Aplikasi BPF (Band Pass Filter) Digital Untuk Pendeteksian Sinyal AFSK (Amplitudo Shift Keying) Pada Piranti RTTY (Radio Tele Type)

Transkripsi

1 TEKNOLOGI DI INDUSTRI (SENIATI) 216 ISSN : Aplkas BPF (Band Pass Fltr) Dgtal Untuk Pndtksan Snyal AFSK (Ampltudo Shft Kyng) Pada Prant RTTY (Rado Tl Typ) Achmad Stawan 1,*, Kusno Suryad 1 1 Tknk Elktro Unvrstas Gajayana Jl. Mrtojoyo Po.Box 252 Malang Indonsa * E-mal : ahmadst@gmal.com Abstrak. Pnltan n brtujuan untuk mndapatkan sstm fltr yang kompak dan brknrja tngg shngga apabla dtrapkan pada sstm RTTY maka sstm RTTY trsbut dapat mnghaslkan snyal yang bbas dar nos Fltr BPF dgtal yang dmplmntaskan pada sstm RTTY n dplh dar jns IIR mnggunakan pndkatan Chbychv ord 4. Sstm fltr dgtal trsbut kmudan dwujudkan mnggunakan uc dar kluarga AVR yang dlngkap dngan sstm pngkonds snyal Analog dan R Laddr DAC. Untuk mlaksanakan pross prkalan dan pnjumlahan, pnlt mnggunakan algortma Prkalan-Pnjumlahan Fx Pont 8 bt. Dar hasl pngujan, bak pngujan scara analss maupun pngukuran d laboratorum, ddapatkan bahwa fltr dgtal yang drancang mmpunya nla Bandwdth (BW) sbsar 3Hz, Plmahan darah Stop sbsar -35dB, Pnguatan darah Lolos sbsar db. Walaupun nla-nla paramtr fltr yang ddapatkan n mash mnunjukkan dvas yang cukup bsar dbandngkan dngan nla-nla prncanan akan ttap fltr BPF dgtal yang drancang mash dapat dgunakan pada prant RTTY. Kata Kunc: RTTY, Fltr Dgtal, BPF, Chbychv, uc AVR, Fx Pont 1. Pndahuluan Prant RTTY umumnya mnggunakan tknk AFSK (Audo Frquncy Shft Kyng) untuk mnggantkan kod-kod dgtal mnjad pulsa-pulsa lktromagntk. Kod dalam data dgtal nantnya akan dgantkan dngan snyal audo brfrkuns 2125 Hz sdangkan kod 1 dgantkan dngan snyal brfrkuns 2195 Hz [1]. Shngga drtan kod dgtal yang dnputkan pada prangkat RTTY akan dgantkan dngan snyal-snyal audo yang trgsr scara frkuns. Prmasalahan muncul ktka snyal-snyal trsbut dpancarkan mnggunakan systm rado trmodulas AM. Prmasalahan tu adalah trdstorsnya snyal audo trsbut akbat adanya nos yang trcampur pada saat pmodulasan maupun ktka snyal RF dpancarkan mnuju udara bbas. Untuk mmurnkan kmbal snyal Audo trsbut maka pada systm pnrma RTTY dtambahkan prant fltr Band Pass (BPF) yang mmpunya ord tngg. Dharapkan BPF ord tngg n dapat mmsahkan snyal 2125 Hz dan 2195 Hz dar nos yang trcampur. Untuk mndapatkan BPF ord tngg (N>6), mtod yang palng mmungknkan untuk dtrapkan adalah mtod pmfltran dgtal. Slan kompak (hanya mmrlukan 1 chp pngolah snyal), mtod fltrsas dgtal mmungknkan sorang dsanr mlakukan pngubahan paramtr fltrsas scara cpat. Pngubahan paramtr n dapat dlakukan karna mtod fltrsas dgtal mnggunakan prangkat lunak sbaga sarana pngolahan snyal. Sbuah fltr dgtal umumnya dbntuk dar sbuah chp ADC, chp pngolah snyal (chp DSP) dan sbuah systm DAC. Chp DSP adalah sbuah chp yang drancang khusus untuk mngolah snyal scara dgtal. Karna drancang scara khusus untuk pngolahan snyal scara dgtal, maka umumnya chp DSP rlatf lbh mahal darpada chp mkroprossor Gnral Purposs. Chp pngolah snyal dapat pula dbuat dar chp uc srba guna (Gnral Purposs uc sprt dar kluarga AVR dan kluarga PIC). Walaupun dar sg tknk pngolahan kurang fsn dbandngkan dngan chp DSP, akan ttap uc n mmpunya ftur yang lbh lngkap sbaga sbuah sstm mnmum slan harganya yang rlatf lbh murah dbandngkan dngan chp DSP. Dalam pnltan n, pnuls akan mnggunakan chp uc Srba Guna ( Gnral Purposs uc ) untuk mwujudkan sbuah sstm BPF dgtal. BPF dgtal n nantnya akan dgunakan pnuls untuk mmurnkan snyal AFSK dar sbuah sstm RTTY portabl. SENIATI 216 Insttut Tknolog Nasonal Malang B. 7

