PERBEDAAN FHSS, DSSS, DAN OFDM

PERBEDAAN FHSS, DSSS, DAN OFDM

• FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM (FHSS)

Frequency Hopping Spread Spectrum merupakan teknik spread spectrum yang menggunakan teknik lompatan frekuensi yang berubah-ubah pada sinyal carrier untuk membawa suatu data informasi. Sinyal carrier atau sinyal pembawa mengubah-ubah frekuensi, atau melompat menurut urutan yang bersifat pseudorandom. Urutan pseudorandom ini digunakan sebagai suatu daftar beberapa frekuensi ke arah mana pembawa akan melompat pada suatu interval waktu yang ditetapkan sebelum terjadi pengulangan pola tersebut. Transmiter menggunakan urutan lompatan ini untuk memilih frekuensi pemancarnya. Apabila daftar frekuensi tersebut telah terpakai semua, maka transmiter atau pemancar akan mengulangi urutan tersebut.
Berikut blok diagram FHSS.



Karena kompleksnya teknologi yang digunakan pada FHSS maka perlu dibuat standarisasi aturan. IEEE mengeluarkan standarisasi operasi yang meliputi beberapa kategori sistem di antaranya :
– Band Frekuensi
– Hop Sequences
– Dwell Time
– Data Rate
Keempat parameter tersebut perlu diatur dan distandardkan agar seluruh sistem yang memanfaatkan teknologi FHSS ini dapat saling kompetibel dan bisa digunakan antara yang satu dengan yang lain.

1. Band Frekuensi
IEEE 802.11 menetapkan standart data rates sebesar 1 Mbps dan 2 Mbps, sedangkan OpenAir (suatu standar yang diciptakan oleh forum antar operasi LAN nirkabel yang sekarang tidak berfungsi) menetapkan data rates sebesar 800 kbps dan 1.6 Mbps. Agar suatu frequency hopping systems berada pada 802.11 atau sesuai dengan OpenAir, maka ia harus beroperasi pada band frekuensi 2.4 GHz ISM (yang didefinisikan oleh FCC berada pada kisaran dari 2.4000 GHz sampai 2.5000 GHz). Kedua standar ini memungkinkan operasi pada kisaran frekuensi 2.4000 GHz sampai 2.4833 GHz, atau dengan kata lain frequency hopping band memiliki lebar lebih dari 83 MHz.

2. Hop Sequence
Untuk menentukan saluran yang digunakan pada FHSS menggunakan hop sequence. Frekuensi hopping bekerja menggunakan hop pattern yang disebut dengan channel. Berikut analogi dari teknik FHSS, dimana pada tiap periode waktu tertentu sinyal carrier akan mengalami perubahan frekuensi.

Dari frekuensi di atas yang dimiliki dimungkinkan terdapat pembagian frekuensi hingga 79 sinkronisasi (2.401 GHz – 2.479 GHz dengan masing-masing kanal 1 MHz), dimana dengan system sebanyak ini setiap frekuensi hopping radio membutuhkan sinkronisasi dengan yang lain tanpa adanya interferensi. Frequency hopping system secara tipikal menggunakan 26 pola lompatan sesuai standar dari FCC. Berikut contoh sederhana untuk membantu kita memperjelas maksud hop sequence. Pada gambar di bawah ini memperlihatkan suatu frequency hopping system yang menggunakan urutan lompatan (hop sequence) sebanyak 5 frekuensi pada suatu band yang berukuran 5 MHz. Dalam contoh ini urutannya adalah:
1. 2.449 GHz 4. 2.450 Ghz
2. 2.452 GHz 5. 2.451 Ghz
3. 2.448 GHz
Sedangkan visualisasinya sebagai berikut.

Setelah radio memancarkan informasi pada pembawa 2.451 GHz, radio tersebut akan mengulang hop sequence (urutan lompatan), kemudian dimulai lagi dari frekuensi 2.449 GHz.

