Perancangan Modulator dan Demodulator pada DPSK

Transkripsi

1 Perancangan Modulator dan Demodulator pada DPSK Makalah ini disusun dalam rangka pemenuhan tugas matakuliah Elektronika Telekomunikasi pada semester genap 2010/2011 Disusun Oleh: 1. Putu Laksmi Mas Pratiwi ( ) 2. Dewi Yolanda ( ) 3. Dian Pramita Utari ( ) 4. Michella Yessica ( ) Fakultas Teknik JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2011

2 DAFTAR ISI Daftar Isi... i BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Tujuan... 1 BAB II. PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Modulasi dan Demodulasi Pengertian Modulasi Pengertian Demodulasi Differensial Phase Shift Keying (DPSK)...12 BAB III. PERANCANGAN MODULATOR DAN DEMODULATOR DPSK 3.1 Modulator DPSK Pre Amplifier ADC Multiplekser Serial to Paralel Delay D-FF ,1,6 Balance Modulator Oscilator Penggeser Fasa Penjumlah Linier Catu Daya... 27

3 Multivibrator Demodulator DPSK LPF Oscillator 500 KHz Balance demodulator Penggeser Fasa BPF Komparator Digital To Analog Converter Demultiplekser Penguat daya BAB IV. KESIMPULAN 4.1 Kesimpulan HASIL DISKUSI Pertanyaan dan Jawaban Daftar Pustaka... iii

4 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan manusia akan informasi saat ini semakin meningkat. Berbagai teknologi baru direalisasikan untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Yang memegang peranan penting dari semua pengiriman informasi adalah tetap pada pengirim dan penerimanya. Dalam system transmisi, agar suatu informasi dapat tersampaikan, perlu dilakukannya proses modulasi. Modulasi ini menyebabkan informasi yang kita kirimkan dapat sampai ke penerima walaupun dalam jarak yang jauh. Proses modulasi dilakukan di sisi transmitter atau pengirim. Alat yang digunakan disebut dengan modulator. Sedangkan, pada sisi penerima atau receiver terdapat proses demodulasi pada alat yang disebut dengan demodulator. Seiring dengan kemajuan teknologi pula, informasi yang dikirimkan tidak hanya dalam bentuk sinyal analog. Dengan informasi yang sudah dalam bentuk digital, maka proses transmisinya juga harus mendukung. Mulai dari proses modulasinya hingga peralatannya, contohnya modulator dan demodulator. Maka, dalam makalah ini penulis membahas tentang modulator dan demodulator digital. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apakah yang dimaksud Modulasi dan Demodulasi? 2. Apakah yang dimaksud dengan Modulasi digital dan jenis-jenisnya? 3. Apakah yang dimaksud DPSK? 4. Bagaimana perancangan Modulator dan Demodulator DPSK? 1.3 Tujuan 1. Mengetahui yang dimaksud dengan modulasi dan demodulasi 2. Mengetahui yang dimaksud dengan modulasi digital dan jenis-jenisnya 3. Mengetahui yang dimaksud dengan DPSK 4. Mengetahui bagaimana perancangan modulator dan demodulator DPSK

5 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Modulasi dan Demodulasi Pengertian Modulasi Modulasi adalah proses penumpangan sinyal informasi terhadap sinyal carier sehingga sebagian karakteristik dari sinyak pembawa berubah sesuai dengan nilai sesaat dari sinyal informasi. Ada beberapa syarat yang diperlukan untuk melakukan modulasi, yaitu: a. Adanya sinyal informasi b. Adanya sinyal carier c. Frekuensi sinyal carier harus lebih besar dari frekuensi sinyal informasi Modulasi ada dua jenis, yaitu modulasi analog dan modulasi digital: 1. Modulasi analog Modulasi analog adalah modulasi yang sinyal informasinya berbentuk analog dan sinyal pembawanya berbentuk analog pula. Ada tiga jenis modulasi analog, yaitu: a. AM (amplitude modulation) Frekuensi dan fasenya tetap, yang berubah hanya amplitudonya. Yaitu penumpangan sinyal informasi pada sinyal carier dimana amplitude sinyal pembawa berubah sesuai amplitude sinyal informasinya. b. FM (frekuensi modulation) Amplitudo dan fasenya tetap, yang berubah hanya frekuensinya. Yaitu penumpangan sinyal informasi pada sinyal carier dimana frekuensi sinyal pembawa berubah sesuai amplitudo sinyal informasinya. c. PM (phase modulation) Amplitudo dan frekuensinya tetap, yang berubah hanya fasanya. Yaitu penumpangan sinyal informasi pada sinyal carier dimana fasa sinyal pembawa berubah sesuai amplitudo sinyal informasinya.

6 Gambar 2.1 AM, FM, dan PM Sumber: 2. Modulasi digital Modulasi digital adalah modulasi yang sinyal informasinya berbentuk digital namun sinyal pembawanya berbentuk analog. Modulasi digital terdiri dari 3 macam: a. Amplitude shift keying (ASK) Amplitude Shift Keying (ASK) atau pengiriman sinyal berdasarkan pergeseran amplitude, merupakan suatu metoda modulasi dengan mengubah-ubah amplitude. Dalam proses modulasi ini kemunculan frekuensi gelombang pembawa tergantung pada ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. Keuntungan yang diperoleh dari metode ini adalah bit per baud (kecepatan digital) lebih besar. Sedangkan kesulitannya adalah dalam menentukan level acuan yang dimilikinya, yakni setiap sinyal yang diteruskan melalui saluran transmisi jarak jauh selalu dipengaruhi oleh redaman dan distorsi lainnya. Oleh sebab itu meoda ASK hanya menguntungkan bila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja. Dalam hal ini faktor derau harus diperhitungkan dengan teliti, seperti juga pada sistem modulasi

