Analisis Kinerja Binary Frekuensi Shift Keying pada Pengiriman Citra Nano Satelit

Transkripsi

1 JURNAL ILMIAH ELIE ELEKRO, VOL. 4, NO., MARE 03: 38-4 Analisis Kinerja Binary Frekuensi Shift Keying pada Pengiriman Citra Nano Satelit Rahardhita Widyatra *, Gamantyo Hendrantoro, dan Suwadi Jurusan eknik Elektro, Fakultas eknologi Industri, Institut eknologi Sepuluh Nopemer, Suraaya 60, Indonesia * widyatra.sudiyo@gmail.com Astrak Nano satelit merupakan salah satu pusat penelitian yang anyak dikerjakan pada tingkat perguruan tinggi. ujuan dari diuat nano satelit dikarenakan ukuran yang relatif kecil dan memutuhkan iaya yang relatif murah. Data yang dikirim dari nano satelit isa erupa teks maupun citra. Pada proses pengiriman ada eerapa hal yang perlu diperhitungkan, antara lain teknik modulasi yang digunakan dan adanya efek doppler saat satelit mencapai ground station. Penelitian ini mengirimkan citra dengan menggunakan modulasi BFSK. Kanal yang digunakan erupa kanal doppler dan tamahan AWGN pada sisi penerima. Hasil pengiriman citra akan erpengaruh terhadap nilai SNR yang digunakan, pada hasil penelitian nilai SNR 8dB sudah isa mendapatkan hasil yang teraik. Sedangkan saat ditamahkan kanal doppler pada simulasi maka akan terjadi pergeseran frekuensi pada proses pengiriman. Astract he Analysis of Binary Frequency Shift Keying Performance during Image ransmission Using Nano Satellite. Nano satellite is one major topic that rought many attention from researchers in the universities. Nano satellite was made due to its relatively small size and low cost. Data transmitted via nano satellite could e in form of text or image. During the transmission process, there are several factors that need to e calculated such as modulation technique and doppler effect when data is received y the ground station. his research was using BFSK modulation in sending image data. Doppler channel is used with an addition of AWGN at the receiver side. he result shows that SNR & db value was at the est mark since the image transmission will affect the value. However, when doppler channel is added, frequency shifting was occured during the transmission process. Keywords: nano satellite, doppler effect, BFSK. Pendahuluan Satelit merupakan salah satu alat antu yang erperan penting dalam erkomunikasi. Dalam eerapa dekade ini telah anyak penelitian untuk mengemangkan satelit. Salah satu tipe satelit yang dikemangkan adalah nano satelit. Nano satelit anyak dikemangkan oleh eragai kalangan, terutama pada kalangan pendidikan dikarenakan iaya pemuatan relatif murah. Alasan lain seperti yang diseutkan oleh Nugroho [] ahwa prinsip dari nano satelit adalah dengan memanfaatkan teknologi yang canggih akan memerikan solusi yang aik dalam melayani keutuhan negara-negara erkemang. Indonesia merupakan salah satu negara erkemang yang sedang meneliti tentang nano satelit. Pada tahun 0, Indonesia mencoa memulai memuat nano satelit yang dieri nama Indonesian Inter-University Satellite- (IiNUSA-). Satelit yang diuat hanya fokus pada pengiriman dan penerimaan erupa data teks yaitu pada frekuensi 436,5 MHz pada uplink dan 45 MHz pada downlink. Sedangkan untuk penelitian selanjutnya difokuskan untuk pengiriman citra sehingga akan terdapat dua frekuensi pada downlink, yaitu frekuensi untuk pengiriman teks dan frekuensi untuk pengiriman citra. Frekuensi untuk pengiriman citra yang dipergunakan pada penelitian ini mengacu pada perencanaan IS-SA yaitu,4 GHz. Faktor yang diperhitungkan dalam pengiriman citra antara lain adalah lama waktu pengiriman citra. Untuk IS-SA direncanakan citra yang dikirim adalah hitam dan putih dengan ukuran MP dengan menggunakan aud rate 900 ps sehingga dapat diketahui ahwa 38

