SISTEM SCRAMBLER DAN DESCRAMBLER PADA TELEPON DENGAN METODE PEMBALIKAN FREKUENSI

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR SISTEM SCRAMBLER DAN DESCRAMBLER PADA TELEPON DENGAN METODE PEMBALIKAN FREKUENSI NAMA : FACHRUR ROZA N.I.M : JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2006

2 LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR Nama : FACHRUR ROZA NIM : Program Studi / Strata : TELEKOMUNKASI / S-1 Judul Skripsi : Sistem Scrambler dan Descrambler pada Telepon dengan Metode Pembalikan Frekuensi Tanggal Ujian Skripsi : Pembimbing, Disahkan Oleh : Ir. Tri Wisaksana. M.Sc. Tanggal : Mengetahui : Ketua Jurusan Teknik Elektro, Koordinator TA Teknik Elektro, Ir.Budi Yanto Husodo.M.Sc. Ir.Yudhi Gunardi ST.MT. Tanggal : Tanggal :

3 ABSTRAK Kerahasiaan atau pengamanan terhadap sinyal informasi yang akan ditransmisikan menjadi sebuah faktor yang penting dalam sistem telekomunikasi. Dengan memodifikasi sinyal informasi yang asli dapat memberikan pengamanan terhadap sinyal informasi tersebut. Dan untuk itu proses scrambler descrambler merupakan salah satu cara yang dapat dipakai untuk pengamanan sinyal informasi. Pada proses scrambler dan descrambler ini memakai cara pembalikan frekuensi untuk memodifikasi sinyal informasi sebelum ditransmisikan. Dengan begitu sinyal yang keluar dari pemancar sudah berbeda dari sinyal aslinya. Proses pembalikan frekuensi ini dihasilakn dari pemodulasian antara sinyal informasi dengan sinyal yang dibangkitkan pada sistem scrambler descrambler tersebut. Pada umumnya sinyal informasi yang belum mengalami proses pembalikan frekuensi mempunyai gain yang lebih besar pada frekuensi yang lebih kecil, dan setelah mengalami proses pembalikan frekuensi, maka gain akan lebih besar pada frekuensi yang lebih besar juga. Dan setelah mengalami proses pembalikan frekuensi, sinyal informasi akan ditransmisikan ke penerima. Di penerima sinyal tersebut disusun kembali dengan cara yang sama seperti pada waktu sinyal tersebut diacak, dan itu bertujuan untuk mendapatkan kembali sinyal informasi.

4 DAFTAR ISI Hal JUDUL PENGESAHAN PERNYATAAN KEASLIAN KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI.. viii DAFTAR GAMBAR xi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pemilihan Judul Tujuan Pembatasan Masalah Metode Penulisan Sistematika penulisan. 3 BAB II TEORI PENUNJANG 2.1. Scrambler and Descrambler Process Prinsip Single Sideband pada penerapan scrambler Pembangkitan SSB v

5 2.4. Op-amp Sebagai Penguatan Tak Membalik Filter BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1. Blok Diagram Realisasi Rangkaian Single Sideband Speech Scrambler Rangkaian Penguat Audio Low Pass Filter Rangkaian Akhir Penerima Sinyal Informasi Rangkaian Catu Daya BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL PENGAMATAN 4.1. Maksud dan Tujuan Alat-alat Pengujian Pengujian Dari Ouput Scrambler Pengujian Dari Output Descrambler Pengujian Output Dengan Scrambler dan Tanpa Proses Scrambler Pengujian Pada Rangkaian Penguat Audio 50 BAB V KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan. 51 vi

6 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A ( Rangkaian Keseluruhan ) LAMPIRAN B ( Lembar Data ) vii

7 DAFTAR GAMBAR HAL Gambar 2.1 Blok diagram proses scrambling dan descrambling 5 Gambar 2.2 Pembalikan frekuensi pada scrambler 6 Gambar 2.3 Spektrum sinyal asli 7 Gmabar 2.4 Proses pembalikan frekuensi 8 Gambar 2.5 Spektrum sinyal yang akan ditransmisikan 8 Gambar 2.6 Proses descrambler frekuensi 9 Gambar 2.7 Spektrum Sinyal Termodulasi 10 Gambar 2.8 Pembangkit SSB yang menggunakan Band pass filter untuk menghapus jalur sisi yang tidak di kehendaki 12 Gambar 2.9 Op-Amp sebagai penguat pembalik 14 Gambar 2.10 Frekuensi respon dari LPF, HPF, BPF dan BSF 16 Gambar 3.1 Diagram blok bagian Scrambler 18 Gambar 3.2 Diagram blok bagian Descrambler 19 Gambar 3.3 Rangkaian scrambler-descrambler dan catu daya 21 Gambar 3.4 Blok diagram dari IC MX Gambar 3.5 Input op-amp pada IC MX Gambar 3.6 Plat yang berfungsi sebagai kapasitor di mic kondensor 29 Gambar 3.7 Rangkaian penguat audio 30 Gambar 3.8 Rangkaian output dari IC MX

8 Gambar 3.9 Rangkaian akhir penerima sinyal informasi 34 Gambar 3.10 Rangkaian power supply dan regulator tegangan 36 Gambar 4.1a Titik uji pada bagian scrambler 38 Gambar 4.1b Titik uji pada bagian desclamber 39 Gambar 4.2 Frekuensi respon dari output scrambler 42 Gambar 4.3 Bentuk gelombang output scrambler yang terlihat pada oscilloscope bila diberi frekuensi input sebesar 2 khz 43 Gambar 4.4 Bentuk gelombang output scrambler yang terlihat pada oscilloscope bila diberi frekuensi input sebesar khz 43 Gambar 4.5 Frekuensi respon dari output descrambler 46 Gambar 4.6 Perbandingan antara sinyal output scrambler dan sinyal yang tidak mengalami proses scrambler pada frekuensi input khz 47 Gambar 4.7 Proses pembalikan frekuensi 47 Gambar 4.8 Grafik hasil output sinyal tanpa proses scrambler 49 Gambar 4.9 Grafik hasil output sinyal dengan proses scrambler 49 Gambar 4.10 Sinyal output dari rangkaian penguat audio dengan tegangan input sebesar volt 50

