Flameretardant epoxy diubah menjadi sinyal analog oleh DAC0808. resin ) yang mempunyai konstanta dielektrik Isi register HFA3824 bisa secara manual bahan ( εr ) = 4 dan tebal h =1.6 mm. diprogram/diubah dengan menggunakan PC Untuk PCB IQ Modem karena sudah melewati AT89C51 Pin 11 (TXD) dan Pin 10 melibatkan frekuensi tinggi ( 350 MHz ) maka (RXD) perlu dilakukan penentuan lebar jalur PCB supaya didapatkan kondisi impedansi yang match B. Skema IQ Modem untuk frekuensi 350 MHz. Impedansi saluran pada bagian frekuensi tinggi diusahakan 50 ohm. Hal ini mengingat bahwa konektor, kabel dan Antenna mempunyai impedansi 50 Ohm. Dibawah ini hasil rancangan PCB IQ Modem : Gambar 3.10 Skema IQ Modem Penjelasan: -Output/Input RF dan Lokal Osilator menggunakan konektor SMA -Komponen pasif ( Inductor, Capacitor dan Resistor ) menggunakan jenis SMD ( Surface Mount Devices ) -Perlu dipasang de-coupling capasitor setiap input VCC -Tegangan yang digunakan adalah 3.3 Volt 3.2 Perancangan Software di Microcontroller Gambar 3.14 PCB IQ Modem Untuk merubah parameter-parameter yang terdapat pada Base band Processor maka File PCB tersebut kemudian dikirimkan diperlukan Software. Perangkat lunak ini ke pembuat PCB. Hasilnya adalah PCB double diimplementasikan pada Microcontroller layer yang langkah selanjutnya melakukan AT89C51 keluaran Atmel yang sangat popular. penyolderan komponen. Proses penyolderan Tugas utama dari Microcontroller ini dilakukan dengan hati-hati karena kebanyakan untuk melakukan pengisian register dalam komponen adalah sensitive terhadap listrik statis. HFA3824 sesuai dengan hasil rancangan dan berkomunikasi dengan PC. Hasil pembuatan model dapat dilihat di gambar berikut: 3.3 Realisasi Model/Prototipe Proses selanjutnya setelah Desain skematik selesai adalah membuat PCB ( Printed Circuit Board ) yaitu suatu papan tercetak untukProsiding Konferensi Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi IndonesiaITB, 3-4 Mei 2005 411
    • Filter yang berupa sinyal dengan kuantisasi 8 bit akan dirubah menjadi sinyal analog dengan suatu Digital to Analog Converter 8 bit. 4.1.1.1 Konfigurasi Pengukuran Autokorelasi Gambar 4.1 Konfigurasi pengukuran Autokorelasi 4.1.2 Sensitivitas dan BER vs Eb/No Sensitivitas dalam Penerima Spektral Tersebar adalah daya minimum yang dibutuhkan oleh Penerima untuk mendapatkan minimum S/N 4 UJI COBA untuk mendapatkan BER tertentu. Misalnya kita definisikan bahwa BER yang masih bisa diterima Pada tahap ini akan dilakukan pengujian dan adalah 10-5, maka kebutuhan daya minimum analisa kinerja sistem dari perangkat yang untuk BER 10-5 adalah sensitivitas dari penerima. diimplementasikan. Penekanan pada pengukuran BER vs Eb/No dalam ini adalah kinerja sistem yang diukur dalam Penerima merupakan besaran yang penting dan besaran BER ( bit error rate ) terhadap beberapa selalu menjadi ukuran kinerja dari suatu kondisi. Dalam bab ini akan dibahas mengenai perangkat transmisi radio. Untuk mengukur BER metoda pengukuran, hasil pengukuran dan digunakan BER Meter, sedangkan untuk analisa dari hasil pengukuran. mengukur Eb/No digunakan Spectrum Analyzer dengan metoda khusus. Secara langsung 4.1 Alat ukur yang digunakan Spectrum Analyzer hanya bisa mengukur (Co+No)/No yaitu rapat spektral sinyal dan derau Sebelum digunakan seluruh alat ukur berbanding dengan rapat spektral derau. Untuk sudah dikalibrasi terlebih dahulu. Dalam proses mendapatkan Eb/No dari (Co+No)/No terukur pengujian ini diperlukan