Spread Spectrum

Seiring dengan perkembangan teknologi disegala bidang yang semakin pesat, ternyata perkembangan dunia teknologi selular malah lebih menggila. Semakin hari kita semakin dikenalkan dengan beberapa provider baru dengan persaingannya sendiri-sendiri, ada yang menawarkan ngobrol gratis, sms sepuasnya, bonus nelpon kemana saja dan lain sebagainya. Penawaran yang diberikan ada yang menguntungkan dan adapula yang merugikan bagi kita, seperti tukang becak bilang “bayar murah mau selamat…!” hmm. Kalau kita melihat perkembangan teknologi seluler saat ini, ada dua teknologi seluler yang sedang bersaing dengan hebatnya, yaitu GSM dan CDMA. Akan tetapi kali ini aku akan lebih mengerucutkan bahasan tentang teknologi CDMA terutamanya Spread-Spectrum. Untuk pembahasan mengenai teknologi GSM dapat dilihat di sini.

PENGERTIAN SPREAD SPECTRUM

Lahirnya sistem komunikasi spread spectrum pada pertengahan tahun 1950 dilatarbelakangi oleh 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 derau yang besar. Dalam sistem komunkasi sekarang ini, dimana penggunaan frekuensi sudah cukup padat sehingga interferensi dan noise dari transceiver lain cukup besar. Dalam komunikasi radio kita juga sering mendengar adanya penyadapan pembicaraan pada handphone oleh pesawat radio lain. Spread Spectrum merupakan metode energi elektromagnetik yang dihasilkan dalam suatu bandwidth yang sengaja tersebar pada frekuensi domain, sehingga sinyal memiliki bandwidth yang lebih luas akan tetapi menggunakan peak power yang rendah. Teknik ini digunakan untuk berbagai alasan, termasuk pembentukan keamanan komunikasi, meningkatkan resistensi terhadap gangguan, interferensi, jamming dan untuk mencegah adanya deteksi. Teknologi ini memiliki tingkat keamanan yang lebih tinggi disamping disebarkan dalam bentuk kode-kode juga dikarenakan sinyal-sinyal spread spectrum yang mirip dengan noise sehingga sulit dideteksi. Oleh karenanya teknologi ini digunakan pada militer cukup lama dan kemudian dikembangkan ke komunikasi luar angkasa. Berikut gambaran dan perbandingan bandwith dan peak power pada spread spectrum dgn narrow band.

Narrow-Band vs Spread-Spectrum

Narrow band transmission merupakan suatu teknologi komunikasi yang hanya menggunakan spektrum frekuensi sekadar cukup untuk membawa sinyal data saja dengan tujuan untuk menghemat penggunaan frekuensi. Narrow band memiliki power yang relatif besar untuk transmisi, karena memang sinyal narrow band baru dapat diterima apabila sinyal tsb dapat bertahan diatas general noise level (noise floor). Sehingga hal inilah yg menyebabkan narrow band mudah dapat secara mudah di-jamming dan terganggu oleh interferensi. Jamming merupakan tindakan yang disengaja untuk menindih transmisi dengan daya yang lebih tinggi dengan menggunakan sinyal yang tidak diinginkan pada band yang sama. Disamping itu lebar frekuensi yang narrow atau sempit ini menyebabkan sinyal ini dapat dengan mudah noise atau derau melenyapkan sinyal band-band ini.

Teknologi pada narrow band justru berbeda halnya dengan spread spectrum yang justru menggunakan band frekuensi yang jauh lebih lebar dibanding dengan frekuensi yang dibutuhkan untuk memancarkan sinyalnya (seperti halnya FDMA, dan TDMA pd GSM). Disamping itu penggunaan dayanya yang juga relatif lebih rendah. Hal-hal inilah yang menyebabkan spread spectrum sebaliknya menjadi lebih baik daripada narrow band. Dengan bandwith yang lebar ini, spread spectrum memiliki kelebihan yang membutuhkan periode pulsa yang jauh lebih kecil, karena frekuensi berbanding terbalik dengan periode waktu. Seperti pada gambar di bawah ini (biru adalah narrow band, merah adalah spread spectrum).