3. Dwell Time
Dalam FHSS kita tahu bahwa frekuensi dari carrier akan berpindah-pindah atau melompat-lompat dari frekuensi yang satu ke frekuensi yang lain. Penempatan carrier pada suatu frekuensi memiliki waktu tertentu. Waktu inilah yang dinamakan dwell time. Atau dengan kata lain, dwell time merupakan rentang lamanya waktu yang diperlukan oleh sistem untuk menempati suatu kanal tertentu, sehingga carrier masih akan berada pada suatu frekuensi tertentu selama jangka waktu yang ditetapkan. Ketika dwell time habis, sistem akan berganti ke frekuensi yang berbeda dan memulai untuk mengirim lagi.

4. Hop Time
Pada saat suatu frequency hopping radio melompat dari frekuensi A ke frekuensi B maka ia harus mengubah frekuensi pancar dalam salah satu dari dua cara yaitu, radio tersebut harus beralih ke suatu rangkaian yang berbeda yang telah diselaraskan dengan frekuensi baru tersebut, atau ia harus mengubah sebagian elemen dari rangkaian yang ada untuk menyelaraskan dengan frekuensi baru tersebut. Pada tiap cara, proses peralihan ke frekuensi baru harus tuntas sebelum transmisi dapat dijalankan kembali, dan perubahan ini membutuhkan waktu karena adanya latensi listrik yang inheren dalam sistem rangkaian. Terdapat sedikit waktu selama perubahan frekuensi ini dimana radio tersebut tidak memancar, yang disebut hop time. Hop time diukur dalam mikrodetik (μs) dan dengan dwell time yang relatif panjang yaitu sekitar 100-200 ms, hop time menjadi tidak signifikan. Sistem FHSS 802.11 yang tipikal melompat antar saluran dalam waktu 200-300 μs.

• DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM (DSSS)

DSSS merupakan suatu metode untuk mengirimkan data dimana sistem pengirim dan penerima keduanya berada pada set frekuensi yang lebarnya adalah 22 MHz. Saluran yang lebar ini memungkinkan piranti untuk memancarkan lebih banyak informasi pada data rate yang lebih tinggi dibanding FHSS system yang ada sekarang.
Teknik spreading yang terkenal dan banyak dipilih para produsen dalam desain produk adalah Direct Sequence Spread Spektrum (DSSS). Sistem ini dipilih karena adanya kemudahan dalam mengacak data yang akan dispreading. Disamping itu, DSSS juga mempunyai unjuk kerja terbaik untuk gangguan noise dan anti jamming, serta paling susah untuk dideteksi. Dalam DSSS spreading hanya menggunakan sebuah generator noise yang periodik yang di sebut Pseudo Noise Generator. Namun ada kekurangan pada DSSS ini yang sering menjadi kendala dalam implementasinya, yaitu pada proses sinkronisasi sinyal yang diterima dengan sinyal dari generator noise lokal pada penerima.
DSSS menggabungkan sinyal data pada stasiun pengirim dengan suatu data rate bit sequence yang lebih tinggi, yang dikenal sebagai chipping code atau processing gain. Processing gain yang tinggi meningkatkan tahanan sinyal terhadap interferensi. Adapun standar processing gain dari FCC adalah minimum 10, seddangkan 802.11 IEEE menetapkan minimum 11.
Berikut blok diagram dari DSSS.



Proses direct sequence memodulasi carrier dengan suatu code sequence. Jumlah “chips” dalam code tersebut akan menentukan seberapa besar penyebaran (spreading) yang terjadi, dan jumlah chip per bit dan laju code (dalam chip per detik) akan menentukan data rate. Adapun yang perlu diatur di dalam teknologi DSSS adalah band frekuensi dan pengaturan saluran.