alat ukur dan alat bantu dengan menggunakan metoda sesuai dengan sbb: Annex 6 dan Annex 7 dari SSOG(13). Langkah- 1. Digital Osiloskop 100 MHz, langkahnya adalah sbb: tipe:54601B 1. Ukur (Co+No)/No sesuai dengan display pada 2. Spectrum Analyzer, Anvantest, tipe Spectrum Analyzer R3365 2. Koreksi (Co+No)/No ke Co/No dengan rumus 3. BER meter, HP, tipe : 3784A sbb: 4. Noise Source Co = 10 log (10((Co+No/No)/10) – 1) 5. Attenuator : 10-50 dB No 6. Printer / Plotter XY [dB] (4.1 ) 7. Personal Computer (PC) 3. Hitung C/No (perbandingan antara carrier dengan rapat 4.2 Metoda Pengukuran dan Perhitungan spektral derau ) untuk QPSK dengan 4.1.1 Autokorelasi ( Output Matched Filter ) rumus : Output Matched Filter menunjukkan C C besarnya autokorelasi yang terjadi antara Kode = o - 3 + 10 log (R) [dB-Hz] No No PN ( pnt ) yang diterima dengan Kode PN lokal (4.2) ( pnr). Besarnya autokorelasi dua deret PN bisa dimana R = kecepatan ditunjukkan dari persamaan 2.12. transmisi (bits/detik) Dalam bagian ini akan dilakukan 4. Hitung Eb/No dengan pengukuran secara fisik dari besarnya autokorelasi dua deret Kode Barker yang identik Eb C = - 10 log ( R ) [dB] yang berasal dari Pemancar dan Penerima. Dari No No bab 3 sudah dijelaskan bahwa output Matched (4.3)Prosiding Konferensi Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi IndonesiaITB, 3-4 Mei 2005 412
    • [2] Peterson, Roger L, Ziemer, Rodger E, 4.1.2 Konfigurasi Pengukuran Sensitivitas dan Introduction to Spread Spectrum BER vs Eb/No Communications, Prentice Hall 1995 [3] Sklar, Bernard, Digital Communication Fundamentals and Applications, Prentice Hall, New Jersey, 1988. [4] Cooper, George R, McGillem, Clare D, Modern Communication and Spread Spectrum, McGraw-Hill, 1986 [5] Torrieri D.J, Principles of Secure Communication System, ed.2, Artech House, 1992 [6] Freeman, Roger L, Radio System Design for telecommunications (1-100 GHz), John Wiley&Sons,1987 [7] RF Micro Devices, Designer Handbook, RF Micro Devices 1998 Gambar 4.2 Konfigurasi pengukuran Sensitivitas dan BER [8] Harris Semiconductor, Wireless vs Eb/No Communication Design Seminar, Harris Semiconductor, 1996 5 KESIMPULAN [9] Harris Semiconductor, Technical Dari hasil pengukuran dan analisa pada Bab 4 maka dapat diambil kesimpulan sbb: Information, Harris Semiconductor, 1. Terdapat perbedaan dari teori terhadap 1997 pengukuran BER vs Eb/No sebesar 3 dB. Analisa hal ini disebabkan oleh : Phase Noise Lokal Osilator, phase and amplitude offset dari Modem dan sistem shielding dan pentanahan yang kurang baik. 2. Sistem masih bekerja dengan normal pada kondisi terdapat Interferensi Pita sempit dengan J/S sampai dengan 7 dB. Penambahan daya interferensi sampai dengan J/S = 22 dB mengakibatkan sistem menurun kinerjanya. 3. Pada interferensi pita lebar ( dengan Kode PN yang berbeda ) dengan J/S= 0 dB ( atau daya sinyal interferensi sama besar dengan sinyal DSSS ) dengan offset 4 MHz sistem bekerja dengan normal BER < 10-5 .Sedangkan pada offset 0 MHz ( atau kedua sinyal berhimpit ) dengan J/S = - 5 dB sistem masih bekerja dengan cukup baik. 4. Sehingga disimpulkan bahwa bila terdapat Interferensi dari pemakai sistem DSSS lain dengan Kode PN yang berbeda sistem masih bekerja dengan cukup baik dengan BER < 10-4 6 REFERENSI [1] Dixon, Robert C, Spread Spectrum System with Commercial Application, John Wiley and Son 1994Prosiding Konferensi Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi IndonesiaITB, 3-4 Mei 2005 413