2 JURNAL ILMIAH ELIE ELEKRO, VOL. 4, NO., MARE 03: untuk sekali pengiriman secara normal dari satelit ke umi adalah 833 detik. Pada pengiriman diperlukan adanya proses modulasi, dengan ukuran it yang esar. Pada proses pengiriman diperlukan modulasi yang memiliki kecepatan tinggi, penelitian seelumnya telah digunakan GMSK [], dan BPSK [3] sehingga pada penelitian ini menggunakan MFSK seagai modulatornya. MFSK diharapkan dapat mempercepat proses pengiriman dikarenakan nilai M-ary yang leih dari dua. Orit yang dipakai pada IS-SA adalah Low Earth Orit (LEO) [4]. Hasil penelitian Ali et al. [5-6] dikatakan komunikasi antara LEO dengan stasiun umi akan selalu terjadi efek doppler. Karakteristik dari doppler untuk satelit yang erada pada LEO juga ergantung dari ketinggian satelit dan sudut inklinasinya.. Metode Penelitian t v dinotasikan seagai waktu saat satelit terlihat dari stasiun di umi. Sudut elevasi yang terjadi saat t v, merupakan sudut elevasi minimum untuk kemunculan satelit (θ v ). Dengan demikian, durasi total kemunculan satelit terhadap receiver di ground station dapat diperkirakan dengan persamaan (). τ ( θ ) cos ω ( ω cos( i)) s E cos(cos ( cosθ v ) θ v ) r cos(cos ( cosθ ) θ r () Persamaan () dapat digunakan untuk mencari nilai pergeseran frekuensi doppler ternormalisasi untuk satelit LEO. Agar dapat menggunakan persamaan doppler terseut, maka diutuhkan eerapa parameter tamahan yang harus diketahui, antara lain seperti tampak pada ael. Karakteristik doppler pada satelit LEO. Pada penelitian ini esarnya pergeseran frekuensi doppler dilakukan dengan pendekatan matematis. Parameter yang digunakan antara lain nilai eksentrisitas (e) 0 dengan sudut inklinasi 53 o dan memiliki ketinggian dengan umi sejauh 700 Km. Sistem koordinat earth centered fixed (ECF) dipergunakan untuk menjaga posisi satelit agar selalu pada oritnya. Pada Gamar dapat dilihat entuk dari sistem koordinat ECF, P merupakan lokasi terminal di umi yang dapat mengamati satelit pada sudut elevasi maksimum (θ ), sedangkan M merupakan posisi susatelit di umi saat sudut elevasinya maksimum. Posisi satelit dapat ditentukan dengan hukum Cosine pada plane triangle SOP. Selanjutnya jarak sudut antara M dan N yang dapat diukur sepanjang jejak pada permukaan umi dapat dinotasikan seagai ψ ψ(t 0 ) dan t 0 merupakan waktu saat sudut elevasi ernilai maksimum. Gamar. Gamar Satelit yang Ditetapkan pada Lokasi P, Gamar Sperichal riangle MNP dan Gamar Plane riangle SOP [5] f f c r sin( ψ( t) ψ( t0))cos(cos ( cosθ ) θ) ωf ( t) r + r r cos( ψ( t) ψ( t0))cos(cos ( cosθ) θ r ) () dengan ψ(t) merupakan kecepatan sudut dari satelit pada frame ECF, oleh karena ψ(t) ω f (t), maka ω f (t) merupakan kecepatan sudut satelit pada frame ECF. Pergeseran frekuensi doppler yang ternomalisasi ( f/f) dapat dicari dari persamaan (s)(t)/c sehingga dapat diketahui ahwa pergeseran frekuensi doppler ternormalisasi merupakan fungsi dari sudut elevasi maksimum dan kecepatan sudut (ω f (t)) dari satelit pada frame ECF. Hal yang perlu diperhitungkan untuk mendapatkan karakterisasi doppler adalah durasi kemunculan satelit. Gamar. Citra yang Digunakan pada Simulasi [7]