9 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pemilihan Judul Dalam pengiriman sinyal informasi pada suatu komunikasi telepon terkadang kerahasiaan diperlukan. Kerahasiaan dari informasi yang dikirim ini adalah pihak lain tidak dapat menerima atau mengerti informasi yang terkandung dalam sinyal yang dikirimkan tersebut. Untuk keperluan ini telah dibuat berbagai macam cara penyandian dan pengacakan sinyal informasi tersebut sehingga sinyal informasi yang akan disampaikan dapat terjamin kerahasiaannya. Proses pengacakan sinyal informasi dikenal juga sebagai proses scrambler. Proses scrambler ini dapat dilakukan secara analog maupun digital. Proses scrambler engacakan ini bertujuan agar informasi tersebut tidak dapat dimengerti oleh orang lain. Pada tugas akhir ini akan dibuat sebuah alat scrambler dan descrambler untuk sinyal audio dengan metode pembalikan frekuensi. Alat scrambler ini merupakan suatu alat yang dapat melakukan proses pembalikan frekuensi dari sinyal informasi audio sehingga sinyal keluaran yang dihasilkan tidak dapat di mengerti oleh pihak lain yang tidak memiliki audio descrambler, dimana audio descrambler ini akan melakukan proses pembalikan ulang frekuensi sinyal teracak sehingga dihasilkan kembali sinyal informasi asli.

10 1.2 Tujuan Tujuan dari pembuatan alat scrambler dan descrambler untuk audio dengan metode pembalikan frekuensi adalah untuk merealisasikan sebuah alat pengacak sinyal audio percakapan (scrambler) agar tidak dapat dilacak dan dimengerti oleh orang lain dan sebuah alat pengacak ulang sinyal audio (descrambler) agar didapat kembali sinyal audio asli dari sinyal audio teracak. 1.3 Pembatasan Masalah Dalam tugas akhir ini, penulisan melakukan pembatasan masalah pada scrambler dan descrambler untuk audio dengan metode pembalikan frekuensi sebagai berikut: a. Batas frekuensi kerja adalah 300 Hz samapai 3 KHz. b. Metode pengacakan yang digunakan adalah pembalikan frekuensi. c. Frekuensi carrier pembalik yang digunakan adalah 3,3 khz. 1.4 Metode Penulisan Didalam penulisan tugas akhir ini digunakan metode sebagai berikut: a. Menentukan judul dari alat yang akan dibuat sebagai tugas akhir. b. Merancangkan alat sesuai dengan judul tugas akhir yang dibuat. c. Merealisasikan rancangan ke dalam rangkaian elektronika. d. Melakukan pengujian terhadap alat yang telah direalisasikan.

11 e. Menarik kesimpulan dari hasil pengujian terhadap alat yang dibuat. f. Menyusun laporan tugas akhir. 1.5 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan ini terdiri dari lima bab, dimana kelima bab tersebut diuraikan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Didalam bab ini di bahas mengenai latar belakang pemilihan judul, tujuan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan dari tugas akhir yang di buat. BAB II TEORI PENUNJANG Didalam bab ini di bahas mengenai teori dasar yang menjadi dasar untuk merancang alat ini serta bahan acuan yang cepat dalam mengerti cara kerja rangkaian. BAB III REALISASI RANGKAIAN Didalam bab ini berisi perancangan diagram blok secara keseluruhan, serta uraian mengenai diagram blok dan realisasinya. BAB IV PENGUJIAN ALAT Didalam bab ini dijelaskan tentang pengujian dan pengamatan pada alat yang telah dibuat.

12 BAB V KESIMPULAN Didalam bab ini dikemukakan kesimpulan kesimpulan yang di peroleh dari pembuatan alat ini.

13 BAB II TEORI PENUNJANG 2.1. Scrambler and Descrambler Process Kebanyakan dari sistem pengamanan untuk sistem radio adalah dengan memodifikasi signal aslinya yang dalam proses ini disebut sebagai scrambling. Dalam penjelasan yang sederhana, proses scrambling melibatkan signal tambahan yang membuat signal asli dari sumber informasi berubah pada saat ditransmisikan atau berbeda dengan pada saat signal tersebut pertama kali dibuat. Sehingga proses scrambling ini dapat memberikan keamanan dalam hal kerahasiaan informasi, karena signal informasi yang dikirimkan sudah tidak sama lagi dengan signal aslinya. Salah satu metode scrambling yang paling banyak digunakan yaitu pembalikan frekuensi (frequency inversion). Sesuai dengan namanya, proses ini membuat frekuensi dari signal asli dicerminkan terhadap signal pembalik yang menghasilkan frekuensi dengan range yang berbeda. Gambar 2.1 Blok diagram proses scrambling dan descrambling

14 Untuk keperluan transmisi, suara manusia berkisar antara Hz. Pembalikkan frekuensi menggunakan pengaruh dari penjumlahan signal. Pada gambar 2.2, signal yang masuk dibalik dengan menggunakan frekuensi pembalik sebesar 3,3 khz. Proses ini akan memberikan posisi baru dari level daya pada masing-masing frekuensi input, yang mana frekuensi asli akan berbeda dari frekuensi yang sudah diinversi. Dalam hal ini level daya pada 3000 Hz ditempatkan di 300 Hz ( = 300 ) dan juga level daya pada 300 Hz ditempatkan pada 3000 Hz ( = 3000 ). Penjelasan ini dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut. Gambar 2.2 Pembalikan frekuensi pada scrambler

15 Bagaimanapun, proses pembalikan frekuensi ini menghasilkan blok signal kedua, yang identik dengan sinyal yang asli tetapi berada pada frekuensi yang lebih tinggi. Frekuensi ini adalah sebagai hasil dari penjumlahan signal input dan frekuensi pembalik (sehingga frekuensi mulai dari = 3600Hz dan berakhir pada = 6300Hz). Dan frekuensi tinggi ini adalah diluar dari range transmisi radio, sehingga signal difilter terlebih dahulu sebelum ditransmisikan dan hanya signal pada frekuensi yang lebih rendah yang ditransmisikan. Untuk lebih jelasnya lagi, proses pembalikan frekuensi dapat digambarkan sebagai berikut Av (db) f(hz) f 1 f 2 Gambar 2.3 Spektrum signal asli Spektrum signal asli pada gambar 2.3 dapat diinversi dengan sebuah balanced modulator dan sebuah low-pass filter. Sebuah balanced modulator adalah sebuah rangkaian untuk perkalian signal analog