1. Band Frekuensi
Pada 2.4 GHz ISM band, IEEE menetapkan penggunaan DSSS pada data rate 1 atau 2 Mbps menurut standar 802.11. Sedangkan untuk standar 802.11b (high-rate wireless) menetapkan data rate sebesar 5.5 dan 11 Mbps. Piranti IEEE 802.11b yang bekerja pada 5.5 atau 11 Mbps mampu berkomunikasi dengan piranti-piranti 802.11 yang bekerja pada 1 atau 2 Mbps karena standar 802.11b menyediakan backward compatibility. Atau dengan kata lain, user yang menggunakan piranti-piranti 802.11 tidak perlu mengupgrade keseluruhan piranti LAN nirkabel mereka untuk dapat menggunakan piranti-piranti 802.11b pada jaringan mereka. Sedangkan teknologi 802.11g menjadi teknologi 54 Mbps pertama yang memiliki backward compatibility dengan piranti 802.11 dan 802.11b. Teknologi 802.11g merupakan sistem direct sequence yang bekerja pada 2.4 GHz ISM band yang dapat mengirimkan data hingga mencapai data rate sebesar 54 Mbps.

2. Co-Channel
Berbeda dengan frequency hopping system yang menggunakan hop sequences untuk mendefinisikan saluran, direct sequence system menggunakan suatu definisi saluran yang lebih konvensional. Tiap saluran merupakan suatu band frekuensi yang bersebelahan yang lebarnya 22 MHz. Saluran 1, misalnya, bekerja dari frekuensi 2,401 GHz sampai 2,432 GHz (2,412 GHz ± 11 MHz); saluran 2 bekerja dari 2,406 sampai 2,429 GHz (2.417 ± 11 MHz), dan seterusnya. Berikut visualisasinya.

Kita dapat melihat bahwa saluran 1 dan 2 bertumpang tindih (overlap) dengan suatu besaran yang signifikan. Pemakaian sistem DSSS dengan saluran-saluran yang bertumpang-tindih (overlapping channel) akan menimbulkan interferensi antar-sistem tersebut. Jika kita melihat gambar di atas maka terdapat jarak 5 Mhz dari masing-masing frekuensi sentral (mis. saluran 1 f-sentral = 2,412 GHz sedangkan saluran 2 f-sentral = 2,417 dan seterusnya). Maka dengan demikian saluran-saluran hanya boleh ditempatkan pada lokasi yang sama dan yang terpisah satu sama lain yaitu saluran 1, 6 dan 11 tidak bertumpang-tindih; saluran 2 dan 7 tidak bertumpang-tindih, dan seterusnya.

• PERBANDINGAN FHSS DAN DSSS

Teknik spread spectrum antara FHSS dan DSSS memiliki perbedaan cara dan metode, oleh karenanya pada kedua teknik tersebut memiliki keunggulan dan kelemahan tersendiri antara yang satu dengan yang lain. Dari kesimpulan pemaparan di atas maka ada beberapa poin yang dapat kita bandingkan, di antaranya :
• Interferensi narrowband
• Biaya
• Co-lokasi
• Kompatibilitas dan ketersediaan peralatan