3 40 JURNAL ILMIAH ELIE ELEKRO, VOL. 4, NO., MARE 03: 38-4 ael. Parameter yang Dipakai dalam Perhitungan untuk Mengetahui Pergeseran Doppler pada LEO Variael r E H R Nilai 637 km 700 km 707 km GM (µ) x 0 4 m 3 /s Ωs ω E ω f 0,00 rad/s 7.7 x 0-5 rad/s 0,00 rad/s θ 90 θ min 5 τ ( θ ) 744 s ( t) ψ ( ) ψ 0,609 rad t o menghasilkan dua frekuensi, f dan f yang kemudian disinkronisasikan. Binary input akan mengendalikan multiplexer, dan timing dari it harus disinkronisasikan dengan frekuensi carrier. Jika iner datang maka s (t) akan dilewatkan, erlaku sealiknya jika iner 0 datang maka s (t) yang dilewatkan. Pada teknik demodulasi nonkoheren BFSK tidak diperlukan adanya phase referensi pada sisi penerima. Nonkoheren umumnya leih murah dan leih mudah dalam pemuatannya sea tidak perlu memangkitkan sinyal referensi dan leih sering digunakan meskipun dapat menurunkan kinerja pada kondisi kanal tertentu [9]. Nonkoheren FSK modulasi hanya dapat melalui nonkoheren demodulasi, sedangkan untuk koheren FSK sisi penerima dapat dilakukan dengan non koheren demodulasi. Hal ini dapat diimplementasikan dengan menggunakan correlator atau ekuivalen, ataupun matched filter. Dengan asumsi ahwa sinyal FSK yang dikirim memiliki energi it yang sama. Non koheren BFSK. Pada inary frequency shift keying (BFSK). Frekuensi amplitudo sinyal carrier terdiri dari dua nilai yang ereda erdasarkan pesan yang dikirim, setara dengan iner dan 0. ergantung pada variasi frekuensi yang ditransmisikan, FSK akan memiliki discontinuous phase atau continuous phase pada transmisi it. Frequency shift keying (FSK) merupakan salah satu signal dengan kontruksi ortogonal, seperti tampak pada persamaan (3). Re s m ml ( t) jπf ct [ e ] ml ε e jπm ft, m M,0 t, m M,0 t (3) Gamar 3. Non Koheren BFSK Modulator[8] Pada nonkoheren FSK di mana terdapat dua sinyal yang memiliki initial phase s t 0 yang ereda [8] seperti tampak pada persamaan (4), di mana terdapat dua nilai phase, s dan s. Nonkoheren FSK dapat dihasilkan seperti tampak pada Gamar 3. Frekuensi synthesizer E cos(πf t + φ ),0 t (4) E cos(πf t + φ ),0 t Gamar 4. NonKoheren BFSK Demodulasi [8]

4 JURNAL ILMIAH ELIE ELEKRO, VOL. 4, NO., MARE 03: Hasil dan Pemahasan Pergeseran frekuensi doppler. Besarnya nilai pergeseran pada doppler dipengaruhi oleh eerapa hal, antara lain frekuensi carrier yang digunakan dan esarnya nilai sudut elevasi maksimum dan minimum. Frekuensi carrier yang digunakan pada penelitian ini seesar,4ghz, sehingga nilai ini digunakan seagai variael masukan untuk mencari pergeseran doppler. Selain itu pergeseran doppler juga dipengaruhi sudut elevasi maksimum dan minimum. Dengan sudut elevasi maksimum adalah sudut terakhir dari sisi grounstation atau penerima melihat satelit dan sudut elevasi minimum merupakan sudut awal terlihat. Seperti tampak pada Gamar 5, dengan sudut elevasi maksimum seesar 90 o dan minimum 0 o maka didapatkan esarnya nilai pergeseran adalah mendekati 5 Khz dan memiliki waktu tampak relatif seesar 905 detik. Gamar 6. Pengaruh AWGN pada Citra Penamahan AWGN pada BFSK. Adanya penamahan addictive white gaussian noise (AWGN) pada kanal akan erdampak pada hasil citra