16 Av(dB) Av(dB) Av(dB) f(hz) f(hz) f(hz) f 1 f 2 f 3 f 3 -f 2 f 3 -f 1 f 3 f 3 +f 1 f 3 +f 2 Gambar 2.4 Proses pembalikan frekuensi Pada gambar 2.4 terlihat bahwa signal asli dimodulasikan dengan frekuensi pembalik F 3. Sehingga menghasilkan frekuensi dengan level daya yang berbeda posisinya dari semula dan juga menghasilkan frekuensi yang lebih tinggi sebagai hasil dari penjumlahan signal asli dengan signal pembaliknya. Dan signal yang akan ditransmisikan akan difilter terlebih dahulu oleh sebuah lowpass filter. Av(dB) f 3 -f 2 f 3 -f 1 f(hz) Gambar 2.5 Spektrum signal yang akan ditransmisikan Dan untuk menyusun kembali signal (descrambler) sehingga didapat signal informasinya maka signal yang diterima akan diproses kembali melalui sebuah

17 balanced modulator dan sebuah low pass filter yang sama pada saat proses pembalikan frekuensi sebelum ditransmisikan. Av(dB) Av(dB) Av(dB) f(hz) f(hz) f(hz) f 3 -f 2 f 3 -f 1 f 4 f 4 -f 3 +f 1 f 4 -f 3 +f 2 f 4 +f 3 -f 2 f 4 +f 3 -f 1 Gambar 2.6 Proses descrambler frekuensi Dimana F 4 F 3 + F 1 = F 1 dan F 4 - F 3 + F 2 = F 2 setelah proses descrambler tersebut. Dan setelah itu dilewatkan melalui sebuah low pass filter. Dalam melakukan proses scrambling dan descrambling pada komunikasi listrik, ada tiga kriteria utama yang harus dipenuhi yaitu: Pengacakan (scrambling) harus benar-benar tidak dapat dipahami walau satu patah kata pun. Signal yang di scrambling harus dapat diterjemahkan (descrambling) kembali tanpa kehilangan informasi sedikitpun. Bandwidth dari signal yang di scrambling harus sebanding dengan signal informasi Prinsip Single Sideband pada penerapan scrambler Pada sistem komunikasi, semua informasi modulasi yang diperlukan dalam proses transmisi sinyal dan proses penerimaan kembali sinyal tersebut terdapat

18 pada masing - masing sideband dari suatu signal yang dimodulasi amplitudo. Pada modulasi signal sinusoidal, hanyal 1/6 dari daya total yang terdapat dapa masing masing sideband, semenatra sisanya sebesar 2/3 dari daya total ada pada signal pembawa, yang tidak mengandung informasi. Jadi jika pembawa dari salah satu sideband dapat dihapuskan dari signal sebelum transmisi,, hanya setengah dari lebar band yang diperlukan untuk transmisi dan hanya 1/6 dari daya total yang perlu di pancarkan untuk tingkat signal yang sama. Spectrum dari signal termodulasi AM diperlihatkan pada gambar 2.7 di bawah ini : Gambar 2.7 Spektrum Sinyal Termodulasi

19 Keterangan gambar 2.7: (a) Double Sideband Ful Carier ( DSBFC ). (b) Double Sideband Suppresses Carrier ( DSBSC ). (c) Single Sideband Suppresses Carrier ( SSBSC ) yang menggunakan USB. (d) Single Sideband Suppresses Carrier ( SSBSC ) yang menggunakan LSB. Didalam gambar 2.7 pada gambar (c) dan (d) hanya terdapat satu sideband, dan hal tersebut hanya memerlukan setengah lebar band frekuensi dari gambar (a) atau (b). Jika sinyal pemodulasinya adalah sinyal cosinus, maka frekuensi sisi atas (USF = upper side frekuensi ) adalah : e USB = E makss. cos ( ω c - ω m ) t frekuensi sisi bawah (LSF = lower side frekuensi ) adalah : e LSB = E makss. cos ( ω c + ω m ) t 2.3.Pembangkitan SSB Sistem pembangkitan SSB yang menggunakan filter filter band pass untuk menghapuskan side band ( jalur sisi ) yang tidak di kehendaki di perlihatkan pada gambar 2.8 berikut ini:

20 Gambar 2.8 Pembangkit SSB yang menggunakan Band pass filter untuk menghapus jalur sisi yang tidak di kehendaki Keterangan : Osilator, berfungsi membangkitkan sinyal carrier untuk modulator balans. Modulator Balans, berfungsi memodulasi sinyal carrier dari osilator dengan sinyal masukan sehingga di hasilkan sinyal termodulasi DSB. Filter jalur sisi, berfungsi menyaring salah satu jalur sisi ( sideband ) dari DSB yang dihasilkan. Osilator kristal, berfungsi membangkitkan sinyal carrier utk pemodulasian tahap akhir pada pencampur balans Pencampuran balans, berfungsi melakukan pemodulasian tahap akhir terhadap sinyal SSB yang telah disaring. Bentuk paling tua dari pemancar single side band ( SSB ) menggunakan sebuah rangkaian modulator balans untuk membangkitkan sinyal Double Sideband

21 Suppresses Carrier ( DSBSC ) yang kemudian di umpankan ke filter filter band pass yang memiliki jalur sempit di mana filter ini hanya meneruskan jalur sisi (side band ) frekuensi- frekuensi yang di kehendaki. Modulasi awal terjadi pada suatu frekuensi rendah seperti misalnya 100 khz karena kesukaran dalam mendapatkan band pass filter dengan karakteristik tajam yang di perlukan pada frekuensi pemancar. Sebuah rangkaian modulator balans melakukan modulasi pertama ini, dan menghasilkan suatu sinyal yang mengandung kedual jalur sisi tetapi tanpa pembawa. Bisanya disediakan sebuah band pass filter SSB, dan operator dapat memilih jalur sisi yang memberikan hasil terbaik dengan menswitch masuk suatu kristal pembawa yang lain untuk memindahkan frekuensi pembawa ke ujung yang lain dari band pass filter. Sebuah pencampuran balans dan osilator kristal memberikan konversi ke atas frekuensi akhir pemancar, dan sebuah penguat RF linier memberikan penguatan daya keluaran. Harus di gunakan penguat linier untuk mencegah timbulnya cacat jalur sisi dan kemungkinan dibangkitnya kembali jalur sisi kedua.