7 AM. Derau menindih puncak bentuk-bentuk gelombang yang berlevel banyak dan membuat mereka sukar mendeteksi dengan tepat menjadi level ambangnya. Gambar 2.2 Diagram sirkuit dari ASK dengan menggunakan IC2206 Sumber Gambar 2.3 ASK dan Rangkaiannya (a) Pemancar dan (b) Penerima Sumber

8 b. Frequency Shift Keying (FSK) Frequency Shift Keying (FSK) atau pengiriman sinyal melalui penggeseran frekuensi. Metoda ini merupakan suatu bentuk modulasi yang memungkinkan gelombang modulasi menggeser frekuensi output gelombang pembawa. Pergeseran ini terjadi antara harga-harga yang telah ditentukan semula dengan gelombang output yang tidak mempunyai fasa terputus-putus. Dalam proses modulasi ini besarnya frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. FSK merupakan metode modulasi yang paling populer. Dalam proses ini gelombang pembawa digeser ke atas dan ke bawah untuk memperoleh bit 1 dan bit 0. Kondisi ini masing-masing disebut space dan mark. Keduanya merupakan standar transmisi data yang sesuai dengan rekomendasi CCITT. FSK juga tidak tergantung pada teknik on-off pemancar, seperti yang telah ditentukan sejak semula. Kehadiran gelombang pembawa dideteksi untuk menunjukkan bahwa pemancar telah siap. Gambar 2.4 Pemancar FSK Sumber

9 Gambar 2.5 Penerima FSK Sumber Dalam hal penggunaan banyak pemancar (multi transmitter), masing-masingnya dapat dikenal dengan frekuensinya. Prinsip pendeteksian gelombang pembawa umumnya dipakai untuk mendeteksi kegagalan sistem bekerja. Bentuk dari modulated Carrier FSK mirip dengan hasil modulasi FM. Secara konsep, modulasi FSK adalah modulasi FM, hanya disini tidak ada bermacam-macam variasi /deviasi ataupun frekuensi, yang ada hanya 2 kemungkinan saja, yaitu More atau Less (High atau Low, Mark atau Space). Tentunya untuk deteksi (pengambilan kembali dari kandungan Carrier atau proses demodulasinya) akan lebih mudah, kemungkinan kesalahan (error rate) sangat minim/kecil. Umumnya tipe modulasi FSK dipergunakan untuk komunikasi data dengan Bit Rate (kecepatan transmisi) yang relative rendah, seperti untuk Telex dan Modem-Data dengan bit rate yang tidak lebih dari 2400 bps (2.4 kbps). a. Rangkaian modulator FSK Data digital yang dikirimkan secara serial oleh mikrokontroler sebelum diteruskan ke pemancar harus dimodulasikan atau diubah parameternya dari parameter tegangan menjadi frekuensi. Modulator FSK akan mengubah data yang dikirimkan mikrokontroler menjadi sinyal sinusiodal dengan frekuensi yang bergantung pada data dari mikrokontroler. Nilai frekuensi yang dihasilkan bergantung pada nilai R1, R2 dan nilai C yang merupakan

10 komponen eksternal yang harus ditambahkan pada IC XR Nilai frekuensi yang dihasilkan akan sesuai dengan persamaan f1 = 1/(R1.C) dan f2 = 1/(R2.C), f 1 merupakan frekuensi yang dihasilkan pada saat input berupa data logika high, sedangkan f 2 merupakan frekuensi yang dihasilkan pada saat input berupa data logika low (Exar, 1997). Rangkaian modulator FSK dapat dilihat pada gambar 1. Pulsa logika high pada penelitian ini akan setara dengan f 1 yaitu sebesar 1100 Hz, oleh karena itu nilai R1 adalah sebesar 27,5 k ohm dan C sebesar 33nF. Sedangkan data logika low akan setara dengan f 2 sebesar 2200 Hz, sehingga nilai R 2 adalah 13,7 k ohm. Gambar 2.6 Rangkaian modulator FSK Sumber b. Rangkaian demodulator FSK Rangkaian demodulator FSK menerima sinyal yang berasal dari receiver. Seperti pada waktu dipancarkan, sinyal ini berupa sinyal sinusiodal yang berubah-ubah frekuensinya sesuai dengan data yang dikirimkan. Demodulator akan mengubah kembali sinyal sinusoidal tersebut menjadi sinyal digital (biner) yang dapat diterima mikrokontroler melalui pin RxD. Pengubahan oleh demodulator dilakukan dengan membandingkan dengan frekuensi tengah (f 0 ). Frekuensi yang lebih besar dari frekuensi tengah akan

11 menghasilkan output logika high, sedangkan frekuensi input yang kurang dari frekuensi tengah akan menghasilkan output logika low. Rangkaian demodulator FSK dapat dilihat pada gambar 2. Spesifikasi dari rangkaian FSK demodulator ini, yaitu : Level TTL input 1200 Hz untuk logika Hz untuk logika 0 Kecepatan maksimal pengiriman data 1200 Bps Catu Daya Eksternal 12 VDC Gambar 2.7 Rangkaian demodulator FSK Sumber Frekuensi tengah ditentukan dengan mengatur besarnya hambatan pada R 0 dan besarnya C 0 (kondensator yang terhubung pada pin 13 dan 14 IC XR 2211). Nilai frekuensi tengah ditentukan berdasarkan nilai kedua frekuensi yang dihasilkan oleh modulator FSK. Penentuan nilai frekuensi tengah dihitung dengan persamaan:

