DEFINED RADIO ( SDR ) RAHMAD FAUZI Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sejak tahun tahun 1980, pemakaian sistem komunikasi bergerak mengalami perkembangan yang pesat. Hinga kini komunikasi bergerak menjadi bisnis besar di seluruh dunia. Perkembangan yang pesat tersebut mengakibatkan banyak standart sistem komunikasi bergerak, seperti PDC, AMPS, GSM, PHS, IS-95, DECT, GPS, EDGE, IMT 2000 dan CDMA. Kenyataanya, hampir setiap negara memiliki standart sendiri. Banyaknya standar bukan hanya menghambat produsen, tetapi juga konsumen. Produsen juga harus mengembangkan pesawat telpon seluler yang baru untuk masing-masing standar. Hal ini akan menambah biaya pengembangan dan memperkecil keuntungan pemasaran ini. Bagi konsumen, mereka tidak dapat menggunakan telepon seluler mereka di luar negeri [1, 2]. Usaha untuk membuat standar internasional yang khusus harus membuat srandar tambahan yang baru. Namun hal ini sangat kurang ekonomis dilakukan sehingga kecil kemungkinan seluruh negara menerimanya, karena membutuhkan penanaman modal baru yang cukup besar untuk membangun infra stuktur berupa perangkat jaringan. Kemajuan teknologi yang cepat dapat menyebabkan infrastruktur tersebut harus di gantikan dengan yang lain dalam waktu yang relatif [1, 2 ]. singkat Adanya kompetisi atau ppersangan industri antara Asia, Eropa, dan Amerika, membuat standar baru tersebut menjadi sulit di laksanakan walaupun membuat sebuah standar internasional yang khusus sangat bermanfaat. Hal inilah mendasari munculnya konsep radio yang didefinisikan sebagai software (Software-Defined- Radio, SDR ) Sebagai solusi yang lebih praktis. Implementasi software pada telepon [1, 2 ]. seluler tersebut berada Salah satu parameter yang sangat penting dari penerima Software-Defined- Radio adalah Converter Analog ke Digital (Analog to Digital Converter, ADC) [1, 2]. Perealisasian sistem penerima SDR yang baik membutuhkan Converter A/D (Analog ke Digital) yang handal untuk menghasilkan sinyal digital, karena pengolahan sinyal yang dilakukan software merupakan pengolahan sinyal digital secara menyeluruh. 1.2 Tujuan Tujuan penulisan makalah ini adalah memaparkan kepada pembaca tentang adanya sebuah suatu teknologi dibidang telekomunikasi yang disebut Software- Defined-Radio (SDR). Teknologi SDR ini sedang dikembangkan dan akan diimplementasikan untuk sistem komunikasi bergerak seluler generasi ketiga. 2004 Digitized by USU digital library 1
BAB II SOFTWARE DEFINED RADIO ( SDR ) 2.1 Umum Teknologi SDR mulai dikembangkan pada tahun 1992 oleh Badan Pertahanan Amerika, Department of Defence (DoD) melalui program penelitian yang disebut dengan SPEAKeasy. Program penelitian tersebut menghasilkan kemajuan yang cukup berarti bagi pengembangan teknologi SDR. Diantaranya, adanya kemungkinan teknologi SDR dapat diimplementasikan dengan pengurangan yang berarti terhadap ukuran dan berat peralatan SDR, serta penambahan kapasitas dan kinerja sistem [3]. Pada tahun 1996, Pemerintah Amerika menyatukan industri-industri yang bergerak dalam bidang pertelekomunikasian kedalam sebuah forum yang disebut dengan forum MMITS (Modular Multifunction Information Transfer System) Forum ini berfungsi sebagai pengarah untuk menetapkan standar arsitektur terbuka dengan progran SPEAKeasy bagi sistem komunikasi pemerinatah. Forum MMITS kemudian beralih dari pembahasan sistem komunikasi dipemerintah menjadi pembahasan sistem komunikasi untuk komersial. Pada tahun 1999, Forum MMITS diganti namanya menjadi Forum SDR (Software Defined Radio) Forum SDR mengembangkan teknologi-teknologi SDR untuk aplikasi pada sistem komunikasi bergerak atau seluler, dan memunculkan pelayanan-pelayanan komunikasi seluler generasi ke-tiga (3G) dan generasi ke-empat (4G) [3]. 