22 2.4.Op-Amp Sebagai Penguat Pembalik Gambar 2.9 Op-Amp sebagai penguat pembalik Gambar 2.9 memperlihatkan penguat tegangan pembalik (inverting voltage amplifier). Rangkain ini adalah pengubah arus ke tegangan yang digerakkan oleh sumber tegangan dan bukan sumber arus. Karena adanya tahanan sumber R i, bagian umpan baliknya berubah dan beberapa sifat umpan balik juga berubah. Masukkan pembalik (inverting input) dari pengubah arus ke tegangan adalah virtual ground. Karena ujung kanan R i terhubung dengan virtual ground yang bertegangan 0 V, maka secara matematik kita dapatkan persamaan, arus yang masuk sama dengan V in I in R S

23 Karena virtual ground tidak dapat menerima arus, maka semua arus masuk mengalir melalui R F, dan menghasilkan tegangan keluar. V - I in R F V in R F V out R i V out - R F V in R i R F Av R i Di mana tanda minus menyatakan pembalikan fasa. Yang berarti penguatan tegangan sama dengan harga negatif dari perbandingan tahanan umpan balik terhadap tahanan sumber. Karena adanya virtual ground pada ujung kanan R i, menyebabkan impedansi masuk dari penguat tegangan pembalik dapat dikendalikan, yaitu dengan mengatur besarnya R i. Bila R i mendekati tak terhingga, maka sebagian dari tegangan keluar yang diumpan balikkan ke masukkan (B) mendekati 1, dan rangkaian menjadi pengubah arus ke tegangan.

24 2.5. Filter Filter adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk memisahkan sinyal yang dikehendaki dari sinyal-sinyal lain yang tidak diinginkan, dan juga untuk memperkecil kebisingan dan interferensi pada sinyal yang dikehendaki tersebut. Gambar 2.10 Frekuensi respon dari: (a) Low Pass Filter (LPF) (b) High Pass Filter (HPF) (c) Band Pass Filter (BPF) (d) Band Stop Filter (BSF) Ada beberapa jenis filter, antara lain: a) Low Pass Filter (LPF), yaitu filter yang melewatkan frekuensi-frekuensi di bawah frekuensi batas (cut-off frequency), frekuensi di atas frekuensi batas diredam.

25 b) High Pass Filter (HPF), yaitu filter yang melewatkan frekuensi-frekuensi di atas frekuensi batas, frekuensi di bawah frekuensi batas diredam. c) Band Pass Filter (BPF), yaitu filter yang melewatkan suatu jalur frekuensi tertentu (di antara frekuensi batas atas dan batas bawah), frekuensi di bawah batas bawah dan frekuensi di atas batas akan diredam. d) Band Stop Filter, yaitu filter yang meredam frekuensi di antara frekuensi batas atas dan batas bawah, dan melewatkan semua frekuensi di bawah batas bawah, dan juga melewatkan semua frekuensi diatas batas atas. Dalam mendesain suatu filter dikenal dua macam filter yaitu: a. Pasif filter Bila yang digunakan adalah komponen resistor, induktor dan kapasitor, maka dinamakan pasif filter. Kombinasinya bisa resistor dengan kapasitor, induktor dengan kapasitor atau resistor, induktor dan kapasitor. b. Aktif filter Bila yang digunakan adalah komponen resistor, kapasitor dan operasional amplifier, maka dinamakan aktif filter.

26 BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1. Blok Diagram Perancangan diagram blok adalah langkah pertama yang dilakukan dalam perealisasian alat scrambler dan descrambler untuk sinyal audio dengan metode pembalik frekuensi. Alat yang di buat pada tugas akhir ini terdiri dari dua bagian yaitu bagian scrambler dan descrambler. Diagram blok untuk bagian scrambler di perlihatkan pada gambar 3.1 berikut ini: SCRAMBLER MIC PENGUAT MIKROFON PEMBALIK FREKUENSI (Tx) SALURAN KOMUNIKASI Gambar 3.1 Diagram blok bagian Scrambler

27 Fungsi masing masing blok rangkaian pada bagian scrambler ini adalah sebagai berikut: 1. Rangkaian penguat mikrofon. Rangkaian penguat mikrofon berfungsi untuk menguatkan sinyal audio atau sinyal suara percakapan yang di terima oleh mikrofon. 2. Rangkaian pembalik frekuensi (Tx). Rangkaian pembalik frekuensi (Tx) berfungsi membalik frekuensi dari sinyal audio yang telah di perkuat dimana sinyal yang frekuensi tinggi menjadi rendah dan sinyal frekuensi rendah menjadi tinggi. Diagram blok untuk bagian descrambler di perlihatkan pada gambar 3.2 berikut ini: DESCRAMBLER SALURAN KOMUNIKASI PEMBALIK FREKUENSI (Rx) PENGUAT AUDIO SPK Gambar 3.2 Diagram blok bagian Descrambler

28 Fungsi masing masing blok rangkaian pada bagian descrambler ini adalah sebagai berikut: 1. Rangkaian pembalik frekuensi (Rx). Rangkaian pembalik frekuensi (Rx) berfungsi membalikan kembali frekuensi dari sinyal audio yang telah diacak agar di dapat kembali sinyal audio aslinya. 2. Rangkai penguat audio. Rangkai penguat audio berfungsi menguatkan sinyal audio atau sinya suara percakapan yang di dapat guna menggerakkan sebuah speaker untuk didengarkan informasinya.