12 Pemilihan nilai R 0 dan C 0 dilakukan berdasarkan persamaan f 0 =1/(R 0. C 0 ). Nilai f 1 dan f 2 berturut-turut adalah 1100 Hz dan 2200 Hz sehingga didapatkan nilai f 0 adalah sebesar 1556 Hz. Berdasarkan nilai f 0 ini, ditentukan nilai C sebesar 33 nf dan R 0 sebesar 19,4 k ohm. Namun demikian, R 0 yang digunakan dalam rangkaian adalah variabel resistor sehingga dapat diubah-ubah nilainya untuk pengesetan (Exar, 1997). c. Phase Shift Keying (PSK) Phase Shift Keying (PSK) atau pengiriman sinyal melalui pergeseran fasa. Metoda ini merupakan suatu bentuk modulasi fasa yang memungkinkan fungsi pemodulasi fasa gelombang termodulasi di antara nilai-nilai diskrit yang telah ditetapkan sebelumnya. Dalam proses modulasi ini fasa dari frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai denganperubahan status sinyal informasi digital. Sudut fasa harus mempunyai acuan kepada pemancar dan penerima. Akibatnya, sangat diperlukan stabilitas frekuensi pada pesawat penerima. Guna memudahkan untuk memperoleh stabilitas pada penerima, kadang-kadang dipakai suatu teknik yang koheren dengan PSK yang berbeda-beda. Hubungan antara dua sudut fasa yang dikirim digunakan untuk memelihara stabilitas. Dalam keadaan seperti ini, fasa yang ada dapat dideteksi bila fasa sebelumnya telah diketahui. Hasil dari perbandingan ini dipakai sebagai patokan (referensi). Untuk transmisi Data atau sinyal Digital dengan kecepatan tinggi, lebih efisien dipilih system modulasi PSK. Dua jenis modulasi PSK yang sering kita jumpai yaitu : 1. BPSK BPSK adalah format yang paling sederhana dari PSK. Menggunakan dua yang tahap yang dipisahkan sebesar 180 dan sering juga disebut 2-PSK. Modulasi ini paling sempurna dari semua bentuk modulasi PSK. Akan tetapi bentuk modulasi ini hanya mampu memodulasi 1 bit/simbol dan dengan demikian maka modulasi ini tidak cocok untuk aplikasi data-rate yang tinggi dimana bandwidthnya dibatasi.

13 Gambar 2.8 Pemancar BPSK Sumber Gambar 2.9 Penerima BPSK Sumber 2.QPSK Kadang - kadang dikenal sebagai quarternary atau quadriphase PSK atau 4-PSK, QPSK menggunakan empat titik pada diagram konstilasi, terletak di sekitar suatu lingkaran. Dengan empat tahap, QPSK dapat mendekode dua bit per simbol. Hal ini berarti dua kali dari BPSK. Analisa menunjukkan bahwa ini mungkin digunakan untuk menggandakan data rate jika dibandingkan dengan sistem BPSK. Walaupun QPSK dapat dipandang sebagai sebagai suatu modulasi quaternary, lebih mudah untuk melihatnya sebagai dua quadrature carriers yang termodulasi tersendiri. Dengan penafsiran ini, maka bit yang digunakan untuk mengatur komponen phase pada sinyal carrier ketika digunakan untuk mengatur komponen quadrature-phase dari sinyal carrier tersebut. BPSK digunakan pada kedua carrier dan dapat dimodulasi dengan bebas.

14 Gambar 2.10 Pemancar QPSK Sumber Gambar 2.11 Penerima QPSK Sumber

15 Gambar 2.12 Modulasi digital ASK, FSK, PSK Sumber: Pengertian Demodulasi Demodulasi adalah suatu proses penterjemahan kode-kode dari sinyal yang telah diterima, dan biasanya mengalami kerusakan akibat noise. 2.2 Diferencial Phase Shift Keying (DPSK) Pengertian DPSK Modulasi DPSK/DQPSK adalah varian dari skema modulasi 4-QPSK yang ditambahkan differential encoding ke pengkodean bit sebelum terjadinya proses modulasi.diferensial berarti bahwa informasi tersebut tidak dilakukan oleh keadaan mutlak, melainkan dibawa oleh transisi antara keadaan. Keuntungan menggunakan diferensial encoding adalah bebas dari ambiguitas fasa jika konstelasi diputar oleh efek dalam saluran komunikasi di mana sinyal lewat. Masalah ini dapat diatasi dengan merubah data dari pada merubah gelombangnya. Modulasi QPSK menggunakan skema pengkodean diferensial biasanya disebut sebagai 4-DPSK atau DPSK. Format modulasi DQPSK menggunakan dua konstelasi QPSK diimbangi oleh 45 derajat (π/4 radian)

16 seperti digambarkan pada Gambar Transisi harus terjadi dari satu konstelasi ke konstelasi yang lain, atau setiap simbol DQPSK akan berada di salah satu dari delapan titik pada diagram konstelasi. Hal ini menjamin bahwa selalu ada perubahan fasa pada masing-masing simbol, membuat pemulihan jam lebih mudah. Data dikodekan dalam besar dan arah pergeseran fasa, bukan dalam posisi yang absolute pada konstelasi. Gambar 2.13 Diagram Konstelasi DPSK dengan kode gray yang identik dan dirotasi 45 0 Sumber: digilib.its.ac.id Tabel 1 merangkum kemungkinan hubungan antara fase transisi dalam skema modulasi DPSK dan dibits kode Gray. Tabel 1.1 hubungan antara input dibits dengan perubahan fasa pada modulasi DPSK Sumber: digilib.its.ac.id

17 2.2.2 Aplikasi DPSK Aplikasi DPSK digunakan pada jaringan serat optik yang menggunakan EDFA, berikut ini skemanya: Gambar 2.14 Skema penggunaan DPSK pada jaringan serat optik Sumber digilib.its.ac.id Dan dari skema di atas dapat kita ketahui performansinya melalui eye pattern

