Teknik Spread Spectrum [lanjutan…]

Posted: December 15, 2008 in Telekomunikasi
Tags: , , ,

Code Division Multiple Access atau yang lebih sering kita kenal dengan istilah CDMA, merupakan salah satu teknologi seluler yang sekarang sedang bersaing dengan teknologi GSM. Kedua teknologi ini mempunyai masing-masing kelebihan dan keuntungan tersendiri, karena memang pada dasarnya memiliki konsep teknologi yang berbeda. Akan tetapi kali ini aku akan mencoba untuk membahas lebih dalam mengenai teknologi CDMA secara lebih khusus terutama tentang teknik spread spectrum, yaitu mengenai Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), Time Hopping Spread Spectum (TSSS) dan Hybrid Spread Spectrum (FH/DS). Adapun untuk pembahasan secara umum mengenai konsep CDMA yaitu tentang spread spectrum sendiri sudah aku jelaskan sebelumnya dan bisa dilihat di sini.

Sebenarnya ada 4 metode teknik yang digunakan dalam teknologi spread spectrum akan tetapi hanya 2 teknik yang setujui dan diterapkan oleh FCC yaitu FHSS dan DSSS. Untuk lebih jauh mengenal teknik spread spectrum tersebut berikut pembahasan lebih lanjutnya.

FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM (FHSS)

Frequency Hopping Spread Spectrum merupakan teknik spread spectrum yang menggunakan teknik lompatan frekuensi yang berubah-ubah pada sinyal carrier untuk membawa suatu data informasi. Sinyal carrier atau sinyal pembawa mengubah-ubah frekuensi, atau melompat menurut urutan yang bersifat pseudorandom. Urutan pseudorandom ini digunakan sebagai suatu daftar beberapa frekuensi ke arah mana pembawa akan melompat pada suatu interval waktu yang ditetapkan sebelum terjadi pengulangan pola tersebut. Transmiter menggunakan urutan lompatan ini untuk memilih frekuensi pemancarnya. Apabila daftar frekuensi tersebut telah terpakai semua, maka transmiter atau pemancar akan mengulangi urutan tersebut.
Berikut blok diagram FHSS.

fhss-blok
Karena kompleksnya teknologi yang digunakan pada FHSS maka perlu dibuat standarisasi aturan. IEEE mengeluarkan standarisasi operasi yang meliputi beberapa kategori sistem di antaranya :
– Band Frekuensi
– Hop Sequences
– Dwell Time
– Data Rate
Keempat parameter tersebut perlu diatur dan distandardkan agar seluruh sistem yang memanfaatkan teknologi FHSS ini dapat saling kompetibel dan bisa digunakan antara yang satu dengan yang lain.

-.Band Frekuensi.-
IEEE 802.11 menetapkan standart data rates sebesar 1 Mbps dan 2 Mbps, sedangkan OpenAir (suatu standar yang diciptakan oleh forum antar operasi LAN nirkabel yang sekarang tidak berfungsi) menetapkan data rates sebesar 800 kbps dan 1.6 Mbps. Agar suatu frequency hopping systems berada pada 802.11 atau sesuai dengan OpenAir, maka ia harus beroperasi pada band frekuensi 2.4 GHz ISM (yang didefinisikan oleh FCC berada pada kisaran dari 2.4000 GHz sampai 2.5000 GHz). Kedua standar ini memungkinkan operasi pada kisaran frekuensi 2.4000 GHz sampai 2.4833 GHz, atau dengan kata lain frequency hopping band memiliki lebar lebih dari 83 MHz.