2 TEKNOLOGI DI INDUSTRI (SENIATI) 216 ISSN : Fltr Dgtal Scara umum prangkat kras dar sstm fltr dgtal dapat dtunjukkan dngan Gambar 1 brkut n. Gambar 1 Sstm prangkat kras dar fltr dgtal Snyal analog yang akan dolah scara dgtal (x(t)) dlwatkan trlbh dahulu pada prangkat S/H (Sampl and Hold). Olh prangkat S/H, snyal analog trsbut dcacah (dsampl) dan dhold pada kcpatan sampl sbsar Fs. Hasl cacahan trsbut kmudan dtrjmahkan sampl pr sampl mnjad data dgtal slbar n bt untuk kmudan dolah lbh lanjut olh prossor. Pada prossor data-data dgtal trsbut kmudan dolah brdasarkan algortma (prsamaan fltr) yang drancang. Hasl pngolahan olh algortma trsbut kmudan dumpankan pada prant DAC yang brtugas untuk mngkonvrs stap data dgtal yang dkluarkan olh prossor mnjad data analog staranya. Data analog trsbut kmudan dfltr mnggunakan fltr LPF (Low Pass Fltr) Analog shngga ddapatkan snyal analog hasl pngolahan yang bbas dar harmonsa 3. Fltr Dgtal IIR Suatu fltr dgtal IIR (Infnt Impuls Rspons) adalah suatu sstm matmats dskrt yang dnyatakan sbaga brkut [2]: y( n) = å h( k) x( n- k) (1) k= dngan: y(n) : kluaran sstm dskrt, x(n) : masukan dskrt, h(n) : karaktrstk sstm dskrt Karna jumlah suku pnjumlahan pada Prsamaan 1 trsbut adalah tak brhngga, maka umumnya Prsamaan 1 trsbut dnyatakan dngan prsamaan dskrt yang mlbatkan suku kluaran sblumnya (y(n-k)) dan suku masukan (x(n-k)) sbagamana Prsamaan 2 brkut n. M y( n) = a y( n- ) + b x( n- ) = 1 = L å å (2) Dngan a = kofsn suku-suku Rcursv, b = kofsn suku-suku NonRcursv, M, L = Ord suku Rcursv dan Non Rcursv Fungs alh dar sstm dgtal IIR dalam kawasan z dapat dnyatakan pula sbaga: Y ( z) H ( z) = = X ( z) L -k åbk z k= M -k åak z k= 1 Dalam prncanaan sstm-sstm IIR prlu dprhatkan pula masalah kstablan sstm. Dalam [2] dsbutkan bahwa suatu systm dkatakan stabl apabla trdapat masukan yang trbatas ( x(n) < A) mnghaslkan kluaran sstm yang trbatas pula ( y(n) < B) atau å h( k) < (4) k=- (3) B. 8 Insttut Tknolog Nasonal Malang SENIATI 216