18 Gambar 2.15 Diagram performansi penggunaan DPSK pada jaringan serat optik Sumber digilib.its.ac.id

19 BAB III PERANCANGAN MODULATOR DAN DEMODULATOR DPSK 3.1 Perancangan Modulator 4-DPSK Perancangan sistem modulator 4-DPSK yang diaplikasikan untuk pengiriman sinyal suara, secara keseluruhan dapat dilihat dari blog diagram di bawah ini Gambar 3.1 Blok Diagram Modulator 4-DPSK Sumber: elib.unikom.ac.id Dari gambar Blok 4-DPSK di atas menunjukkan bahwa Pre Amp merupakan inputan data berupa suara yang dikonversi menggunakan ADC dimana rangkaian ini berfungsi untuk mengubah data analog menjadi data digital.keluaran dari ADC lebih dari satu output sehingga diperlukan sebuah rangkaianyang bisa mengeluarkan output satu dari beberapa input yaitu menggunakanmuktiplekser. Data masukan serial dengan kecepatan 2400 Bps dibagi dua dengan menggunakan rangkaian serial to parallel menjadi dua aliran bit data yaitu aliran data bit ganjil kita sebut I dan aliran data bit genap kita sebut Q yang dikeluarkan secara bersama-sama dengan kecepatan masing-masing menjadi setengah dari 2400 Bps menjadi 1200 Bps, yang mana nantinya keluaran Q dengan keluaran I. Tujuan dibuat

20 rangkaian serial to parallel ini yaitu untuk memberi sinyal masukan data yang akan dimodulalsi sebanyak dua bit yaitu dengan pola sinyal keluarannya 00, 01, 10, 11. Sinyal ini yang akan membentuk sinyal keluaran menjadi empat fasa. Selanjutnya sinyal data d(t) dari serial to parallel ini diolah menggunakan gerbang XNOR dua masukan, dan satu masukan lainya diambil dari keluaran gerbang XNOR yang di delay dengan waktu Tb dialokasikan untuk 1 bit delay, pada masukan kedua ini adalah b(t-tb). Pada proses inilah pengkodean DPSK terbentuk, sehingga pada penerima (Demodulator 4-DPSK) tidak memerlukan simyal pembawa recovery yang berfungsi untuk membangkitkan dan mengembalikan lagi simyal pembawa yang termodulasi menjadi simyal pembawa tanpa termodulasi. Oscillator berfungsi untuk membangkitkan frekuensi sinyal pembawa yang berfungsi sebagai sinyal pembawa yang di jadikan sebagai inputan untuk Balance Modulator, namun untuk mendapatkan sinyal keluaran 4-DPSK maka salah satu dari Balanced Modulator digeser fasanya 90o dengan menggunakanpenggeser fasa agar sinyal 4-DPSK terbentuk, keluaran dari output kedua Balanced Modulator dijumlahkan menggunakan rangkaian penjumlah linier dan dikuatkan sehingga terbentuklah sinyal output 4-DPSK Pre Amp Sinyal suara akan di ubah oleh mikrophone menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik ini selanjutnya di proses oleh suatu penguat memperkuat arus dan tegangan, sehingga dihasilkan arus dan tegangan output yang jauh lebih besar. Input merupakan sumber suara yang masuk melalui microphone dan dijadikan sebagai input untuk modulasi 4-DPSK. Dalam perancangan modulasi 4-DPSK diperlukan data input suara dan di sini penulis membuat sebuah rangkaian amplifier dengan menggunakan IC Op Amp LM386. Adapun rangkaian Pre Amp yang digunakan pada tugas akhir ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

21 Gambar 3.2 Rangkaian Amplifier Sumber: elib.unikom.ac.id Rangkaian di atas adalah rangkaian dengan penguatan non inverting dimana nilai komponen telah ditentukan sebelumnya. Komponen yang di gunakan adalah sebagai berikut: R1 = 5.6 K R2 = 10 K (potensio) R3 = 10 ohm C1 = 0.1 uf (keramik) C2,C3 = 10 uf C4 = 100 uf C5 = uf (keramik) ADC ADC berfungsi mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital dimana pada modulasi 4-DPSK ini menggunakan input suara (analog) sehingga harus diubah menjadi digital agar dapat dimodulasi. Rangkaian ADC yang digunakan pada modulasi 4-DPSK ini adalah resolusi 23 = 8 bit dengan menggunakan IC0804, mudahnya mendapatkan referensi dan murahnya biaya dalam pembuatan rangkaian ini menjadi pilihan dalam perancangan modulasi 4-DPSK.

22 Gambar 3.3 Rangkaian ADC0804 Sumber: elib.unikom.ac.id Gambar di atas menunjukkan analog to digital converter dengan ADC Secara singkat prinsip kerja dari konverter A/D adalah semua bit-bit diset kemudian diuji, dan bilamana perlu sesuai dengan kondisi yang telah ditentukan. Dengan rangkaian yang paling cepat, konversi akan diselesaikan sesudah 8 clock, dan keluaran D/A merupakan nilai analog yang ekivalen dengan nilai register SAR. Apabila konversi telah dilaksanakan, rangkaian kembali mengirim sinyal selesai konversi yang berlogika rendah. Sisi turun sinyal ini akan menghasilkan data digital yang ekivalen ke dalam register buffer. Dengan demikian, keluaran digital akan tetap tersimpan sekalipun akan di mulai siklus konversi yang baru. IC ADC 0804 mempunyai dua masukan analog, Vin (+) dan Vin (-), sehingga dapat menerima masukan diferensial. Masukan analog sebenarnya (Vin) sama dengan selisih antara tegangan-tegangan yang dihubungkan dengan ke dua pin masukan yaitu Vin= Vin (+) Vin (-). Kalau masukan analog berupa tegangan tunggal, tegangan ini harus dihubungkan dengan Vin (+), sedangkan Vin (-) digroundkan. Untuk operasi normal, ADC 0804 menggunakan Vcc = +5 Volt sebagai tegangan referensi.

