APLIKASI RANGKAIAN TERINTEGRASI DIRECT DIGITAL SYNTHESIZER (DDS) SEBAGAI PEMBANGKIT SINYAL FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM (FHSS)

Transkripsi

1 APLIKASI RANGKAIAN TERINTEGRASI DIRECT DIGITAL SYNTHESIZER (DDS) SEBAGAI PEMBANGKIT SINYAL FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM (FHSS) Rustamaji 1), Elan Djaelani 2) Jurusan Teknik Elektro - ITENAS Puslit Informatika - LIPI ABSTRACT Frequency hopping is of spread spectrum technique widely used in military field and civilian for cellular communication. Spreading process on frequency hopping, with changed carrier frequency periodically. Area to spread information signal depend on spreading signal, this spreading signal produced by frequency synthesizer that controlled by spreading code sequence. According specification, frequency synthesizer using direct digital synthesizer. ABSTRAK Frequency hopping suatu bentuk teknik spread spectrum (spektral tersebar) yang dikenal luas digunakan dibidang militer untuk pengamanan informasi, maupun sipil untuk komunikasi seluler. Pada frequency hopping spread spectrum, proses penebaran dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi gelombang pembawa secara periodik. Daerah sinyal informasi ditebarkan tergantung pada sinyal penebar, dimana sinyal penebar ini dibangkitkan oleh suatu rangkaian frequency synthesizer yang dikendalikan oleh suatu urutan kode penebar ( spreading code squence ). Sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan, frequency synthesizer yang digunakan adalah Direct Digital Synthesizer (DDS). Kata kunci : Direct Digital Synthesizer PENDAHULUAN. Pada frequency hopping spread spectrum, proses penebaran dilakukan dengan mengubah-ubah frekuensi gelombang pembawa yang dibangkitkan oleh frequency synthesizer secara periodik. Dengan demikian terdapat harga parameter lebar bidang sinyal sebelum ditebar dan spasi frekuensi tebaran. f R R f 1 f 2 f N Gambar 1. Penebaran sinyal pada frekuensi hopping. F (Hz) Pada gambar 1, sinyal informasi yang termodulasi digital ditebar pada daerah spektral antara f1 s/d fn. Sinyal yang belum ditebar menggunakan modulasi digital (BPSK) dengan laju bit informasi sebesar R bps dan ditebar dengan spasi fr Hz. Pada sistem frequency hopping ini digunakan kode penebar (spreading code) yang dibangkitkan oleh Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 55

2 rangkaian pembangkit urutan PN (pseudo noise) sebagai pengendali frekuensi keluaran frequency synthesizer. Jika panjang kode penebar adalah k-bit, maka frequency synthesizer akan menghasilkan 2k kemungkinan harga frekuensi. Panjang 1 bit kode penebar dinyatakan sebagai lebar 1 chip = T chip, dimana harga frekuensi keluaran akan tetap selama 1 chip dan akan berubah untuk tiap-tiap chip, tergantung kombinasi kode penebar. Gambar 2 berikut menunjukkan contoh harga-harga frekuensi tiap-tiap chip Frekuensi (Hz) f N f N-1 f N-2 f 3 f 2 f 1 t (detik) T c 2T c 3T c 4T c 5T c nt c (n+1)t c Gambar 2. Frekuensi tiap-tiap chip. Frequency synthesizer yang digunakan pada frequency hopping harus mempunyai spesifikasi tertentu, antara lain : menghasilkan keluaran dengan phasa koheren (apabila Frequency synthesizer menghasilkan frekuensi keluaran dengan fasa awal yang tetap) frekuensi keluaran dapat diprogram secara eksternal oleh suatu PN generator hopping rate cukup tinggi, hingga dapat digunakan untuk aplikasi fast hopping (apabila chip rate atau hop rate, yaitu kecepatan perpindahan dari satu frekuensi ke frekuensi yang lainnya lebih tinggi dari laju bit atau bit rate informasi) jangkauan frekuensi keluaran cukup lebar Dimana spesifikasi diatas, dapat dipenuhi oleh frequency synthesizer yang menggunakan teknik direct digital synthesize. Direct digital synthesizer SP21 yang diproduksi PLESSEY Semiconductor, adalah chip yang memenuhi spesifikasi untuk diaplikasikan sebagai dasar rangkaian frequency synthesizer pada frequency hopping spread spectrum. Rangkaian pengirim frequency hopping spread spectrum.terdiri dari modulator digital, mixer, frequency synthesizer, generator kode PN seperti pada gambar 3 berikut. Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 56