-.Hop Sequence.-
Untuk menentukan saluran yang digunakan pada FHSS menggunakan hop sequence. Frekuensi hopping bekerja menggunakan hop pattern yang disebut dengan channel. Berikut analogi dari teknik FHSS, dimana pada tiap periode waktu tertentu sinyal carrier akan mengalami perubahan frekuensi.
fhss2
Dari frekuensi di atas yang dimiliki dimungkinkan terdapat pembagian frekuensi hingga 79 sinkronisasi (2.401 GHz – 2.479 GHz dengan masing-masing kanal 1 MHz), dimana dengan system sebanyak ini setiap frekuensi hopping radio membutuhkan sinkronisasi dengan yang lain tanpa adanya interferensi. Frequency hopping system secara tipikal menggunakan 26 pola lompatan sesuai standar dari FCC. Berikut contoh sederhana untuk membantu kita memperjelas maksud hop sequence. Pada gambar di bawah ini memperlihatkan suatu frequency hopping system yang menggunakan urutan lompatan (hop sequence) sebanyak 5 frekuensi pada suatu band yang berukuran 5 MHz. Dalam contoh ini urutannya adalah:
1. 2.449 GHz 4. 2.450 Ghz
2. 2.452 GHz 5. 2.451 Ghz
3. 2.448 GHz
Sedangkan visualisasinya sebagai berikut.

fhss

Setelah radio memancarkan informasi pada pembawa 2.451 GHz, radio tersebut akan mengulang hop sequence (urutan lompatan), kemudian dimulai lagi dari frekuensi 2.449 GHz.

-.Dwell Time.-
Dalam FHSS kita tahu bahwa frekuensi dari carrier akan berpindah-pindah atau melompat-lompat dari frekuensi yang satu ke frekuensi yang lain. Penempatan carrier pada suatu frekuensi memiliki waktu tertentu. Waktu inilah yang dinamakan dwell time. Atau dengan kata lain, dwell time merupakan rentang lamanya waktu yang diperlukan oleh sistem untuk menempati suatu kanal tertentu, sehingga carrier masih akan berada pada suatu frekuensi tertentu selama jangka waktu yang ditetapkan. Ketika dwell time habis, sistem akan berganti ke frekuensi yang berbeda dan memulai untuk mengirim lagi.

-.Hop Time.-
Pada saat suatu frequency hopping radio melompat dari frekuensi A ke frekuensi B maka ia harus mengubah frekuensi pancar dalam salah satu dari dua cara yaitu, radio tersebut harus beralih ke suatu rangkaian yang berbeda yang telah diselaraskan dengan frekuensi baru tersebut, atau ia harus mengubah sebagian elemen dari rangkaian yang ada untuk menyelaraskan dengan frekuensi baru tersebut. Pada tiap cara, proses peralihan ke frekuensi baru harus tuntas sebelum transmisi dapat dijalankan kembali, dan perubahan ini membutuhkan waktu karena adanya latensi listrik yang inheren dalam sistem rangkaian. Terdapat sedikit waktu selama perubahan frekuensi ini dimana radio tersebut tidak memancar, yang disebut hop time. Hop time diukur dalam mikrodetik (μs) dan dengan dwell time yang relatif panjang yaitu sekitar 100-200 ms, hop time menjadi tidak signifikan. Sistem FHSS 802.11 yang tipikal melompat antar saluran dalam waktu 200-300 μs.

hop-dan-dwell-time-2

DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM (DSSS)

DSSS merupakan suatu metode untuk mengirimkan data dimana sistem pengirim dan penerima keduanya berada pada set frekuensi yang lebarnya adalah 22 MHz. Saluran yang lebar ini memungkinkan piranti untuk memancarkan lebih banyak informasi pada data rate yang lebih tinggi dibanding FHSS system yang ada sekarang.

Teknik spreading yang terkenal dan banyak dipilih para produsen dalam desain produk adalah Direct Sequence Spread Spektrum (DSSS). Sistem ini dipilih karena adanya kemudahan dalam mengacak data yang akan dispreading. Disamping itu, DSSS juga mempunyai unjuk kerja terbaik untuk gangguan noise dan anti jamming, serta paling susah untuk dideteksi. Dalam DSSS spreading hanya menggunakan sebuah generator noise yang periodik yang di sebut Pseudo Noise Generator. Namun ada kekurangan pada DSSS ini yang sering menjadi kendala dalam implementasinya, yaitu pada proses sinkronisasi sinyal yang diterima dengan sinyal dari generator noise lokal pada penerima.