23 3.1.3 Muktiplekser Muktiplekser berfungsi untuk meloloskan satu output dari banyak inputan yang di keluar oleh ADC.Untuk mendapatkan rangkaian Muktiplekser maka penulis menggunakan multiplekser 8 ke 1. Multiplekser 8 ke 1 menggunakan IC TTL 74LS151 dimana IC ini mempunyai 8 input dan 1 output. Masukan dari rangkaian ini adalah keluaran dari ADC Gambar 3.5 Rangkaian Multiplekser 8 Ke 1 Sumber: elib.unikom.ac.id Jika E mewakili saluran Enable, maka keluaran F dapat dinyatakan sebagai berikut: F=E.X0.K1.K2.K3+E.X0.K1.K2.K3+E.X0.K1.K2.K3+E.X0.K1.K2.K3+E.X0.K1.K2.K3+E.X0.K1.K2.K3+ E.X0.K1.K2.K3+ E.X0.K1.K2.K3 Kendali pada rangkaian ini di groundkan sehingga rangkaian ini bekerja dengan sifat dontcare, input dari rangkaian ini adalah output dari A/D dan output akan menjadi input untuk rangkaian serial to parallel.

24 3.1.4 Serial to parallel Fungsi dari serial to parallel adalah menjadikan output lebih dari satu dengan inputan satu. Diperancangan 4-DPSK diperlukan 2 inputan maka serial to parallel di sini mengeluarkan 2 output yang akan digunakan untuk modulasi 4- DPSK. Rangkaian serial to parallel ini direalisasikan menggunakan IC 74LS74, Dimana IC ini terdapat dua buah flip-flop data. Gambar 3.6 Rangkaian Serial to parallel Sumber: elib.unikom.ac.id Untuk mendapatkan detak 2500 Hz (clock) dilakukan pembagian frekuensi pada output rangkaian Multivibrator yang frekuensi outputnya 5000Hz. Rangkaian pembagi dua frekuensi ini direalisasikan dengan menggunakan sebuah delay flipflop IC 74LS74 seperti pada gambar di bawah ini. Gambar 3.7 Rangkaian Pembagi Dua Frekuensi Sumber: elib.unikom.ac.id Untuk mendapatkan serial to parallel dan pembagi dua frekuensi dapat digabungkan dengan dua buah IC 74LS74 seperti pada gamabar di bawah

25 Gambar 3.8 Rangkain Serial to parallel dan Pembagi Dua Frekuensi Sumber: elib.unikom.ac.id Dari rangkaian di atas input serial didapat dari rangkaian P/S sedangkan input CLK didapat dari rangkaian Multivibrator Delay D-FF Delay isi berfungsi untuk membentuk modulasi DPSK dimana diperlukan dua masukan dan salah satunya adalah masukan dari delay 1 bit. Yang mana input untuk delay ini diambil dari output DPSK dan di delay di jadikan salah satu input untuk DPSK tersebut yang dibangun dari gerbang XNOR. Sehingga terbentuklah modulasi DPSK. Delay D-FF yang dirancang mengunakan IC digital 74LS75 dimana IC ini merupakan IC Flip-Flop D dengan 4 buah FF data. Operasi demikian disebut pemicuan tepi (edge triggering). Pemicuan hanya terjadi pada tepi naik (positif) dari sinyal detak. Dengan kata lain, data hanya disimpan pada tepi positif. Kaki D pada rangkaian ini merupakan output dari serial to parallel dan kaki CLK di dapat dari rangkaian clock Balanced Modulator Balanced Modulator adalah suatu rangkaian mixer dengan 2 input yaitu data (disini adalah suara) dan sinyal pembawa (oscillator) sehingga terjadi modulasi untuk dikirimkan ke penerima. Sinyal termodulasi ini terbentuk oleh dua input dengan syarat sinyal pembawa harus lebih besar dari sinyal data,

26 kemudian terjadi pencampuran dan modulasi ini hanya meloloskan sinyal informasi saja. Balance modulator yang dirancang ini menggunakan IC MC1496. Rangkaian balance modulator memiliki dua masukan sinyal, yaitu sinyal pembawa dan sinyal data. Sinyal pembawa menjadi masukan bagi balance modulator dan memiliki nilai frekuensi yang lebih besar dengan sinyal data. Ketika kedua sinyal tersebut dimasukkan ke dalam rangkaian balance modulator, maka sinyal pembawa tersebut hilang sehingga sinyal yang keluar dari rangkaian balance modulator adalah sinyal informasi yang dikirimkan dari penguat suara. Gambar di bawah ini adalah Rangkaian balance modulator yang akan dirancang Gambar 3.9 Rangkaian Balance Modulator Sumber: elib.unikom.ac.id Oscillator Untuk membangkitakan sinyal pembawa menggunakan suatu rangkaian Oscillator yang akan dijadikan sebagai sinyal input untuk modulasi dan berfungsi sebagai sinyal pembawa. Dimana rangkaian Oscillator ini dapat membangkitkan sinyal pembawa yang berbentuk sinusoidal dengan penguatan frekuensi 500 KHz yang di bangkitkan oleh IC dengan tipe EXAR Penggunaan Oscillator ini dengan pertimbangan bahwa rangkaian ini simpel, murah, frekuensi yang

27 dikeluarkan mencapai 500 KHz, dan sedikit komponen yang digunakan. Oscillator yang digunakan dalam merancang modulasi 4-DPSK adalah seperti gambar di bawah ini Gambar 3.10 Rangkaian Oscillator Sumber: elib.unikom.ac.id Untuk menentukan nilai komponen pada oscillator berikut perhitungannya: Di dalam perakitan rangkaian ini tidak ditemukan komponen R yang nilainya sesuai dengan perhitungan di atas sehingga R tersebut digantikan dengan variable resistor (VR) dengan nilai tahanan 1 KΩ. Ini dilakukan agar memudahkan dalam