3 Inf digital Modulator digital Mixer Penguat Daya Sinyal FHSS Frequency syntheziser 1 2 k Clock PN generator Gambar 3. Diagram blok frequency hopping spread spectrum DIRECT DIGITAL SYNTHESIZER. Direct digital synthesizer adalah jenis frequency synthesizer dimana frekuensi sinyal keluaran dibangkitkan oleh rangkaian logika atau komputer digital. Rangkaian logika akan membangkitkan kode-kode digital yang mewakili sinyal dengan frekuensi tertentu, selanjutnya digunakan DAC (digital to analog konverter) untuk mengkonversi kode-kode digital menjadi sinyal analog. Pada dasarnya sebuah direct digital synthesizer adalah berupa rangkaian terintegrasi yang terdiri dari accumulator untuk menyimpan alamat pemilihan frekuensi, ROM (read only memori) look -up table untuk menyimpan 18 urutan sinusioda, dan rangkaian DAC (digital to analog konverter) eksternal. Direct digital synthesizer akan menghasilkan keluaran berupa kode digital n bit yang mewakili sinyal sinusoida, selanjutnya akan dikonversi oleh digital to analog konverter menjadi sinyal sinusoida analog. Contoh direct digital synthesizer SP21 dari Plessey Semiconductor dengan diagram blok seperti gambar 4. Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 57

4 freq set SP21 MSB Accumu lator Address Inverter ROM Look-up table 18 cosine 1 8 bit DAC Keluaran 15 7 f clock Gambar 4. Diagram blok direct digital syntheziser Rangkaian terintegrasi atau chip SP21 dari Plessey Semiconductors mempunyai spesifikasi antara lain : sinyal keluaran sinusoida dengan phasa koheren jangkauan frekuensi keluaran dari 5 KHz hingga 1 MHz hopping time = 17 ns, hopping rate mencapai ,41 hop/s keluaran 8 bit paralel resolusi 16 bit frekuensi clock hingga 35 MHz Direct digital synthesizer SP21 mempunyai jumlah terminal frequency set sebanyak 16 bit untuk memilih frekuensi keluaran yang dinginkan dan terminal f clock sebesar 327,68 MHz atau 24,8 MHz untuk menentukan step kenaikan frekuensi. Dengan jumlah frequency set sebesar 16 bit, akan dapat dihasilkan frekuensi keluaran sebanyak 216 atau macam yang dapat ditabelkan sebagai berikut : Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 58

5 Tabel 1. Frekuensi keluaran sesuai dengan kombinasi bit pada terminal frequency set. KOMBINASI BIT PADA TERMINAL FREQUENCY SET UNTUK SETIAP KENAIKAN 5 KHz DENGAN f clock 327,68 MHz X FS15 FS14 FS13 FS12 FS11 FS3 FS2 FS1 FS Frekuensi Keluaran KHz KHz KHz KHz 2 1 1, MHz ,67 MHz , ,68 MHz Meskipun mampu membangkitkan frekuensi hingga 327,68 MHz, frekuensi keluaran yang disarankan antara 5 KHz (bit 1) hingga 1 MHz ( bit ). Dimana besarnya frekuensi keluaran direct digital synthesizer SP21 diperoleh dari persamaan : f clock f out = x input data..( 1 ) 2 16 Untuk mendapatkan kenaikkan frekuensi keluaran dengan step sebesar 5 KHz, nilai f clock direct digital synthesizer yang dibutuhkan adalah sebesar 327,68 MHz. Dengan mengatur atau memprogram bit-bit frequency set FS s/d FS15 akan dihasilkan frekuensi keluaran mulai dari 5 KHz hingga 1 MHz. Selain digunakan sebagai frequency synthesizer pada frequency hopping spread spectrum, chip SP21 dapat juga digunakan untuk aplikasi electronic warfare seperti follower jammer pada ECM/ECCM. RANCANGAN FREQUENCY SYNTHESIZER. Frequency synthesizer untuk membangkitkan frequency hopping spread spectrum yang dirancang terdiri dari rangkaian direct digital synthesizer menggunakan chip SP21 yang merupakan bagian utama, rangkaian PN generator 8 bit sebagai pembangkit spreading code, rangkaian digital to analog konverter 8 bit menggunakan chip SP9768 untuk mengkonversi bit-bit kode keluaran direct digital synthesizer menjadi sinyal analog, Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 59