DSSS menggabungkan sinyal data pada stasiun pengirim dengan suatu data rate bit sequence yang lebih tinggi, yang dikenal sebagai chipping code atau processing gain. Processing gain yang tinggi meningkatkan tahanan sinyal terhadap interferensi. Adapun standar processing gain dari FCC adalah minimum 10, seddangkan 802.11 IEEE menetapkan minimum 11.
Berikut blok diagram dari DSSS.

dsss-blok

Proses direct sequence memodulasi carrier dengan suatu code sequence. Jumlah “chips” dalam code tersebut akan menentukan seberapa besar penyebaran (spreading) yang terjadi, dan jumlah chip per bit dan laju code (dalam chip per detik) akan menentukan data rate. Adapun yang perlu diatur di dalam teknologi DSSS adalah band frekuensi dan pengaturan saluran.

-.Band Frekuensi.-
Pada 2.4 GHz ISM band, IEEE menetapkan penggunaan DSSS pada data rate 1 atau 2 Mbps menurut standar 802.11. Sedangkan untuk standar 802.11b (high-rate wireless) menetapkan data rate sebesar 5.5 dan 11 Mbps. Piranti IEEE 802.11b yang bekerja pada 5.5 atau 11 Mbps mampu berkomunikasi dengan piranti-piranti 802.11 yang bekerja pada 1 atau 2 Mbps karena standar 802.11b menyediakan backward compatibility. Atau dengan kata lain, user yang menggunakan piranti-piranti 802.11 tidak perlu mengupgrade keseluruhan piranti LAN nirkabel mereka untuk dapat menggunakan piranti-piranti 802.11b pada jaringan mereka. Sedangkan teknologi 802.11g menjadi teknologi 54 Mbps pertama yang memiliki backward compatibility dengan piranti 802.11 dan 802.11b. Teknologi 802.11g merupakan sistem direct sequence yang bekerja pada 2.4 GHz ISM band yang dapat mengirimkan data hingga mencapai data rate sebesar 54 Mbps.

-.Co-Channel.-
Berbeda dengan frequency hopping system yang menggunakan hop sequences untuk mendefinisikan saluran, direct sequence system menggunakan suatu definisi saluran yang lebih konvensional. Tiap saluran merupakan suatu band frekuensi yang bersebelahan yang lebarnya 22 MHz. Saluran 1, misalnya, bekerja dari frekuensi 2,401 GHz sampai 2,432 GHz (2,412 GHz ± 11 MHz); saluran 2 bekerja dari 2,406 sampai 2,429 GHz (2.417 ± 11 MHz), dan seterusnya. Berikut visualisasinya.
dsss

Kita dapat melihat bahwa saluran 1 dan 2 bertumpang tindih (overlap) dengan suatu besaran yang signifikan. Pemakaian sistem DSSS dengan saluran-saluran yang bertumpang-tindih (overlapping channel) akan menimbulkan interferensi antar-sistem tersebut. Jika kita melihat gambar di atas maka terdapat jarak 5 Mhz dari masing-masing frekuensi sentral (mis. saluran 1 f-sentral = 2,412 GHz sedangkan saluran 2 f-sentral = 2,417 dan seterusnya). Maka dengan demikian saluran-saluran hanya boleh ditempatkan pada lokasi yang sama dan yang terpisah satu sama lain yaitu saluran 1, 6 dan 11 tidak bertumpang-tindih; saluran 2 dan 7 tidak bertumpang-tindih, dan seterusnya.
dsss2
PERBANDINGAN FHSS DAN DSSS