28 pengukuran untuk mencari frekuensi 500 KHz. Dan variable resistor (VR) 50 KΩ berfungsi untuk mengatur amplitudo Penggeser Fasa 90o Untuk mendapatkan keluaran yang berbeda fasa dari kedua Balanced Modulator digunakan rangkaian penggeser fasa yang mana keluaran dari osicillator digeser fasa sebesar 90 o dan merupakan inputan untuk salah satu Balanced Modulator. Rangkaian penggeser fasa yang dirancang ini besar fasa 90 o. dengan Oscillator 500KHz sebagai referensinya. Pada rangkaian penggeser fasa di atas untuk menentukan nilai komponen yang digunakan untuk mendapat pergeseran fasa sebesar 90 o, berikut perhitungannya: Dengan asumsi : θ = 900 Capasitor =10 nf Frekuensi OSC =500 KHz Maka:

29 Gambar 3.11 Rangkaian Penggeser Fasa 90 o Sumber: elib.unikom.ac.id Pada perancangan ini, nilai R diganti komponennya menggunakan variable resistor (VR) dengan nilai 1 KΩ, hal ini dilakukan agar memudahkan pada saat pengukuran untuk mendapatkan pergeseran fasa sebesar 900. Input rangkaian ini adalah oscillstor dan outputnya dihubungkan ke salah satu balanced modulator Penjumlah Linier Penjumlah linier atau lebih dikenal sebgai rangkaian summing pada kedua output dari Balanced Modulator yang sinyalnya telah termodulasi dan terjadi penguatan sehingga keluaran dari kedua Balanced Modulator menjadi satu sinyal yaitu sinyal 4-DPSK. Penjumlah linier yang dirancang adalah penguatan non inverting dengan penguatan 1x. berikut adalah perhitungan komponennya: Berikut gambar rangkaian dan nilai komponen yang digunakan pada penjumlah linier yang dirancang

30 Gambar 3.12 Penjumlah Linier Sumber: elib.unikom.ac.id Input dari rangkaian ini adalah V1 dan V2 dimana input ini berasal dari output dari kedua balanced modulator. Output dari rangkaian ini adalah penjumlahan kedua balanced modulator sehingga terbentuk sinyal 4-DPSK yang menjadi output dari rangkaian ini Catu Daya Untuk memberi supply energi ke modulator 4-DPSK dibutuhkan tegangan simetris DC, disini tegangan simetris menggunakan IC regular 78LXX untuk memberi supplay tegangan positif dan 79LXX untuk memberi supplay tegangan negatif Multivibrator (Pembangkit Pulsa) Multivibrator (MV) adalah suatu rangkaian pembangkit pulsa yang menghasilkan output gelombang segi empat (square wave). Multivibrator ini dirancang menggunakan IC 555. IC Timer 555 sangat populer sehingga penulis menggunakan IC ini agar lebih mudah dalam mencari referensi dan komponenyang akan digunakan. Untuk mendapatkan nilai frekuensi clock 5000 Hz maka dapat dicari nilai komponen melalui rumus:

31 Berikut perhitungannya dengan asumsi RB = 1 KΩ, C = 100 nf dan f = 5000 Hz Maka: Gambar 3.14 Rangkaian Multivibrator Sumber: elib.unikom.ac.id

32 Pada perancangan ini, nilai RA diganti komponennya menggunakan variable resistor (VR) dengan nilai 5 KΩ, hal ini dilakukan agar memudahkan pada saat pengukuran untuk menentukan frekuensi 5000 Hz. 3.2 Perancangan Demodulator 4-DPSK Pada perancangan alat untuk sistem demodulasi yang dirancang, terdiri dari beberapa perangkat keras (Hardware) yang akan dibentuk menjadi satu rangkaian pemodulasi sinyal digital yaitu demodulator 4-DPSK. Berikut adalah gambaran secara umum (blok diagram) demodulator 4-DPSK. Gambar 3.15 Blok Diagram Demodulator 4-DPSK Sumber: elib.unikom.ac.id Blok diagram demodulator 4-DPSK di atas terdiri dari beberapa blok, diantaranya Low Pass Filter (LPF), Osilator 500 khz, balance demodulator, penggeser fasa 90 o, Band Pass Filter (BPF), Komparator, Demultiplekser, DAC, Penguat Daya dan Speaker Low Pass Filter (LPF) Perancangan rangkaian LPF digunakan pada bagian awal perancangan blok penerima. Rangkaian LPF ini bertujuan agar frekuensi rendah saja yang masuk sedangkan frekuensi tinggi tidak dapat masuk. Pada rangkaian LPF terjadi pembatasan frekuensi yang diteruskan dan ada juga yang ditahan serta terjadi perubahan fasa antara input dan output. Frekuensi yang berada di bawah frekuensi cut off akan diteruskan masuk, sedangkan frekuensi yang berada di atas frekuensi

33 cut off akan ditahan dan terjadi penurunan gain. Karena frekuensi input yang dikirim adalah frekuensi suara, maka pada perancangan kali ini frekuensi yang akan diloloskan oleh LPF sebesar 4000 Hz. Berikut perancangan rangkaian dan perhitungannya: Karena nilai R Ω yang tidak terdapat dipasaran, maka digunakan variable resitor (VR) sebesar 10 KΩ. Gambar 3.16 Rangkaian Low Pass Filter (LPF) Sumber: elib.unikom.ac.id Osilator 500 KHz Rangkaian osilator ini digunakan untuk membangkitkan sinyal carrier yang berbentuk sinusoidal dengan frekuensi 500 KHz, yang dibangkitkan oleh IC pembangkit sinyal sinusoidal dengan tipe EXAR Berikut adalah gambaran rangkaian osilator yang dirancang, beserta perhitungannya.