29 3.2. Realisasi Rangkaian Gambar 3.3 Rangkaian scrambler-descrambler dan catu daya Gambar di atas menunjukkan rangkaian dari scrambler descrambler yang mana apabila diinginkan untuk berkomunikasi, maka diperlukan sebuah sistem lagi yang mempunyai bentuk rangkaian seperti rangkaian pada gambar 3.3, dan yang paling penting yaitu sistem tersebut harus mempunyai komponen utama IC MX-128. Karena IC tersebut merupakan pusat dari rangkaian scrambler dan descrambler.

30 Single Sideband Speech Scrambler Single sideband merupakan teknik yang diterapkan pada IC MX-128 dalam mentransmit sinyal informasinya. Gambar 3.4 Blok diagram dari IC MX-128 MX-128 berisi dua saluran pembicaraan yang identik untuk operasi full duplex. Setiap saluran mempunyai kemampuan untuk scrambling dan descrambling. Teknik switched capacitor digunakan dalam mendesain IC ini. Jalur transmit (TX) dan receive (RX) dari IC ini terdiri dari : 1. Sebuah switched kapasitor balanced modulator dengan suppressed carrier. 2. Frekuensi pembalik sebesar 3,3 khz. 3. Lowpass filter dengan cut-off frequency 3,1 khz.

31 4. Bandpass filter ( Hz) 5. Input Op-amps dengan gain yang dapat diatur. MX-128 ini menggunakan teknologi switched capacitor dan beroperasi pada tegangan antara 3 V sampai 5,5 V. Frekuensi pembalik dan filter switching clock dibangkitkan dengan menggunakan input dari kristal oscillator yang dapat dipilih yaitu antara 10,24 MHz atau 3,58 MHz, dan kristal yang digunakan pada rangkaian ini yaitu 3,58 MHz. 5 6 Gambar 3.5 Input op-amp pada IC MX-128 Sudah disebutkan tadi sebelumnya bahwa pada jalur TX dn RX terdapat sebuah input op-amp yang dapat diatur penguatannya. Rangkaian awal dari IC ini dimaksudkan untuk menjaga keseimbangan arus dan impedansi antara rangkaian sebelumnya dan rangkaian sesudahnya.

32 Idealnya sebuah op-amp mempunyai karakteristik impedansi input yang tinggi dan impedansi output yang kecil. Pada rangkain penguatan ini besarnya penguatan yaitu satu kali ( Av = 1 ) ini didapat dari 100 k Ω Av = = k Ω sehingga penguatan ini termasuk sebuah penyangga atau buffer. Kapasitor sebesar 150 pf digunakan untuk meredam frekuensi tinggi yang melalui op-amp tersebut. Penggunaan kapasitor ini didasari dari persamaan berikut 1 Xc = 3.1 2π f C karena nilai reaktansi yang berbanding terbalik dengan frekuensi maka apabila frekuensi bernilai besar maka reaktansi kapasitor akan kecil dan sebaliknya. Sehingga frekuensi tinggi akan dilewatkan melalui kapasitor tersebut. Frekuensi tinggi yang dianggap sebagai noise tersebut difeed backkan kembali melalui pin 5 dari IC MX-128. Kapasitor yang dirangkaikan secara parallel dengan tahanan tersebut dimaksudkan agar apabila frekuensi tinggi yang difeed backkan kembali tersebut akan melewati kapasitor dan tidak melewati tahanan, sehingga nilai tahanan tersebut akan diabaikan atau dianggap nol. 0 Av = = k Ω

33 Sehingga pada input op-amp tersebut tidak terjadi penguatan karena frekuensi yang masuk tinggi. Dari rangkaian input op-amp tersebut sinyal informasi akan dilewatkan melalui sebuah bandpass filter yang dimaksudkan untuk menghilangkan kecacatan dari arus input. Bandpass filter ini melewatkan frekuensi yang berada pada range Hz. Frekuensi tersebut merupakan batasan yang dapat dilalui pada IC MX-128, karena frekuensi diatas range tersebut sudah tidak dapat lagi diproses. Dan itu dapat dilihat pada bab IV (Pengujian dan hasil pengamatan). Di situ akan terlihat bahwa apabila kita memberikan masukkan frekuensi di atas 3000 Hz, maka bentuk gelombang yang keluar dari oscilloscope lama kelamaan akan membentuk garis lurus. Kemudian setelah melewati bandpass filter, sinyal informasi akan diproses di balanced modulator. Balanced modulator ini dapat on dan off tergantung dari input pin 14. Bila input pin 14 dalam keadaan tinggi (high) (balanced modulator dalam keadaan INVERT), maka balanced modulator dalam keadaan on. Dan bila input pin 14 dalam keadaan rendah (low) (balanced modulator dalam keadaan NOT INVERT), maka balanced modulator dalam keadaan off. Pin 14 dari IC tersebut mengatur keadaan balanced modulator dengan memasang sebuah switch seperti yang terlihat pada gambar 3.3, di mana apabila dalam keadaan high maka switch akan terhubung ke

34 power supply (VDD), dan bila dalam keadaan low maka switch akan terhubung ke ground. Balanced modulator yang dapat on dan off ini berfungsi agar kita dapat memilih pembicaraan yang normal atau pembicaraan yang diacak (secure conversation). Balanced modulator ini mempunyai carrier frequency sebesar 3,3 khz. Dan frekuensi ini diaktifkan dengan menggunakan kristal oscillator, yang mana pada sistem ini dipilih kristal oscillator dengan frekuensi 3,58 MHz. Eksternal oscillator tersebut dihubungkan pada pin 1 dan 2 dari IC ini. Dipakai oscillator kristal, karena stabilitas dari oscillator ini cukup baik. Carrier frequency sebesar 3,3 khz dengan maksud agar bandwidth dari signal yang di scrambling sebanding dengan bandwidth signal input (salah satu kriteria utama dari proses scrambling dan descrambling). Seperti telah dijelaskan diatas bahwa dalam membangkitkan frekuensi pembalik pada IC MX-128 dapat digunakan sebuah kristal oscillator dengan frekuensi 10,24 MHz atau 3,58 MHz. Maka dalam penjelasan mengenai IC ini yang diberikan pada datasheet, di situ diberikan penjelasan mengenai carrier frequency, upper cutoff frequency dan lower cutoff frequency yang dapat dihasilkan dengan memilih salah satu dari kristal oscillator tersebut. Dan karena yang dipilih adalah sebuah kristal oscillator dengan frekuensi 3,58 MHz maka perhitungan yang diberikan untuk menghitung carrier, upper dan lower frekuensinya adalah sebagai berikut.