3 TEKNOLOGI DI INDUSTRI (SENIATI) 216 ISSN : Prncanaan sstm IIR brbass Fltr Analog Salah satu mtod prncanaan sstm IIR, dalam hal n fltr dgtal IIR, adalah mtod Transformas Blnr [2]. Scara rngkas mtod prncanaan fltr dgtal IIR dapat dgambarkan sbaga brkut: Gambar 2 Dsan fltr dgtal IIR mnggunakan Mtod Blnar Dar dagram pada Gambar 2 trsbut trlhat bahwa prncanaan fltr dgtal IIR dmula dngan mnspsfkaskan dahulu sfat fltr yang dngnkan brdasarkan spsfkas fltr Analog. Spsfkas yang dmaksud adalah Jns fltr yang dngnkan (LPF, BPF, HPF atau Band Stop), Bsar pnguatan pada darah Lolos (Ap) dan bsar prdaman pada darah Stop, Frkuns Cut-Off, Frkuns Rsonans dan Lbar Band. Apabla spsfkas yang dmaksud tlah trpnuh, maka tahap brkutnya adalah mnntukan prsamaan fltr Analog dalam suku s. Untuk mngubah prsamaan fltr Analog mnjad prsamaan fltr Dgtal (f(z)) dapat dgunakan transformas Blnar. Transformas n sbnarnya adalah sbuah transformas yang mmtakan stap suku s = jω mnjad suku z = jω [2][3][4]: 1- z s= f ( z) = (5) 1 + z 5. Dsan BPF Analog Chbychv Suatu fltr BPF Analog dapat dwujudkan dngan pross transformas Analog-Analog dar prototyp LPF trnormalsrnya [2][3][4]. Hal n brart, hal prtama yang prlu dlakukan untuk mndsan fltr BPF adalah mrancang trlbh dahulu prototyp LPF trnormalsrnya. Untuk lbh jlasnya prhatkan dagram brkut n Gambar 3 Prosdur prncanaan fltr Analog Ral dar fltr trnormalsrnya Suatu fltr LPF Chbychv trnormalsr mmpunya prsamaan umum sbaga brkut: 2 1 H ( W ) = Tp I (6) a T ( W ) H a T 2 W = 1 ( ) 2 2 N N æ 1 ö ç èwø æ 1 ö èwø TN ç Tp II (7) dmana Ω : frkuns analog, N : ord fltr, ε : nla rppl darah Pass atau Stop, T N : Polnom Chbychv SENIATI 216 Insttut Tknolog Nasonal Malang B. 9

4 TEKNOLOGI DI INDUSTRI (SENIATI) 216 ISSN : Untuk mnntukan ord fltr (N) dapat dgunakan Prsamaan 8 brkut n [2] : cosh N = cosh w stop = = pass W w= W stop pass - Astop /1 1 1 Apass /1 1 Dngan tlah dtntukannya nla N (Ord Fltr), maka fungs alh fltr dapat dcar dan umumnya brbntuk kaskad brkut n [5] H( s) = H( s) H1( s) H2( s) H3( s)... H K ( s) (9) dngan H (s) brnla sbaga brkut: ì 1 ï 1+ H( s) =í ï W ï î s +W 2 pass N Gnap= 2K N Ganjl= 2K+ 1 Jka LPF Chbychv tp II yang dgunakan, maka brlaku hal-hal sbaga brkut: Wstop W 3dB = æ 1 ö coshç cosh ( stop) è N ø 1 snh a ( ) N stop Wstop Wstop W =, W = = 1,2,3... K snh a snq p q = ( N- 1+ 2) 2N = (12) Shngga fungs transfr Analog-nya dapat dnyatakan sbaga: H ( s) cos ( ) Dan H (s) akan mmpunya nla: (8) (1) (11) W s (14) = - W q s + W +W s ì1 ï H( s) = í W ï î W + s Untuk mngubah fungs transfr LPF Chbychv trnormalsr datas mnjad fungs transfr BPF dgtal (prhatkan Gambar 4) dapat dlakukan transformas Blnar BPF sbagamana Prsamaan b 1z + b 2z + b 1z + z (16) H ( z) = G 1+ a z + a z + a z + a z Nla-nla kofsn untuk N Gnap maupun N Ganjl dapat dlhat d [2][3][4][5]. (13) (15) Gambar 4 Transformas LPF - BPF [2] B. 1 Insttut Tknolog Nasonal Malang SENIATI 216