2.2 Defenisi Software-Defined-Radio (SDR) atau dapat disebut juga dengan softwareradio, umumnya didefenisikan sebagai berikut [1, 2]. Sofware-radio adalah sebuah teknologi yang muncul untuk membangun sistem radio yang fleksibel, multiservice, multistandard, multiband, reconfigurable dan reprogrammable dengan menggunakan software. Fleksibel : berarti perangkat radio tersebut dapat diubah-ubah/dimodifikasi karakterisriknya sesuai dengan sistem radio yang dikehendaki. Multiservice : radio yang dapat mengaplikasikan berbagai pelayanan atau servise berupa suara, teks dan data. Multistandard : perangkar radio tersebut dapat dioperasikan/diaktifkan pada standard radio yang berbeda, seperti GSM, AMPS, GPRS, DECT, GPS, dan CDMA. Multiband : berarti dapat digunakan pada frekunsi kerja yang berlainan, seperti 800 MHz, 900 MHz, 2400 MHz, VHF, dan UHF. 2004 Digitized by USU digital library 2
Reconfigurable : Perangkat radio tersebut mampu diubah-ubah konfigurasi sistem radionya sesuai dengan standar yang ada. Reprogrammrable : Perangkat radio tersebut dapat diprogram ulang sehingga memungkinkan untuk memuat ( men-download ) software yang baru, seperti untuk penambahan servis, daerah frekuensi, pengkodean dan lain-lain. 2.3 Konsep Dasar BPF = Bandpass Filler Amp = Amplifier LNA = Low Noise Amplifier 90 = pembalik phase 90 LO = Local Oscillator VCO = Voltage Control Oscillator LPF = Lowpass Filler DAC = Digital to Analog Converter AGC = Automatic Gain Control ADC = Analog to Digital Converter RF = Radio Frequency IF = Intermediate Frequency Gambar (2-2) menunjukkan arsitektur dari sebuah radio penerima superheterodyne yang konvensional. Pembuatan radio yang multiband dan multistandard dengan arsitektur tersebut akan membutuhkan rangkaian penerima yang tersendiri untuk setiap daerah frekuensi (band). Solusi ini tidak efektif karena akan menyebabkan ukurannya menjadi lebih besar, lebih rumit, dan lebih mahal. Begitu juga untuk setiap standard baru akan memerlukan penambahan rangkain penerima. Hal tersebut sangatlah tidak praktis [1,2]. 2004 Digitized by USU digital library 3
BPF = Bandpass Filter ADC = Analog to Digital Converter LNA = Low Noise Amplifier DSP = Digital Signal Processor Gambar (2-3) menujukkan ilustrasi dari penerima software-defined-radio (SDR) yang ideal. Pada ilustrasi tersebut tingkatan analog telah dikurangi. Komponen yang analog adalah hanya antena, bandpass-filter (BPS), dan Low Noise Amplifier (LNA). Konversi analog kedigital dilakukan oleh ADC (Analog Digital Converter). Pengolahan sinyal secara digital dimulai dari sinyal digital yang dihasilkan oleh keluaran konverter A/D. Pengolahan tersebut dilakukan oleh software (perangkat lunak) yang diprogram dalam peralatan Digital Signal Processor (DSP) yang reprogrammable. Selain peralatan DSP, peralatan yang reprogrammable seperti FPGA (Field Programmable Gate Arrays) dan prosessor-prossesor yang umum (Pentium dan lainnya) dapat juga digunakan sebagai peralatan mengolah sinyal digital (1,2) Pembuatan penerima SDR yang multiband dan multistandard dilakukan dengan mengaplikasikan sistem radio yang dikehendaki ke dlam software yang sesuai dan memuat (men-download) program software tersebut ke peralatan DSP. Hal ini selain tidak memerlukan peralatan tambahan juga memiliki sistem pemilihan yang dapat dil.akukan dengan perubahan yang sederhana [2]. 