Perbandingan periode pulsa

Dengan kata lain kita dapat menyimpulkan kelebihan spread spectrum antara lain :
· Lebih kebal terhadap jamming
· Mampu menekan interferensi
· Dapat dioperasikan pada level daya yang rendah
· Kemampuan multiple access secara CDMA (Code Division Multiple Access)
· Kerahasiaan lebih terjamin
· Ranging

METODE SPREAD SPECTRUM

Kalau kita melihat secara sekilas dari pengertiannya, spread spectrum merupakan metode transmisi menyebarkan data pada spektrum tertentu, dan memang itulah intinya. Dimana suatu data akan disebarkan pada pita frekuensi yang lebar dengan power daya yang rendah. Salah satu contoh aplikasi teknologi spread spectrum ini antara lain CDMA. Setiap kanal/pengguna (user) pada CDMA menggunakan waktu dan frekuensi secara bersamaan. Untuk membedakan setiap kanal/pengguna maka digunakan kode yang unik dan dapat digunakan untuk melebarkan sinyal. Kode ini disebut Pseudo Random Noise (PN Code) yang merupakan deretan data berkecepatan tinggi yang berharga polar (-1 & +1) atau non polar (0 & 1). Kode ini juga memiliki sifat acak semu yang periodik. Adapun pembangkitnya dinamakan Pseudo Random Generator (PRG) atau ada yg menyebutnya dengan Pseudo Noise Generator (PNG).

Blok Diagram Spread Spectrum

Sebuah sistem spread-spectrum harus memenuhi kriteria sebagai berikut :
1. Sinyal yang dikirimkan menduduki bandwidth yang jauh lebih lebar daripada bandwidth minimum yang diperlukan untuk mengirimkan sinyal informasi
2. Pada pengirim terjadi proses spreading yang menebarkan sinyal informasi dengan bantuan sinyal kode yang bersifat independen terhadap informasi
3. Pada penerima terjadi proses despreading yang melibatkan korelasi antara sinyal yang diterima dan replika sinyal kode yang dibangkitkan sendiri oleh suatu generator lokal.

Spreading dan Despreading

Pada bagian pertama menunjukkan bahwa bit-bit data yang akan ditransmisikan ke penerima. Kemudian pada bagian kedua menunjukkan gambar kode PN yang akan digunakan untuk spreading data yang akan ditransmisikan. Kode ini unik untuk setiap user dan akan digunakan kembali dalam proses decode di penerima. Suatu isyarat yang sudah disebar hanya bisa disusun ulang menjadi data asli dengan menggunakan kode PN yang sama. Selanjutnya pada bgain ketiga hasil proses spreading yaitu perkalian antara bit data yang akan dikirim dengan kode PN yang digunakan untuk spreading. Kemudian sebelum dikirimkan, isyarat ini akan dimodulasi dengan isyarat pembawa dengan frekuensi tertentu. Kemudian, hasil tersebut pada contoh ini dimodulasi dengan modulasi BPSK yang siap untuk ditransmisikan. Dalam modulasi BPSK, perubahan nilai bit data di tandai dengan perubahan fase sinyal. Dari gambar terlihat bahwa fase akan berubah ketika bit data berganti nilai. Berikut contoh lain proses spreading dan despreading dengan multiple access.

User 1 mengirimkan data sbg berikut bersama-sama user lain yang telah dikodekan terlebih dahulu.

Kemudian digunakan demodulator berikut :

Dengan memanfaatkan demodulator yg digunakan maka didapatkan hasil perkalian sbb :

Hasil pada demodulator tsb. kemudian diintegralkan dan didapatkan data aslinya sbb :

Dimana pada rentetan gambar di atas, User 1 akan mengirim data dengan menggunakan PN Code yang akan dimodulasi bersama-sama dengan user yg lain. Kemudian pada hasil terakhir tetap didapatkan hasil yang sama.

Wah ternyata panjang juga ya penjelasannya… lain kali akan kita sambung. Semoga sedikit banyak dapat memberikan wawasan kepada kita semua.

Referensi : Wikipedia.org; Elektroindonesia.com; DenayerInstitute-handbook; WCDMA&CDMA2000 McGraw-Hill