1. Interferensi Narrowband
Keunggulan dari teknologi FHSS meliputi resistensinya yang lebih besar terhadap interferensi narrowband. Sistem DSSS mungkin lebih dipengaruhi oleh interferensi narrowband jika dibanding sistem FHSS karena sistem tersebut menggunakan band-band yang berdekatan dengan lebarnya 22 MHz, bukannya 79 MHz seperti yang digunakan pada sistem FHSS.
2. Biaya
Biaya untuk mengimplementasikan suatu direct sequence system jauh lebih rendah jika dibanding dengan biaya frequency hopping system. Karena pada direct sequence untuk tiap peralatan memiliki kanal frekuensi tersendiri sehingga komponen yang diperlukan satu peralatan lebih sederhana.
3. Co-lokasi
Keunggulan dari FHSS jika dibanding DSSS adalah kemampuannya untuk menepatkan lebih banyak frequency hopping system secara bersamaan jika dibanding pada direct sequence system. Karena frequency hopping system merupakan frekuensi yang memiliki agilitas tinggi dan memanfaatkan 79 saluran diskrit, maka frequency hopping system memiliki suatu keunggulan ko-lokasi, dibanding direct sequence system, yang memiliki co-lokasi maksimum 3 titik akses (pada satu area bisa digunakan maksimum 3 kanal frekuensi). Akan tetapi jika kita membandingkan throughput dari keduanya maka DSSS masih lebih unggul daripada FHSS, karena DSSS memiliki maksimum 3 titik akses.
4. Kompatibilitas dan ketersediaan peralatan
WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) melakukan pengujian atas peralatan LAN nirkabel DSSS yang sesuai dengan standar 802.11b untuk menjamin bahwa peralatan semacam itu dapat bekerja pada kondisi adanya dan beroperasi bersama dengan piranti DSSS standar 802.11 lainnya. Standar interoperasibilitas yang diciptakan oleh WECA yang sekarang pemakaiannya disebut sebagai Wireless Fidelity, atau Wi-Fi. Sedangkan untuk FHSS belum ada organisasi yang mau melangkah lebih jauh untuk melakukan semacam pengujian kompatibilitas seperti pada DSSS.

• ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING (OFDM)

OFDM terdiri atas 2 kata utama yang  menjelaskan dirinya yaitu Orthogonal dan Multiplexing. Banyak yang mengatakan bahwa orthogonal itu merupakan sinyal-sinyal yang saling tegak lurus. bisakah  kalian membayangkan sinyal yang saling tegak lurus ?? tentunya akan sulit untuk membayangkannya apalagi untuk menggambarkannya. dalam matematika orthogonal itu memang dikatakan suatu vekor persamaan yang saling tegak lurus dan resultan gaya keduanya adalah nol. ini tentunya berbeda dengan kalau kita berbicara mengenai sinyal. yang perlu kalian garis bawahi sebenarnya adalah orthogonal dalam dunia telekomunikasi itu adalah sinyal-sinyal yana tidak saling mempengaruhi atau tidak saling menginterferensi satu sama lain dalam kanal yang sama. perhatikan gambar berikut :

 

Anggap kotak diatas merupakan sebuah kanal dan terdapat tiga sinyal yang akan melewatinya. dari gambar kita dapat melihat bahwa tiga sinyal tersebut memiliki frekuensi yang berbeda. dan ternyata ketiga sinyal mampu melewati kanal tersebut tanpa saling mempengaruhi. inilah yang dimaksud dengan orthogonal. sekarang pertanyaannya bagaimana posisi sinyal-sinyal tersebut dalam kanal ??? jawabannya mereka saling overlapping, apa itu ?? keadaan sinyal yang saling tumpang tindih dan tidak saling mempergaruhi. overlapping merupakan inti daripada orthogonalitas.

sekarang kita lanjut ke kata yang kedua yaitu Multiplexing. saya rasa ini tidak perlu kita bahas terlalu dalam, karena saya merasa cukup kita mengetahui bahwa multiplexing merupakan teknik transmisi yang menggabungkan beberapa kanal menjadi satu kanal tertentu.

Pengertian OFDM

OFDM merupakan Teknik Transmisi Multiplexing yang menggunakan prinsip orthogonalitas sinyal yang saling overlapping. kita sudah ngerti apa itu sinyal orthogonal dan bagaimana yang di maksud dengan overlapping. gambar di atas merupakan sinyal yang saling overlapping. bagaimana kalau kita menggambarkan sekarang dalam domain frekuensi, perhatikan gambar berikut :

lalu kemudian apa keunggulan dari OFDM ini dibandingkan dengan teknologi sebelumnya ??? jawabannya adalah OFDM mampu menghemat bandwidth. perhatikan ilustrasi berikut :

berbicara mengenai bandwidth berarti kita akan tinjau dari segi penggambaran spektrumnya atau kita akan ukur dari segi domain frekuensinya. lihat gambar :

