Apa itu Modulasi? Proses modifikasi sinyal carrier berdasarkan sinyal input

Transkripsi

1 Modulasi Analog

2 Apa itu Modulasi? Modulasi adalah pengaturan parameter dari sinyal pembawa (carrier) yang berfrequency tinggi sesuai sinyal informasi (pemodulasi) yang frequencynya lebih rendah, sehingga informasi tadi dapat disampaikan. Proses modifikasi sinyal carrier berdasarkan sinyal input

3 Apa itu Modulasi? Sinyal informasi (suara, gambar, data), agar dapat dikirim ke tempat lain, sinyal tersebut harus ditumpangkan pada sinyal lain. Dalam konteks radio siaran, sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier). Jenis dan cara penumpangan sangat beragam. Yaitu untuk jenis penumpangan sinyal analog akan berbeda dengan sinyal digital. Penumpangan sinyal suara juga akan berbeda dengan penumpangan sinyal gambar, sinyal film, atau sinyal lain.

4 Blok Diagram Modulasi

5 Modulation Tujuan utama modulasi adalah untuk menghasilkan sinyal termodulasi yang sesuai dengan karakteristik saluran transmisi. Beberapa manfaat lain dari modulasi : Mendapatkan transmisi yang efisien Mengatasi keterbatasan hardware Mengurangi noise dan interferensi Untuk penempatan frekuensi

6 Modulasi Analog Modulation Theorem Frequency Translation Shifting atau pergeseran dari spektrum didalam frequency domain Merubah atau menempatkan frekwensi rendah menjadi frekwensi yang lebih tinggi agar dapat dikirimkan/ditransmisikan melalui media transmisi. carrier wave 0 4 KHz f c frekuensi Jenis-jenis modulasi analog : 1. Amplitude modulation (AM) 2. Frequency modulation (FM) 3. Pulse Amplitude Modulation (PAM)

7 Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal Carrier (1) Continuous Wave (CW) Carrier Modulation Gelombang pembawa (carrier waveform) berupa gelombang kontinyu (biasanya sinusoidal) Salah satu parameter dari gelombang pembawa diubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan Modulasi Sinyal Continue (continues wave) : Amplitude Modulation (AM) Modulasi Sudut (Angle Modulation) : Phase Modulation (PM) Frequency Modulation (FM)

8 Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal Carrier(2) Pulse Modulation Gelombang pembawa (carrier waveform) berbentuk pulsa (biasanya pulsa persegi/rectangular) Salah satu parameter dari pulsa gelombang pembawa diubah sesuai bentuk sinyal informasi yang akan ditransmisikan Modulasi Pulsa Pulse Amplitude Modulation (PAM) Pulse Wide Modulation (PWM)

9 Jenis Modulasi Berdasarkan Sinyal Informasi Modulasi Analog Amplitude Modulation (AM) Angle Modulation Frequency Modulation (FM) Phase Modulation (PM) Modulasi Digital Amplitude Shift Keying (ASK) Frequency Shift Keying (FSK) Phase Shift Keying (PSK) Quadrature Amplitude Modulation (QAM) dll

10 Parameter dalam Modulasi Analog E c (t) = E c cos( c t + ) Modulasi amplitude (amplitude modulation,am) Modulasi sudut (angle modulation) ( c t + ) Modulasi frekuensi (frequency modulation, FM) Modulasi fase (phase modulation, PhM) Slide 10

11 voltage Amplitudo, Frekuensi, Phase cycle (T) B A C C A B 0 π 2π Amplitude (V) time (t) Amplitudo Nilai maksimum dari besaran elektrik (mis voltage) dari gelombang Frekuensi Jumlah cycle yang dihasilkan dalam satu detik (cycles per second atau Hertz) Phase Gelombang A dengan phase 0 0 Gelombang B dengan selisih phase (lebih lambat) terhadap A Gelombang C dengan selisih phase (lebih cepat) terhadap A

12 Amplitude Modulation (AM) Sinyal Informasi : m(t) Sinyal Carrrier : V c (t) = A c cos( c t) Sinyal Hasil Modulasi = V AM (t) = A(m) cos ( c t)