2.4 Kelebihan SDR Adapun kelebihan aplikasi sistem SDR antara lain: Mampu beradaptasi Sistem SDR mampu untuk beradaptasi ke setiap jenis sistem radio yang ada dengan pemakaian multiband dan multistandar. Tidak memerlukan penambahan/perubahan hardware Untuk pembuatan sistem radio yang baru tidak perlu menambah ataupun mengganti hardware (perangkat keras), tetapi cukup dengan penambahan software saja yang dimuat ke dalam DSP. Mudah dan sederhana Pemilihan sistem radio yang dikehendaki dapat dilakukan dengan perubahan yang mudah dan sederhana yaitu cukup mengaktifkan sistem radio yang dikehendaki tersebut. Begitu juga pengembangan untuk jenis sistem radio dan servis yang baru mudah untuk diaplikasikan. Memperkecil ukuran Dengan aplikasi sistern SDR, memungkinkan ukuran hardware yang lebih praktis dengan kapasitas kemampuan yang cukup banyak. Mendukung pengembangan Sistem SDR mampu mendukung pengembangan sistem komunikasi radio yang lebih maju. 2.5 Tantangan Teknologi SDR Ada banyak permasalahan untuk merealisasikan sistem SDR yang ideal. Permasalahan tersebut lebih banyak berada pada perangkat terminal dibandingkan pada perangkat base-station. Hal itu disebabkan pada perangkat terminal diperlukan arsitektur yang praktis, kompleks, serta ukurannya yang kecil dan ringan. Adapun tantangan yang menyebabkan sulitnya merealisasikan sistem SDR yang ideal tersebut antara lain: 1. Memerlukan sistem antena dan tingkat RF yang sesuai untuk berbagai sistem radio. Sistem radio yang ada memiliki frekuensi dan daya pancar yang berbeda. 2. Diperlukan sebuah arsitektur ADC yang memiliki : 2004 Digitized by USU digital library 4
a. Laju pencuplikan (sampling rate) yang tinggi (diatas 100 MSampel/detik, MSPS) sehingga mampu mencuplik sinyal RF. b. Dynamic range yang mampu berubah-ubah dalam daerah yang cukup lebar sesuai dengan jenis sistem radio yang ada. Untuk GSM diperlukan dinamic range sekitar 91 db. c. Resolusi bit yang tinggi [1 ],[2], paling tidak 12 bit d. Error generator (seperti jitter, thermal noise dan error kuantisasi) yang sangat kecil 3. Diperlukan sistem pengolahan sinyal digital dengan pelaksanaan "real-time", sehingga membutuhkan beberapa DSP (Digital Signal Processor) yang diparalel. Sedangkan DSP tersebut tidak cukup memadai untuk setiap fungsi pengolapan sinyal baseband dari jenis sistem radio yang berbeda. Hal ini menyebabkan pemakaian DSP yang cukup banyak 4. Aplikasi SDR membutuhkan sistem pengolahan dan transmisi yang tanpa error, meskipun menggunakan teknik pengkodean (coding) yang baik untuk sistem pengolahannya, tetapi error transmisi tidak dapat dihindari. Karena permasalahan-permasalahan teknik tersebut, hingga kini arsitektur SDR yang ideal tidak dapat direalisasikan. 2.6. lmplementasi dan Pengembangan SDR Karena teknologi yang belum memungkinkan untuk melaksanakan SDR yang ideal, maka dilakukan berbagai pendekatan terhadap sistem SDR yang mungkin dapat diimplementasikan. Salah satu pendekatan yang cukup memungkinkan untuk implementasi SDR pada saat sekarang ini adalah radio transceiver digital BPF = Bandpass Filter LNA = Low Noise Amplifier LO = Local Oscillator Amp = Amplifier RF = Radio Frequency ADC = Analog to Digital Converter PDC = Programmable Down Conversion DSP = Digital Signal Processor BB = Baseband IF = lntennediate Frequency Sebuah penerima radio digital seperti yang ditunjukkan pada Gambar (2-4), memerlukan sebuah downcorversion yaitu penurun sinyal RF (radio frequency) menjadi sinyal IF (intermediate frequency). Dengan demikian proses pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital dilaksanakan pada tingkat IF. Hal ini dikarenakan belum adanya konverter A/D yang mampu untuk bekerja pada tingkat RF. Proses 2004 Digitized by USU digital library 5
pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital pada tingkat RF memerlukan laju pencuplikan yang tinggi. Sinyal keluaran konverter A/D (ADC) dimasukkan ke POC (programmable downconversion) yang menyediakan fungsi-fungsi pelaksanaan demodulasi, pemilihan sistem radio (channelization), serta sistem penyaringan (filtering). Setelah POC kemudian sinyal akan diolah berupa baseband oleh perangkat DSP (digital signal processor) [1,2]. Berbagai pendekatan dan pengembangan aplikasi SDR akan menyebabkan proses evolusi teknologi radio seperti yang diilustrasikan pada Gambar (2-5) [3]. Evolusi teknologi radio dimulai dengan hardware radio. Sedangkan antara tahun 2002 hingga perkiraan tahun 2008, teknologi SDR akan mulai dapat direalisasikan. Di masa yang akan datang, SDR akan dikembangkan dengan penawaran yang lebih fleksibel dan kemampuan lebih meningkat lagi dengan tercapainya peralatan SDR yang ideal [3]. Hardware Radio merupakan radio yang seluruh komponennya berupa perangkat keras yang berat dan terpisah, tetapi cukup tahan lama. Setiap jenis radio memiliki perangkat yang berbeda-beda sehingga setiap perubahan frekuensi kerja diperlukan penukaran peralatan fisik yang sesuai [3]. Software Controlled Radio merupakan radio yang telah mengaplikasikan sistem software sebagai alat kontrol. Radio ini menggunakan teknologi semikonduktor digital modern berupa integrated circuit (IC) digital. Di dalam IC tersebut terdapat software yang memiliki fungsi-fungsi kontrol radio seperti pemograman frekuensi dan pemograman sistem pemilihan dan penombolan serta penggunaan kunci-kunci rahasia untuk sistem proteksi. Tetapi tidak dapat mengubah jenis modulasi atau lebar trekuensi kerja radisi [3] Software Defined Radio (SDR) merupakan radio yang sebahagian besar komponennya berupa software. SDR memiliki chip DSP (Digital Signal Processor) yang mampu digunakan untuk menghasilkan jenis-jenis modulasi, filter, dan lebar frekuensi kerja yang bervariasi. Akan tetapi untuk tingkat RF, SDR masih menggunakan rangkaian analog dengan rancangan yang besar, pemakaian beberapa jenis antena dan arsitekturnya yang kompleks [3]. SDR ideal merupakan radio yang seluruh komponennya akan diimplementasikan oleh software, termasuk juga untuk tingkat RF. SDR yang ideal diharapkan mampu menyempurnakan generasi SDR secara menyeluruh. Karena keterbatasan teknologi, SDR ideal tidak dapat dicapai pada sekarang ini, dan mungkin akan dapat direalisasikan pada masa yang akan datang [3]. 2004 Digitized by USU digital library 6
BAB III KESIMPULAN 1. SDR (Software Defined Radio) merupakan teknologi yang muncul untuk membangun sistem radio yang fleksibel, multiservice, multistandard, multiband, reconfigurable, dan reprogrammable dengan menggunakan software. 2. Konverter AID (ADC) merupakan komponen penting pada sistem SDR karena pemrosesan sinyal dilakukan pada sistem digital. Untuk SDR ideal ADC yang dibutuhkan harus mampu bekerja pada tingkat RF. BAB IV DAFTAR PUSTAKA Enrico Buracchini, CSEL T, The Software Radio Concept, IEEE Comm. Magazine, hal. 138-143, September 2000. http://www.mprg.org/people/buehrer/research/docs/the%20software%20radio%20 Concept.pdf (download: 10 Januari 2003) Dusko Zgonjanin, Kiril Mitrevsi, Ljubomir Zelenbaba,"Software Radio: Principles and Overview", http://www.telfor.org.yu/telfor2001/radovi/11-15.pdf (download: 10 Januari 2003) Safety Wireless Network (PSWN) Program, Software Enabled Wireless Interoperability Assessment Report-SDR Subscriber Equipment, Maret 2002. http://www.pswn.gov./admin/librarydocs9/software_defined_radio_report_final.pdf (download: 3 Februari 2003) 2004 Digitized by USU digital library 7