35 Untuk carrier frequency : Carrier frequency = (3,2995 khz / 3,415MHz) * frekuensi Xtal yang dipilih 3,45 khz Upper cut-off frequency = (2,800 khz / 3,415MHz) * frekuensi Xtal yang dipilih 2,9 khz Lower cut-off frequency = (400 Hz / 3, 415MHz) * frekuensi Xtal yang dipilih 419 Hz Modulator ini adalah jenis double sideband suppressed carrier, sehingga output dari modulator hanya LSB dan USB (dengan komponen frekuensi carriernya ditekan). USB dari output modulator ini lalu ditekan dengan menggunakan low pass filter jenis Butterworth untuk mendapatkan single sideband. Low pass filter ini didesain dengan menggunakan teknik switched capacitor yang diclock dengan clock frequency sebesar 212 khz. Frekuensi dari low pass filter ini yaitu 3,1 khz. Clock frequency sebesar 212 khz yang jauh lebih besar dari 3,1 khz. Output signal dari pin 4 IC ini adalah signal yang telah di scrambling. Bagian descrambling dari IC ini adalah identik dengan bagian scrambling. Sinyal informasi seperti halnya pada bagian scrambling pertama akan diperkuat melalui input op-amp seperti yang telah dijelaskan diatas. Kemudian masuk ke band pass filter dan seterusnya akan dimodulasikan pada sebuah balanced modulator yang sama seperti pada jalur scrambling. Dengan frekuensi pembalik yang sama dengan pada bagian scrambling maka akan didapatkan kembali sinyal informasi yang dikirimkan tadi.

36 Dan tentunya sebelum keluar dari IC ini sinyal akan melalui sebuah low pass filter yang juga sama dengan jalur scrambling, karena informasi yang diterima merupakan single sidebandnya saja. Pada jalur scrambling setelah sinyal informasi diproses di dalam IC MX 128 dan sebelum masuk ke media transmisi yang dalam hal ini adalah kabel, sinyal tersebut akan melalui sebuah pasif low pass filter yang mempunyai cut-off frequency sebesar 10,6 khz. Pada datasheet yang diberikan diketahui bahwa IC ini mempunyai gain pada input low pass filter sebesar 0,5 db dan pada balanced modulator yang mempunyai redaman sebesar 4 db, sedangkan pada output dari bandpass filternya mempunyai gain sebesar 4,5 db Rangkaian Penguat Audio Sebagai sebuah sinyal informasi yang akan dikirim, maka pada sistem ini digunakan sebuah mic kondensor sebagai sumbernya. Singkatnya, cara kerja dari mic tersebut yaitu dengan menggunakan efek dari kapasitor yang mana akan menghasilkan getaran apabila diberi tegangan, dan getaran tersebut yang akhirnya diubah menjadi sinyal listrik.

37 A d Gambar 3.6 Plat yang berfungsi sebagai kapasitor di mic kondensor Karena cara kerja dari mic tersebut memakai efek dari kapasitor maka mempunyai persamaan sebagai berikut. C = ε A 3.2 d dan C = Q V 3.3 Di mana : C = kapasitas listrik ( Farad) A = luas penampang keping (millimeter 2 ) d = jarak kedua keping (millimeter) Q = muatan listrik (coulomb) V = beda potensial atau tegangan listrik (volt) ε = permitivitas ( 8, C 2 /Nm 2 )

38 C 1 Ra C 2 R 1 Rb R 2 Xc Gambar 3.7 Rangkaian penguat audio Penguat audio seperti pada gambar 3.7 di atas merupakan penguat tegangan non inverting. Dan untuk menghitung penguatan yang dapat dihasilkannya dapat digunakan persamaan 2.15 yaitu: R 1 Av = + 1 R 2 Nilai R 1 = 33 k Ω dan nilai dari R 2 = 1 k Ω : 33 k Ω Av = k Ω = 34 Dan sebagaimana yang sudah dijelaskan sebelumnya, bahwa faktor reaktansi (Xc) pada gambar 3.7 tersebut mempengaruhi besarnya penguatan yang akan dihasilkan. Perhitungan yang diberikan bila menyangkut faktor reaktansi tersebut yaitu:

39 R 1 Av = R 2 + Xc Besarnya nilai reaktansi tersebut dipengaruhi oleh frekuensi yang melewatinya. Dan apabila frekuensi yang melewatinya mempunyai nilai yang cukup besar, maka besarnya reaktansi akan menurun, karena reaktansi berbanding terbalik dengan frekuensi. Sehingga apabila nilai dari reaktansi tersebut cukup kecil, maka nilai dari reaktansi tersebut dapat diabaikan. Dan apabila faktor reaktansi diabaikan maka penguatan yang dihasilkan besar, karena faktor reaktansi di sini adalah sebagai faktor pembagi. Dan sebaliknya apabila frekuensi yang melewati kapasitor tersebut mempunyai nilai yang kecil, maka nilai reaktansi akan lebih besar. Sehingga faktor reaktansi sangat berpengaruh di dalam perhitungan. Dan penguatan yang dihasilkan pun akan lebih kecil. Rangkaian op-amp pada gambar 3.7 diatas menggunakan supply tunggal ( Vcc = +12 V ). Untuk mendapatkan kepatuhan keluaran AC maksimum yang tidak terdistorsi, kita perlu memberikan prategangan pada masukkan non inverting dengan ½ Vcc. Hal ini dapat dilakukan dengan voltage divider yang menggunakan tahanan yang mempunyai nilai yang sama. Tahanan tersebut adalah Ra dan Rb yang bernilai 100 k.