Teknik spread spectrum antara FHSS dan DSSS memiliki perbedaan cara dan metode, oleh karenanya pada kedua teknik tersebut memiliki keunggulan dan kelemahan tersendiri antara yang satu dengan yang lain. Dari kesimpulan pemaparan di atas maka ada beberapa poin yang dapat kita bandingkan, di antaranya :
• Interferensi narrowband
• Biaya
• Co-lokasi
• Kompatibilitas dan ketersediaan peralatan

-.Interferensi Narrowband.-
Keunggulan dari teknologi FHSS meliputi resistensinya yang lebih besar terhadap interferensi narrowband. Sistem DSSS mungkin lebih dipengaruhi oleh interferensi narrowband jika dibanding sistem FHSS karena sistem tersebut menggunakan band-band yang berdekatan dengan lebarnya 22 MHz, bukannya 79 MHz seperti yang digunakan pada sistem FHSS.

-.Biaya.-
Biaya untuk mengimplementasikan suatu direct sequence system jauh lebih rendah jika dibanding dengan biaya frequency hopping system. Karena pada direct sequence untuk tiap peralatan memiliki kanal frekuensi tersendiri sehingga komponen yang diperlukan satu peralatan lebih sederhana.

-.Co-lokasi.-
Keunggulan dari FHSS jika dibanding DSSS adalah kemampuannya untuk menepatkan lebih banyak frequency hopping system secara bersamaan jika dibanding pada direct sequence system. Karena frequency hopping system merupakan frekuensi yang memiliki agilitas tinggi dan memanfaatkan 79 saluran diskrit, maka frequency hopping system memiliki suatu keunggulan ko-lokasi, dibanding direct sequence system, yang memiliki co-lokasi maksimum 3 titik akses (pada satu area bisa digunakan maksimum 3 kanal frekuensi). Akan tetapi jika kita membandingkan throughput dari keduanya maka DSSS masih lebih unggul daripada FHSS, karena DSSS memiliki maksimum 3 titik akses.

-.Kompatibilitas dan ketersediaan peralatan.-
WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) melakukan pengujian atas peralatan LAN nirkabel DSSS yang sesuai dengan standar 802.11b untuk menjamin bahwa peralatan semacam itu dapat bekerja pada kondisi adanya dan beroperasi bersama dengan piranti DSSS standar 802.11 lainnya. Standar interoperasibilitas yang diciptakan oleh WECA yang sekarang pemakaiannya disebut sebagai Wireless Fidelity, atau Wi-Fi. Sedangkan untuk FHSS belum ada organisasi yang mau melangkah lebih jauh untuk melakukan semacam pengujian kompatibilitas seperti pada DSSS.

Semoga dengan sedikit catatan penjelasan tentang teknologi spread spectrum di atas, dapat memberikan gambaran kepada kita semua dan semakin mencerdaskan kita tentang teknologi-teknologi seluler saat ini, terutama teknologi spread spectrum pada CDMA. Demi perbaikan yang ada mengenai tulisan di atas maka alangkah baiknya jika di dalam forum ini diharapkan akan terjadi banyak diskusi yang dapat kita bahas bersama. OK?
Bangsa yang cerdas ada karena masyarakat yang cerdas pula.

Referensi : Jurnal DASI (Perbandingan FHSS dan DSSS); DenayerInstitute-handbook.

Comments
  1. makasih banyak mas Firman atas infonya
    kapan2 sharing2 lagi yak

  2. OK, sama-sama… saya akan menunggu nie sharing2nya🙂

  3. Aztee says:

    Makasih buat posting yg ini sama sebelumnya..
    ngebantu bgt.. =)

  4. wah iki lak judul TAku tentang spread spectrum…

  5. @Aztee :
    Sama-sama… senang bisa membantu….🙂

    @Mas Fifin:
    Wah iya mas… tapi untuk penjelasannya aku rasa masnya yang lebih paham…🙂

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s