yang diterima. Seperti diketahui seelumnya, ahwa AWGN terletak pada sisi penerima, sehingga pada saat pengamilan data ini kanal yang digunakan masih ersifat ideal. ampak pada Gamar 6, semakin esar nilai SNR maka hasil citra yang diterima akan semakin aik. Hal ini diseakan karena amplitudo yang terdistorsi sehingga terjadi peruahan nilai amplitudo dari sinyal aseand modulasi dan esarnya distorsi tergantung dari nilai SNR yang digunakan. Hal ini juga seperti terlihat pada Gamar 7, di mana semakin esar nilai SNR(E/N0) maka nilai it error rate (BER)-nya juga akan semakin kecil. Dengan demikian hasil citra yang diterima sangat erpengaruh terhadap nilai SNR yang ada. Gamar 5. Grafik Pergeseran Doppler pada Sudut Elevasi Maksimum 90 o Gamar 7. Kurva BER Sinyal Modulasi dengan AWGN Citra pada kanal transmisi doppler. Efek doppler yang terjadi dikarenakan adanya pergerakan dari satelit akan erdampak dari citra yang diterima. Seperti tampak pada Gamar 8, setelah diketahui hasil dari BER saat hanya terkena AWGN maka dapat diandingkan dengan saat citra terletak pada kanal transmisi doppler. Dengan memiliki nilai entuk kanal yang sama, maka nilai BER tidak akan erpengaruh terhadap nilai SNR dikarenakan nilai dari pergeseran doppler yang sudah sangat esar. Sama halnya seperti yang terlihat pada Gamar 9, gamar ini merupakan hasil dari citra yang diterima setelah adanya pengaruh doppler. Gamar yang diterima memiliki error yang sangat esar jika diandingkan dengan hanya gangguan AWGN saja. Hal ini diseakan karena nilai f d yang sangat esar yaitu hampir mencapai 5 Khz. Nilai ini hampir dipastikan sangat mempengaruhi nilai pada saat melakukan nonkoheren demodulasi di sisi penerima.

5 4 JURNAL ILMIAH ELIE ELEKRO, VOL. 4, NO., MARE 03: 38-4 dan maksimum 90 o adalah 5 KHz dengan durasi tampak relatif seanyak 905 detik. Dengan menggunakan modulasi nonkoheren BFSK masih elum mampu untuk mengurangi ataupun meredam dari efek doppler terseut. Dengan demikian penelitian selanjutnya akan mencoa dengan menggunakan koheren BFSK atau pun PLL seagai kompensasi untuk mengurangi efek doppler terseut. Daftar Acuan Gamar 8. Kurva BER Sinyal Modulasi dengan Gangguan dan anpa Gangguan Doppler Gamar 9. Perandingan Hasil Citra erkena Doppler pada saat SNR 5 db 4. Simpulan Proses pengiriman citra pada orit LEO dengan frekuensi,4 Ghz dipengaruhi oleh adanya pergeseran doppler. Dengan ketinggian satelit 700 Km di atas permukaan umi doppler maksimum yang dihasilkan dengan frekuensi terseut dan sudut elevasi minimum 0 o [] A. Nugroho, Indonesian Student Conference on Satellite, Suraaya, Desemer, 0. [] M.R. Haii, G. Hendrantoro, D. Kuswidiastuti, Jurnal eknik, / (0) A-. [3] A. Paulus, E. Setijadi, G. Hendrantoro, Jurnal eknik, / (03) A-3. [4] M.-H. You, S.-P. Lee, Y. Han, ERI Journal, /4 (000) 3. [5] I. Ali, N. Al-Dhahir, J.E. Hershey, IEEE rans. On Communications, 46/3 (998) 309. [6] I. Ali, P.G. Bonanni, N. Al-Dhahir, J.E. Hershey, Doppler Application in LEO Satellite Communication System, Springer, New York, 00, p.3. [7] S. Shankland, Attention, Google Maps fans: Here Come GeoEye photos, _ html, 008. [8] J.G Proakis, M. Salehi, Digital Communication, 5th ed., McGraw-Hill Science, New York, 008, p.50. [9] E.N.O. Sackey, hesis Master of Science, Electrical Engineering, Blekinge Institute of echnology, Karlskrona, Sweden, 006.