40 Perhitungannya adalah sebagai berikut: V out = Rb Ra + Rb 12 V 100 k Ω = 12 V 100 k Ω k Ω = 6 V Cara ini menghasilkan masukkan dc sebesar +½ Vcc pada masukkan non inverting, maka pada keadaan stasioner keluarannya juga sebesar +½ Vcc dan demikian pula dengan masukkan invertingnya juga berharga sama. Kapasitor C 2 adalah sebuah coupling capacitor yang berfungsi untuk melewatkan signal AC. Setelah melewati coupling capacitor ini maka sinyal informasi akan diteruskan masuk ke IC MX 128 untuk di scrambling Low Pass Filter Signal informasi yang telah discrambling keluar dari pin 4 dari IC MX-128. Dan sebelum keluar dari output signal tersebut akan melalui sebuah coupling capacitor dan sebuah low pass filter.

41 R 3 C 5 C 3 C 4 Gambar 3.8 Rangkaian output dari IC MX 128 Low pass filter seperti pada gambar 3.8 di atas mempunyai cut-off frequency dengan perhitungan sebagai berikut: f 0 = = 1 2π R 3 C 4 1 2π 100k Ω 150 pf = 10,6 khz Sehingga signal informasi yang dilewatkan hanyalah yang mempunyai frekuensi dibawah 10,6 khz saja. Dan setelah melewati low pass filter tersebut signal informasi kembali melewati coupling capacitor C 5 untuk melewatkan tegangan ac saja Rangkaian Akhir Penerima Sinyal Informasi Sinyal informasi yang telah dikirimkan oleh sistem scrambler-descrambler pertama akan diterima pada jalur penerima pada sistem yang kedua. Sinyal tersebut

42 akan masuk pada pin 11 dari IC MX-128. Dan setelah mengalami proses penyusunan (descrambler) sinyal akan keluar dari pin 13 dan diteruskan ke rangkaian akhir di mana rangkaian tesebut termasuk rangkaian penguat audio. R 4 R 5 Gambar 3.9 Rangkaian akhir penerima sinyal informasi Setelah sinyal informasi tersusun kembali sinyal tersebut akan diteruskan ke rangkaian penguat. Pada sistem ini IC LM 380 dipilih sebagai ic penguat audionya. IC ini memiliki tipe penguatan yang sudah pasti (fixed). Sebelum masuk ke ic tersebut sinyal akan dikurangi terlebih dahulu tegangannya. Pengurangan tegangan ini dimaksudkan untuk menjaga kejernihan suara yang nantinya akan keluar melalui speaker. Perhitungan mengenai penurunan tegangan keluaran dari pin 13 IC MX-128 tersebut yaitu:

43 Vout = R 4 R 4 + R 5 Vin 10 k Ω = Vin 10 k Ω k Ω 1 = Vin 11 di mana Vin = tegangan yang keluar dari pin 13 IC MX-128. Vout = tegangan yang keluar dari voltage divider tersebut atau tegangan yang akan masuk ke IC LM 380. Dari datasheet yang diperoleh mengenai IC LM 380 tersebut tertulis bahwa gain yang didapatkan yaitu 34 db. Dari data tersebut dapat diperoleh perhitungan mengenai penguatan yang dapat dihasilkan IC tersebut. Yaitu dengan perhitungan sebagai berikut. Av = Vout Vin Vout Gain (db) = 20 log Vin Gain (db) = 20 log Av 34 db = 20 log Av

44 sehingga, log Av = maka, Av = 50 kali jadi penguatan berdasarkan hasil perhitungan tersebut di atas ic tersebut dapat memberikan penguatan sampai dengan 50 kali. IC tersebut juga dirangkaikan dengan bypass capacitor untuk membuang frekuensi yang dapat menyebabkan ketidak-pastian penguatan Rangkaian Catu Daya Gambar 3.10 Rangkaian power supply dan regulator tegangan Regulator tegangan ini menggunakan IC HB IC ini terdiri dari tiga terminal, yaitu: Vin, tegangan input dc yang belum diregulasi. + 5V, tegangan output dc + 5V yang sudah diregulasi. GND, ground.

45 Sistem scrambler descrambler ini membutuhkan dua buah tegangan yaitu +12V dan +5V. Tegangan +12V dihasilkan dari tegangan PLN yang dirubah oleh trafo. Sedangkan tegangan +5V dihasilkan dengan mengubah tegangan +12V yang masuk pada ic regulator. Tegangan +5V ini diperuntukkan untuk proses dari IC MX-128.

46 BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL PENGAMATAN 4.1. Maksud dan Tujuan Pada bab ini akan dilakukan pengujian terhadap sistem scrambler dan descrambler. Ini dimaksudkan, untuk melihat bagaimana karakteristik dari sistem tersebut. Baik dilihat dari frekuensi responnya dan juga perbandingan bentuk gelombang dari scrambler dan descrambler. Pengujian akan dilakukan dengan mengamati output dari scrambler, output dari descrambler dan output dari penguat audio. Titik Uji 1 Titik Uji 2 MIC PENGUAT MIKROFON PEMBALIK FREKUENSI (Tx) SALURAN KOMUNIKASI Gambar 4.1 (a) Titik uji pada bagian scrambler

47 Titik Uji 3 Titik Uji 4 SALURAN KOMUNIKAS PEMBALIK FREKUENSI (Rx) PENGUAT AUDIO SPK Gambar 4.1(b) Titik uji pada bagian desclamber Keterangan gambar 4.1: Titik uji 1, pada rangkaian penguat mikrofon. Titik uji 2, pada rangkaian pembalik frekuensi (Tx) Titik uji 3, pada rangkaian pembalik frekuensi (Rx) Titik uji 4, pada system keseluruhan pada rangkaian penguat audio Alat-alat Pengujian 1. Audio generator LAG 26, LEADER 2. Oscilloscope TDS 410A, Tektronix digital two channel

48 4.3. Pengujian Dari Output Scrambler Tabel 4.1 Hasil Pengujian Output Scrambler Frekuensi Frekuensi V in V out 20 log V out V in input (Hz) output (khz) (Volt) (mv) (db) 300 3, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,02