5 TEKNOLOGI DI INDUSTRI (SENIATI) 216 ISSN : Prncanaan Fltr Dgtal IIR Chbychv Dar hasl pnlusuran pustaka, pnuls mndapatkan data bahwa fltrng yang dprlukan bag snyal RTTY adalah: Ksaran frkuns pass : 23 Hz sampa 239Hz, Frkuns stop : 5Hz pada masngmasng ss, Frkuns Samplng : 12 KHz. Karna yang dngnkan adalah fltr dngan rspon flat pada drah Pass, maka tp fltr yang dgunakan adalah tp II Chbychv. Dan brdasarkan data datas, maka dapat dtntukan nla rppl dan ord fltr sbaga brkut: Atnuas darah pass :.2 db, Atnuas darah stop : 4 db, Dngan mntukan konstanta c, ω pass, ω stop, Ω pass, Ω stop, maka ddapatkan ord fltr sbsar 4 (N = 4). Hasl mplmntas dar paramtr-paramatr yang tlah dtntukan dapat dnyatakan dngan dagram brkut: 7. Pngujan Gambar 5 Dagram Implmntas dar fltr IIR Dar hasl pngujan trhadap ksluruhan systm yang drancang ddapatkan hasl sbaga brkut: Gambar 6 Rspon Ampltudo dar fltr SENIATI 216 Insttut Tknolog Nasonal Malang B. 11

6 TEKNOLOGI DI INDUSTRI (SENIATI) 216 ISSN : Gambar 7. Rspon Fasa dar fltr Dar Gambar 6 dan Gambar 7 dapat drngkas hasl pngujan Fltr sbaga brkut: Tabl 1 Rsum Pngujan Fltr No Paramtr Uj MATLAB LAB. 1 Lbar Band 27 Hz 3 2 Frkuns Stop 198, ,24 3 Astop -4dB -35dB 4 Apass db db 8. Smpulan 1. Sstm prangkat kras yang drancang yatu sstm mnmum AVR DSP tlah dapat brfungs sbagamana mstnya, yatu mlakukan pross pmbacaan mlalu ADC, mlakukan pross pngolahan brdasarkan algortma IIR dan mngluarkan data hasl olahan mnuju prant DAC 2. Sstm prangkat lunak yang dkmbangkan dapat brfungs sbagamana mstnya yatu mlakukan pross pngolahan data sdmkan rupa shngga mmbntuk fungs prangkat kras mnjad fltr BPF dgtal IIR dar jns Chbychv. 3. Dar hasl pngujan ddapatkan bahwa fltr dgtal yang drancang mnghaslkan nla BW (BandWdth) sbsar 3Hz, Apass (Pnguatan Pass Band) sbsar, dan Astop (Pnguatan darah Stop) sbsar -35dB. 4. Faktor yang mnybabkan trjadnya dvas antara nla-nla pngujan dngan nla-nla prncanaan adalah kurang fsnnya algortma yang dgunakan trutama algortma Prkalan- Pnjumlahan Fx Pont (MAC). 9. Daftar Rfrns [1] Forr Johan. 27. A DSP-Basd Audo Sgnal Procssor. QEX. Sptmbr 27 [2] Orfands. 21. Introducton to Sgnal Procssng. Prntc Hall Inc.---- [3] Antonou Dgtal Fltr Analyss and Dsgn. Tata Mc Graw Hll. [4] G.Proaks, John Dgtal Sgnal Procssng. Prntc Hall. Nw Jrsy. USA [5] Nwll, Cragh. 27. Alf Null DSP Card 4 Manual. [6] AVR223: Dgtal Fltrs wth AVR. AVR Applcaton Not. [7] Ramu, Ananta Implmntng FIR and IIR Dgtal Fltrs Usng PIC18 mcrocontrollrs. Mcrochp Tch. Inda [8] Cassang, Rulph. 22. DSP Applcaton Usng C and TMS32C6x DSK. John Wlly and Sons. USA B. 12 Insttut Tknolog Nasonal Malang SENIATI 216