34 Frekuensi Carrier (fc)= 500 KHz (Perancangan Yang Diinginkan) Asumsi: Kapasitor (C) = 10 pf Maka, untuk mendapatkan nilai R yang diinginkan menggunakan parsamaan: Karena nilai R 199 KΩ yang tidak terdapat dipasaran, maka digunakan variable resitor (VR) sebesar 500 KΩ.

35 Gambar 3.17 Rangkaian Osilator 500 KHz Sumber: elib.unikom.ac.id Pada rangkaian osilator, umumnya frekuensi keluaran ditentukan oleh elemen penentu frekuensi yang biasanya terdiri dari elemen R dan C. Akan tetapi frekuensi operasi maksimum dari rangkaian osilator yang menggunakan IC mempunyai batas maksimum yang sudah ditentukan dalam data sheet sehingga penentuan elemen R dan C harus sesuai dengan dengan ketentuan IC EXAR 2206 ini.

36 3.2.3 Balance Demodulator Balance demodulator yang dirancang ini menggunakan IC MC1496. Penguatan dari seluruh rangkaian balance demodulator ditentukan dari nilai R8 sedangkan R9 menentukan besar arus bias. Rangkaian balance demodulator yang dirancang adalah sebagai berikut. Gambar 3.18 Rangkaian Balalance Demodulator Sumber: elib.unikom.ac.id

37 Rangkaian balance demodulator memiliki dua masukan sinyal, yaitu sinyal carrier dan sinyal modulasi. Sinyal carrier menjadi masukan bagi balance demodulator dan memiliki nilai frekuensi yang sama besar dengan sinyal carrier yang berada pada sinyal modulasi. Ketika kedua sinyal tersebut dimasukkan ke dalam rangkaian balance demodulator, maka sinyal carrier tersebut hilang sehingga sinyal yang keluar dari rangkaian balance demodulator adalah sinyal informasi yang dikirimkan dari speaker Penggeser Fasa 90 o Rangkaian pengeser fasa yang dirancang ini besarnya 90 o. Perancangan rangkaian penggeser fasa ini sama dengan perancangan rangkaian pengeser fasa yang ada di modulator 4-DPSK (perhatikan Gambar 3.6). Rangkaian penggeser fasa yang berada di demodulator 4-DPSK ini berfungsi untuk menggeser sinyal carrier sebesar 90 o dengan osilator 500 khz sebagai referensinya. Sinyal carrier yang digeser sebesar 90 o menjadi masukan untuk salah satu balance demodulator. Berikut adalah perhitungan untuk penggeser fasa yang dirancang.

38 Maka, dari nilai resistor di atas yang telah didapat dari perhitungan ditetapkan nilai Variable Resistor (VR) sebesar 1 KΩ. o Gambar 3.19 Rangkaian Penggesesr Fasa 90 Sumber: elib.unikom.ac.id Band Pass Filter (BPF) Perancangan Band Pass filter (BPF) ini dimaksudkan untuk meloloskan suatu band frekuensi tertentu, sesuai dengan perancangan yang diinginkan. Berikut adalah perhitungan secara teori beserta gambar perancangan yang akan dibuat. Persamaan:

39 Dari perhitungan di atas maka dirancanglah sebuah BPF: Gambar 3.20 Rangkaian Band Pass Filter Sumber: elib.unikom.ac.id

40 3.2.6 Komparator Pada perancangan sistem modulasi digital ini membutuhkan suatu rangkaian yang dapat mengubah bentuk sinyal analog menjadi sinyal digital. Untuk itulah dirancang sebuah komparator agar pada saat percobaan dilakukan pada demodulator yang dirancang ini, memiliki keluaran digital sesuai dengan karakteristik modulasi digital. Komparator merupakan rangkaian pengubah sinyal sinusoidal menjadi sinyal kotak, tegangan yang masuk ke rangkaian komparator dibandingkan dengan tegangan referensi yang ada di rangkaian komparator sehingga output sinyal pada rangkaian komparator berbentuk kotak DAC (Digital To Analog Converter) Rangkaian digital to analog converter ini menggunakan IC 0808, dimana IC ini memiliki 8 input (pin 5-12) dan 1 output (pin 4) yang telah diberitambahan sebuah penguat amplifier (Op-Amp 741), dan beberapa komponen pendukung lain seperti R dan C. Prinsip dasar dari rangkaian ini dibentuk karena mengatasi hambatan besar resistor yang terjadi bila jumlah bit rangkaian bertambah. Rangkaian ini hanya menggunakan dua nilai resistor. Prinsip dasar rangkaian ini menggunakan rangkaian penjumlah langsung (Direct summing circuit) yang dibentuk dengan menggunakan Operasional Amplifier. Berikut adalah gambar rangkaian DAC yang digunakan.

41 Gambar 3.21 Rangkaian DAC Sumber: elib.unikom.ac.id Fungsi rangkaian DAC pada perancangan ini ialah megubah data digital yang keluar dari komparator menjadi bentuk analog, hal ini dimaksudkan agar suara yang dikirim oleh modulator dapat dikeluarkan di demodulator melalui penguat daya dan speaker.karena pada perancangan ini sinyal yang akan dikeluarkan berupa suara yang memilki format sinyal analog Demutiplekser Rangkaian demultiplekser yang digunakan pada perncangan demodulator 4- DPSK ini adalah IC TTL 74138, yang mana dapat nengeluarkan 8 bit keluaran. Pemilihan IC ini sebagai rangkaian demultiplekser dikarenakan untuk input DAC yang dirancang memilki 8 buah masukan Rangkaian Penguat Daya Rangkaian penguat di bawah ini yang ditunjukkan pada Gambar 3.23, berfungsi untuk menguatkan daya yang dikirim oleh modulator agar suara yang telah difilter dan terdapat noise diharapkan dapat terbaca oleh penerima dan

42 dikeluarkan kembali sebagai suara melalui speaker yang terdapat pada rangkaian penguat daya itu sendiri. Berikut adalah rangkain penguat daya yang digunakan. Gambar 3.22 Rangkaian Penguat Daya Sumber: elib.unikom.ac.id Untuk perancangan penguat daya disini menggunakan IC LM 358, dengan rangkaian yang sudah ada dan nilai komponen yang sudah ditetapkan. Jadi pada pembuatan blok rangkaian penguat daya ini, tidak menggunakan perhitungan komponen yang digunakan seperti blok-blok rangkaian lain yang telah dirancang sebelumnya.