umumnya yang di pancarkan di udara adalah sinyal yang mengikuti frekuensi carrier setelah di modulasi. sekarang kita anggap bahwa pada gambar di atas ada sekitar 12 kanal atau dua belas sinyal berbeda yang akan di transmisikan. misal sniyal F1 -F12. berdasarkan teknik konvensional atau  teknologi FDM kita membutuhkan bandwidth semisal 100 MHz namun dengan teknik OFDM kita mampu menghemat Bandwidth kira-kira setengah dari yang disediakan jika menggunakan teknik FDM dengan menggunakan teknik overlapping sinyal. tak ada yang lebih menguntungkan selain mampu menghemat banndwidth yang digunakan.

apakah tidak apa-apa jika sinyal overlap seperti itu, apakah tidak akan saling mempengaruhi ?

untuk menjawab kita kembali ke dasar telekomunikasi terlebih dahulu yaitu penggambaran spektrum seperti berikut :

spektrum kan pada dasarnya memberikan gambaran kepada kita tentang range frekuensi sinyal yang membentuk kanal tertentu, artinya LSB dan MSB itu batas frekeunsi sinyal.

lalu kemudian hubungannya dengan OFDM ?

coba perhatikan kembali gambar sinyal domain frekuensi, pada dasarnya itu adalah spektrum sinyal, setiap bukit yang terbentuk merupakan spektrum sinyal tertentu. mengapa overlap di OFDM memungkinkan karena setiap spektrum sinyal menggunakan frekuensi yang sama tetapi peruntukkannya berbeda. misal carrier spektrum 1 merupakan LSB spektrum 2, kemudian carrier spektrum 2 merupakan MSB spektrum 1,begitu seterusnya. sehingga setiap spektrum tidak saling mempengaruhi.

OFDM processing

umumnya blok diagram OFDM dapat digambarkan sebagai berikut :

Serial To Paralel berfungsi untuk mengubah bit stream (deretan bit sebagai input data) dalam bentuk Serial menjadi Paralel. perubahan ini mempengaruhi kecepatan data. misal bit stream dengan kecepatan 10 Mbps dan jika slot paralel ada 5 maka kecepatan tiap slot paralel turun menjadi 2 Mbps.

Modulasi yang biasa digunakan pada OFDM adalah BPSK, QPSK dan QAM. jadi setiap bit data paralel kemudian di modulasi satu per satu kemudian dikirim ke blok selanjutnya.

IFFT merupakan inti utama dari teknologi OFDM ini, karena IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) berfungsi untuk membangkitkan subcarrier dengan frekuensi yang berbeda dan saling overlap. blok inilah yang bertanggung jawab mengenai hal tersebut. blok ini juga mengubah sinyal dari domain frekuensi ke domain waktu. sehingga sinyal bit data yang dalam bentuk diskrit kemudian diubah menjadi domain waktu yang sifatnya kontinu.

sinyal dari IFFT kemudian akan masuk kedalam Add Cyclic Prefix, blok ini berfungsi untuk mencegah terjadinya interferensi antar symbol. symbol adalah istilah untuk setiap sinyal yang keluar dari IFFT, jadi misal ada 5 sinyal inputan maka sinyal keluaran IFFT juga ada 5 yang sudah memiliki frekeunsi yang berbeda dan sudah dalam domain waktu yang acak. sinyal inilah yang dinamakan symbol.nah untuk mencegah terjadinya interferensi antar symbol ketika kemudian sinyal-sinyal ini akan di konvert kembali ke bentuk serial maka diperlukan blok cyclic prefix. dimana blok ini memberikan sinyal tambahan didepan sinyal symbol sebagai tanda setiap symbol dan sebagai guard band pada saat symbol dikonvert menjadi serial kembali.

sinyal keluaran dari cyclic prefix biasanya akan difilter terlebih dahulu kemudian dipancarkan. dalam sisi tranmisi sinyal akan melewati suatu kanal propagasi. kanal propagasi biasanya akan mengalami fading. fading memiliki jenis-jenis tertentu. kanal fading terbagi atas tiga sedangkan fenomena fading ada 2 yaitu karena doppler spread dan delay spread.

 kemudian di sisi penerima hal yang terjadi hanya kebalikannya saja. 