6 rangkaian clock untuk mengatur hopping rate, dan rangkaian osilator untuk menentukan step kenaikkan frekuensi keluaran. Frequency synthesizer yang dirancang mempunyai spesifikasi : Sinyal keluaran berupa sinyal analog sinusoida yang mempunyai phasa koheren pada setiap perpindahan frekuensi. Frekuensi keluaran bekerja pada daerah VHF (very high frequency) dengan jangkauan dari 46,8 MHz hingga 51,18 MHz Step kenaikkan frekuensi sebesar 5 KHz Direct digital synthesizer mempunyai jumlah frequency set ( resolusi ) sebesar 16 bit Frekuensi clock direct digital synthesizer sebesar 327,68 MHz Waktu perpindahan frekuensi (hopping time) = 17 ns, atau mempunyai kecepatan perpindahan frekuensi ( hopping rate ) hingga mencapai ,41 hop/s Clock atau chip rate yang dapat diatur PN generator 8 bit Direct digital synthesizer mempunyai keluaran 8 bit paralel Digital to analog converter 8 bit Clock (chip rate) PN Generator 8 bit 1 Direct Digital DAC Synthesiz Sinyal 15 er 7 SP9768 freq hopping SP21 Gambar 5. Frequency syntheziser dengan chip SP21 Diagram blok lengkap frequency synthesizer seperti terlihat pada gambar 6 berikut : Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 6

7 74LS NAND gate FS15 FS14 SP21 Direct Digital Syntheziser 74LS164 Shift Register 8 bit FS9 D 1 FS8 D1 2 FS7 SP9768 DAC 8 bit 7 FS2 D7 FS1 Clock (chip rate) Osilator 327,68 MHz FS f clock LPF keluaran Sinyal Gambar 6. Diagram blok rancangan frequency syntheziser Karena frequency synthesizer yang dirancangan diharapkan dapat beroperasi pada frekuensi f1 = 46,8 MHz s/d fn = 51,18 MHz, maka pengaturan bit-bit frequency set pada direct digital synthesizer adalah sebagai berikut : Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 61

8 FS15 FS14 FS13 FS12 FS11 FS1 FS9 FS8 FS7 FS6 FS5 FS4 FS3 FS2 FS1 FS 1 1 x x x x x x x x f f f N Dimana terminal frequency set yang digunakan hanya sebanyak 8 bit dari FS9 s/d FS2, sesuai dengan jumlah keluaran PN generator yang sebanyak 8 bit paralel. Besarnya frekuensi clock pada direct digital synthesizer sebesar 327,68 MHz, untuk memperoleh step kenaikkan frekuensi keluaran sebesar 5 KHz. Sedangkan besarnya clock chip rate ditentukan oleh nilai bit rate dari informasi digital yang akan ditebarkan, apakah untuk slow hopping atau fast hopping. Dengan jumlah frequency set yang digunakan hanya 8 bit, maka akan dihasilkan sebanyak 28 = 256 kemungkinan frekuensi keluaran. Sinyal keluaran akan mempunyai phasa koheren pada saat pergantian antar frekuensi. Gambar sinyal sinusoida analog keluaran frequency synthesizer yang diharapkan, seperti gambar 7 berikut : Gambar 7. Sinyal sinusoida keluaran frequency synthesizer PENUTUP. Dengan menggunakan rangkaian terintegrasi direct digital synthesizer yang diaplikasikan sebagai frequency synthesizer untuk pembangkit sinyal frequency hopping spread spectrum, dapat dihasilkan rancangan frequency synthesizer sesuai yang diharapkan. Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 62

9 DAFTAR PUSTAKA. 1. Kaplan, E. Frequency Hopping Take the Leap, Radio Resource, Vol 7 no 2, Rustamaji, Perancangan Model Perangkat Frequency Hopping, Tesis Magister ITB, Rustamaji; Elan Djaelani, Pemancar Frequency Hopping Spead Spectrum Untuk Pengamanan Sinyal Informasi, Jurnal Teknologi Informasi LIPI, Vol 3 no 1, Rustamaji; Elan Djaelani, Frequency Hopping Spead Spectrum Suatu Teknik Pengamanan Komunikasi Pada Perang Elektronika (Electronic Warfare), Prosiding, Pemaparan Hasil Litbang 23 LIPI, Small, M, HF Amateur Band Frequency Synthesizer, Electronic Wireless World, Vol 85 no Plessey Semiconductor, Frequency Dividers and Synthesyzers IC Handbook. 7. Ulrich L, Rohde; T T N Bucher, Communication Receiver : Principles and Design,McGraw Hill. Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 63

10 Seminar Nasional Pengembangan Program R&D Mikroelektronika dan Aplikasinya D - 64