Pendahuluan

Spread Spectrum adalah prinsip yang mendasari banyak teknologi yang menjadi penting di dunia elektronika. Mungkin istilah Spread Spectrum terdengar asing, namun jika kita membahas Bluetooth (802.15.1) dan WiFi (IEEE 802.11) mungkin Anda lebih familiar. Saya ingin membawa Anda kembali ke sejarah penemuan Spread Spectrum. Spread Spectrum awalnya dikembangkan oleh seorang aktris Hedy Lamarr, ya, Anda tidak salah dengar, Hedy Lamarr adalah seorang aktris, seorang ikon yang menjadi lambang seksualitas di jamannya.

Spread Spectrum dipatenkan oleh Hedy Lamarr sebagai radio yang tidak dapat di-kacaukan atau dipasukan musuh, karena dikembangkan pada zaman perang. Memang ini adalah kelebihan dari Spread Spectrum, karena menggunakan bandwidth yang lebar dan sinyal ini terlihat sebagai noise dengan radio FM biasa, bahkan pengiriman sinyal ini umumnya lebih rendah dari sinyal noise floor. Sistem ini dipatenkan sebagai komunikasi untuk militer di mana diperlukan komunikasi radio yang tidak dapat diterima oleh musuh ataupun diganggu oleh musuh.

Cara Kerja Spread Spectrum

Spread Spectrum menggunakan level transmisi daya yang serupa dengan sebuah sinyal narrow-band. Namun, perbedaannya adalah sinyal spread spectrum akan memiliki power spectral density yang lebih rendah untuk masing-masing frekuensi sehingga sinyal Spread Spectrum dapat beroperasi bersama dengan Narrow Band pada frekuensi yang sama tanpa interferensi.

Pada Spread Spectrum, terdapat istilah Pseudo Noise code yang membungkus sebuah sinyal transmisi spread-spectrum sehingga sinyal tersebut terlihat wide-band dan seperti noise. Karakteristik ini yang menyebabkan Spread Spectrum memiliki probabilitas rendah untuk di intercept, akibat Spread Spectrum sulit dideteksi oleh peralatan narrow band dan hanya dapat dibaca oleh peralatan Spread Spectrum yang memiliki kode pseudo noise yang sama.

Gambar 2 di atas menunjukkan representasi sebuah sinyal Spread Spectrum dibandingkan sinyal Narrow Band. Kedua nya dapat memiliki daya yang sama, hal ini terlihat jika kita melakukan integral terhadap frequency (sesuai teorema Parseval, integral dari kuadrat sebuah fungsi dalam domain waktu sama dengan integral dari kuadrat sebuah fungsi dalam domain frekuensi).

LoRa Radio Berbasis Spread Spectrum

Mereferensikan kembali teorema Shannon-Hartley, yang mendefinisikan kapasitas kanal maksimum dari sebuah kanal komunikasi yang memiliki bandwidth tertentu yang terdapat noise. Sesuai dengan turunan persamaan Shannon-Hartley:

Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa untuk nilai perbandingan Noise-to-Signal yang tetap, untuk menaikkan kemampuan mengirim data kecepatan tinggi tanpa error, dibutuhkan bandwidth yang lebih besar. Teknologi LoRa yang menggunakan spread spectrum ini adalah teknologi wide band, sehingga memakan bandwidth yang cukup besar. Pemakaian bandwidth yang besar ini juga mempersulit izin frekuensi untuk keperluan LoRa di Indonesia.

Informasi teknis lebih lanjut tentang LoRa dapat melihat artikel saya yang lain: LoRa Modulation Basics

Referensi

1. https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1271899
2. https://www.semtech.com/uploads/documents/an1200.22.pdf