49 ,7053 1,689 1,566 1,479 1,357 1,3024 1,200 1, ,9 909, ,6 688, ,02-19,66-21,11-21,94-23,88-25,04-27,96-27,96-27,96-29,89-32,39-35,92-35,92-35,92

50 Dari hasil pengujian terhadap output scrambler dapat dilihat bahwa frekuensi output rangkaian scrambler semakin mengecil apabila frekuensi masukannya terus diperbesar. (db) 0-19,02-22,85-35, Frekuensi input (Hz) Gambar 4.2 Frekuensi respon dari output scrambler

51 Gambar 4.3 Bentuk gelombang output scrambler yang terlihat pada oscilloscope bila diberi frekuensi input sebesar 2 khz Gambar 4.4 Bentuk gelombang output scrambler yang terlihat pada oscilloscope bila diberi frekuensi input sebesar khz

52 4.4. Pengujian Dari Output Descrambler Tabel 4.2 Hasil Pengujian Output Descrambler Frekuensi input (Hz) 300 Frekuensi output (khz) 3,2050 V in (volt) V out (volt) 2,16 20 log V out V in (db) -1, ,0864 2,16-1, ,0212 2,16-1, ,9412 2,16-1, ,8409 2,16-1, ,7473 2,24-0, ,6041 2,24-0, ,24-0, ,4154 2,4-0, ,3328 2,4-0, ,2523 2,4-0, ,1505 2,32-0, ,066 2,32-0, ,9418 2,32-0, ,8657 2,24-0, ,7606 2,24-0, ,6448 2,24-0,95

53 ,5723 1,5198 1,4368 1,3423 1,2531 1,1792 1,0881 1, ,8 809,1 696,4 2,24 2,24 2,32 2,32 2,32 2,32 2,32 2,32 2,24 2,24 2,32-0,95-0,95-0,65-0,65-0,65-0,65-0,65-0,65-0,95-0,95-0,95

54 Dari hasil pengujian keluaran descrambler di atas dapat dilihat bahwa frekuensi outputnya hampir sama dengan frekuensi masukan dari scrambler. Hal ini berarti bahwa sinyal telah dikembalikan ke sinyal suara aslinya. db 0-0,35-0,65-0,95-1, Frekuensi input (Hz) Gambar 4.5 Frekuensi respon dari output descrambler

55 Gambar 4.6 Perbandingan antara sinyal output scrambler dan sinyal yang tidak mengalami proses scrambler pada frekuensi input khz Pada gambar 4.6 di atas terdapat dua gelombang hasil pengamatan di oscilloscope. Gelombang yang terletak pada sebelah atas adalah gelombang output yang mengalami proses scrambler dari ic MX-128, seperti yang telah dijelaskan pada bab III. Gambar 4.7 Proses pembalikan frekuensi

56 Gambar 4.7 di atas menunjukkan ilustrasi dari proses pembalikan frekuensi apabila dilihat dari spektrum, di mana sinyal audio (normal) yang terlihat pada gambar tersebut memiliki daya yang lebih besar pada frekuensi yang lebih kecil ( 300 Hz ). Dan setelah mengalami proses pembalikan frekuensi ( inverted ), maka daya pada sinyal audio (normal ) akan berubah, di mana pada frekuensi yang lebih kecil ( 300 Hz ) dayanya berubah menjadi lebih kecil. Dan untuk membuktikannya dilakukan pengujian pada subbab berikut Pengujian Output Dengan Scrambler dan Tanpa Proses Scrambler Pengujian ini untuk melihat terjadinya proses pembalikan frekuensi, seperti yang telah dijelaskan pada bab III sebelumnya. Tabel 4.3 Hasil Pengujian Output Dengan Dan Tanpa Proses Scrambler Frekuensi Input ( Hz ) V in ( volt ) V out Scrambler ( mv ) V out Tanpa scrambler ( mv )

57 V out Frekuensi Input (Hz) Gambar 4.8 Grafik hasil output sinyal dengan proses scrambler V out (mv) Frekuensi Input (Hz) Gambar 4.9 Grafik hasil output sinyal tanpa proses scrambler

58 Dari gambar 4.8 dan 4.9 terlihat perbedaan, bagaimana bentuk grafik sinyal setelah mengalami proses scrambler dan sinyal yang tidak mengalami proses scrambler, dan sesuai dengan penjelasan yang diberikan sebelumnya Pengujian Pada Rangkaian Penguat Audio Pada pengujian ini diperoleh hasil yang konstan, yaitu tegangan output dari rangkaian penguat audio yang dihasilkan sebesar 11,4 volt. Dengan rincian percobaan sebagai berikut: Frekuensi input yaitu dari 300 sampai dengan 3300 Hz Tegangan input sebesar volt Dan dari percobaan tersebut diperoleh gain yang konstan juga yaitu 175 db Gambar 4.10 Sinyal output dari rangkaian penguat audio dengan tegangan input sebesar volt

59 BAB V KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan Berdasarkan atas pengamatan dalam pembuatan sistem ini yang di mulai dengan adanya ide sampai terwujudnya sistem, maka penyusun mengambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Lebar jalur ( bandwith ) dari sinyal teracak harus sebanding dengan lebar sinyal informasi. 2. Dari percobaan respon frekuensi antara 300Hz sampai 3 Khz pada rangkaian penguat mikrofon adalah sama.

60 DAFTAR PUSTAKA 1. Allen, Philip E., Sanchez Sinencio, Edgar: Switched Capasitor Circuits ( Newyork: Van Nestrand Reinhold Company, Inc ) 2. Grob, Bernard: Basic Electronics ( Singapura: McGrawHill, 1989 ) 3. Horn, Delton T: Basic Electronics Theory ( United State of America: TAB Books McGrawHill, 1994 ) 4. Malvino, Albert Paul, PH.D., E.E: Electronic Principles ( Singapura: Glencoe McGrawHill, 1999 ) 5. Stout, David F., Kaufman, Milton: Hand Book of Operational Amplifier Circuit Design ( United State of America: McGrawHill, 1976 )