43 BAB IV KESIMPULAN 4.1 Kesimpulan Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa: 1. Modulasi adalah proses penumpangan sinyal informasi terhadap sinyal carier sehingga sebagian karakteristik dari sinyak pembawa berubah sesuai dengan nilai sesaat dari sinyal informasi. Demodulasi adalah proses pemisahan dari sinya termodulasi menjadi sinyal carrier dan sinyal informasi 2. Modulasi digital adalah modulasi yang sinyal informasinya berbentuk digital namun sinyal pembawanya berbentuk analog. Jenisnya ada tiga yaitu: ASK, FSK, dan PSK. 3. DPSK adalah varian dari skema modulasi 4-QPSK yang ditambahkan differential encoding ke pengkodean bit sebelum terjadinya proses modulasi. Diferensial berarti bahwa informasi tersebut tidak dilakukan oleh keadaan mutlak, melainkan dibawa oleh transisi antara keadaan. 4. Proses perancangan DPSK terdiri dari perancangan: a. Modulator DPSK, yang terdiri dari rangkaian: Pre Amplifier ADC Multiplekser Serial to parallel Delay D-FF Balance Modulator Oscillator Penjumlah linier Catu daya multivibrator Penggeser fasa 90 o b. Demodulator DPSK, terdiri dari rangkaian: LPF Oscillator 500 KHz

44 Balance demodulator BPF Komparator Digital To Analog Converter Demultiplekser Penguat daya Penggeser fasa 90 o

45 HASIL DISKUSI PERTANYAAN 1. Apa perbedaan antara BPSK dan QPSK? (Baskoro Adiguna) 2. Pada modulasi digital, sinyal informasi berupa sinyal digital dan sinyal carrier berupa sinyal analog. Apakah tidak ada sinyal carrier digital? (Ichwan Maulana) 3. Catu tegangan pada modulasi digital berupa tegangan simetris DC. Apa yang dimaksud tegangan simetris DC? Bisakah menggunakan tegangan asimetris DC? (Dyah Retno P.) 4. Dalam penjumlahan linier, apakah yang dijumlahkan? Apakah sinyalnya sudah sefasa? (M. Riza F.) JAWABAN 1. a. BPSK BPSK adalah format yang paling sederhana dari PSK. Menggunakan dua tahap yang dipisahkan sebesar 180 dan sering juga disebut 2-PSK. Modulasi ini paling sempurna dari semua bentuk modulasi PSK. Akan tetapi bentuk modulasi ini hanya mampu memodulasi 1 bit/simbol dan dengan demikian maka modulasi ini tidak cocok untuk aplikasi data-rate yang tinggi dimana bandwidthnya dibatasi. b. QPSK Dikenal sebagai quarternary atau quadriphase PSK atau 4-PSK, QPSK menggunakan empat titik pada diagram konstilasi, terletak di sekitar suatu lingkaran. Dengan empat tahap, QPSK dapat mendekode dua bit per simbol. Hal ini berarti dua kali dari BPSK. Analisa menunjukkan bahwa ini mungkin digunakan untuk menggandakan data rate jika dibandingkan dengan sistem BPSK. Walaupun QPSK dapat dipandang sebagai sebagai suatu modulasi quaternary, lebih mudah untuk melihatnya sebagai dua quadrature carriers yang termodulasi tersendiri.

46 2. Tidak ada pembawa sinyal digital karena pentransmisian sinyal digital dapat dilakukan tanpa sinyal pembawa. Untuk pentransmisian jarak jauh, sinyal digital ditumpangkan pada gelombang elektromagnetik yang merupakan sinyal analog. 3. Catu tegangan DC simetris adalah DC murni, jadi bukan merupakan DC step. Jika menggunakan catu daya DC asimetris maka akan merusak sistem dimana sinyal keluarannya tidak stabil. 4. Rangkaian penjumlahan linier adalah rangkaian penjumlahan atau summing pada kedua output dari Balanced Modulator yang sinyalnya telah termodulasi dan terjadi penguatan sehingga keluaran dari kedua Balanced Modulator menjadi satu sinyal yaitu sinyal 4- DPSK. Oscillator berfungsi untuk membangkitkan frekuensi sinyal pembawa yang berfungsi sebagai sinyal pembawa yang di jadikan sebagai inputan untuk Balance Modulator, namun untuk mendapatkan sinyal keluaran 4-DPSK maka salah satu dari Balanced Modulator digeser fasanya 90 o dengan menggunakanpenggeser fasa agar sinyal 4-DPSK terbentuk, keluaran dari output kedua Balanced Modulator dijumlahkan menggunakan rangkaian penjumlah linier dan dikuatkan sehingga terbentuklah sinyal output 4-DPSK. Sinyal yang dijumlahkan sudah sefasa.

47 DAFTAR PUSTAKA Modulasi Digital (online) diakses tanggal 28 Mei Adc Analog to Digital Converter (online) tanggal 10 Juni diakses tanggal 28 Mei diakses tanggal 27 Mei diakses tanggal 27 Mei diakses tanggal 28 Mei 2011 Purwita dkk Pembuatan Modul Praktikum Teknik Modulasi Digital FSK, BPSK Dan QPSK Dengan Menggunakan Software. Kampus ITS:Surabaya diakses tanggal 28 Mei 2011