Kelebihan OFDM

a. Hemat Bandwidth seperti yang saya jelaskan di atas

b. Tahan Terhadap Frekuensi Selective Fading karena setiap sinyal dalam OFDM saling overlaping satu sama lain jadi ketika terjadi frekuensi selective fading tidak akan terlalu mempengaruhi kondisi sinyal. dan mudah untuk rekonstruksi sinyal pada sisi penerima. perhatikan gambar :

pada gambar terlihat bahwa dikarenakan OFDM ini menggunakan Subcarrier yang banyak dengan spektrum yang sangat sempit dan sinyal tersbut saling overlaping sehingga tidak terlalu mempengaruhi frekeunsi sinyal. kenapa ? karena setiap spektrum sinyal sangatlah sempit sehingga hanya akan terjadi Flat Fading saja pada setiap spektrumnya dan fading ini sangat mudah untuk dikontrol.

c. tidak sensitif terhadap sinyal tunda

Kecepatan transmisi yang rendah pada setiap sub-carrier menjadikan periode simbol menjadi lebih panjang sehingga kesensitifan sistem terhadap delay spread menjadi relatif berkurang. Delay spreadmerupakan penyebaran sinyal-sinyal yang datang terlambat.

d. Mengurangi ISI (inter-symbol interference) dan ICI (inter-carrier interference) yang biasa menjadi kendala pada saat transmisi.

ISI dan ICI pada sistem OFDM dapat dihilangkan dengan menambahkan guard interval atau yang disebut Cyclic Prefix (CP). Dengan penambahan CP tersebut maka interferensi simbol hanya terjadi pada sisi cyclic prefix-nya saja. Efek tersebut dapat dihilangkan saat dilakukan sinkronisasi waktu pada FFT dengan cara menghilangkan CP yang mengalami interferensi.

Kelemahan OFDM

a. Boros daya karena penambahan Cyclic Prefix

b. sulit untuk sinkronisasi sinyal di sisi penerima karena susah untuk menetukan waktu start pada sisi FFT penerima

c.Sensitif terhadap frekuensi offset

Sistem OFDM memiliki sensitivitas pada error frekuensi yang diakibatkan oleh perbedaan frekuensi pada penerima. Perbedaan ini diakibatkan karena adanya pergeseran frekuensi akibat efek Doppler atau efek pergeseran dan karena pengaruh ICI yang terjadi antar sub-carrier.

frekuensi offset ini menyebabkan sinyal yang diterima tidak lagi ortoghonal.

d. Mudah terkontaminasi oleh distorsi nonlinear.

Teknologi OFDM adalah sebuah sistem modulasi yang menggunakan multi-frequency dan multi-amplitudo, sehingga sistem ini mudah terkontaminasi  oleh distorsi nonlinear yang terjadi padaamplifier dari daya transmisi.
e. PAPR tinggi.
PAPR merupakan perbandingan antara daya puncak dengan daya rata-rata sinyal yang diterima.

PAPR dapat menghasilkan nilai puncak sinyal yang sangat besar karena modulasi masing-masing sub-carrier dilakukan dengan frekuensi yang berbeda-beda sehingga akan muncul amplitudo yang jauh lebih besar dari daya sinyal.Semakin kecil nilai PARP akan semakin baik karena nilai PAPR yang besar dapat menyebabkan intermodulasi atau adanya frekuensi baru pada sinyal yang akan ditransmisikan. Intermodulsi tersebut akan menyebabkan terjadinya interferensi antar sub-carrier dan terjadinya pelebaran spektral dari keseluruhan sinyal.

sumber : https://firmansyah2308.wordpress.com/tag/fhss/ 

https://ebapsite.wordpress.com/2016/04/08/ofdm-orthogonal-frequency-division-multyplexing/