13 Sinyal Hasil Modulasi

14

15 Index Modulasi Untuk sinyal sinusoidal m = A m A c Undistorted AM A m <= A c

16 Overmodulation

17 Persen Modulasi Biasanya modulasi dihitung berdasarkan sinyal hasil modulasi

18 Contoh Soal Tentukan m, V c dan V m jika diketahui tegangan puncak sinyal AM adalah 5.9V dan tegangan lembah terendah adalah 1.2 V

19 Modulasi Amplitude Untuk m(t) = A m cos ( m t) maka V AM (t) = [A c + A m cos ( m t)] cos( c t) A = A c [1 + cos ( m t)] cos( c t) A m c = A c [1 + m. cos ( m t)] cos ( c t) = A c cos ( c t) + ma c cos ( m t) cos( c t) m 2 = A c cos ( c t) + A c cos ( c + m )t + A c cos( c - m )t m 2 Slide 19

20 Spektrum dan Bandwidth Spektrum Elektromagnetik : frekuensi yang terdapat dalam sinyal Bandwidth Spektrum elektromagnetik yang diduduki sinyal. Lebar pita frekuensi yang dilalukan oleh kanal (rangkaian). Luas daerah spektral yang signifikan dari sinyal untuk frekuensi-frekuensi positif

21

22 Sideband dan Domain Frequency

23 Bandwidth

24 Contoh Soal Sebuah sinyal AM memancarkan sinyal modulasi dengan menggunakan sinyal carier 980kHz untuk sinyal informasi 5kHz. Tentukan f USB, f LSB dan BW yang digunakan oleh sinyal tersebut. Gambarkan spectrum jika A c = 10V dan A m = 3V Jika sinyal informasi yang digunakan adalah sinyal suara dengan rentang frekuensi Hz. Tentukan f USB, f LSB dan BW serta gambarkan bandwidthnya

25 AM Power (Daya AM) Sinyal AM diperkuat menggunakan power amplifier dan diteruskan ke antenna Antena memiliki impedansi Sinyal AM adalah sinyal composite Sinyal carrier + Sinyal USB + Sinyal LSB Total daya yang ditransmisikan

26

27 Contoh Jika daya dari sebuah sinyal carrier AM adalah 1000W, dan dimodulasi 100%, tentukan total AM dayanya. Sebuah AM transmitter memiliki power sinyal carrier 30W. Persentase modulasi adalah 85%. Tentukan (a) Total daya AM dan (b) Daya salah satu sideband.

28 AM Power Sulit mengukur AM power dengan mengukur tegangan dan menghitung daya. Lebih mudah mengukur arus dalam beban Dimana

29 Contoh Sebuah antenna memiliki impedansi 40ohm. Sinyal unmodulated AM menghasilkan arus 4.8A. Jika persentase modulasi adalah 90%, tentukan (a) daya sinyal carrier (b) total daya dan (c) sideband power.

30 Persentase modulasi Cara lain untuk mengukur persentase modulasi adalah dengan menggunakan arus yang melalui antenna.

31 LINEAR MODULATION:DSB-AM Demodulasi Demodulasi : Proses untuk mendapatkan kembali sinyal informasi dari sinyal termodulasi Proses demodulasi dapat dilakukan dengan dua cara : Dengan menggunakan carrier recovery (detektor Sinkron/ detektor koheren) Tanpa menggunakan carrier recovery (detektor non koheren) Sinyal termodulasi DSB-AM dapat menggunakan kedua cara tersebut. Detektor Koherent dengan menggunakan product detector Detektor Non Koheren dengan menggunakan Envelope Detector

32 Demodulasi : Envelope Detector Envelope detector : Rangkaian yang menghasilkan output berupa real envelope dari sinyal inputnya. Rangkaiannya sederhana dan biaya murah tetapi tidak dapat bekerja dengan baik pada kondisi over modulasi.

33 Demodulasi : Product Detector Asumsi : fasa carrier recovery Sinkron dengan fasa sinyal carrier Pada modulator S AM X X(t) LPF Y(t) Ac cos ω c t

34 AMPLITUDE MODULATION AM process produces upper and lower sidebands plus original carrier. Sidebands are original signal bandwidth and spectrum shifted in frequency. Total bandwidth is 2 times original bandwidth. Significant energy remains in carrier. DSB-SC and SSB are techniques that provide for more energy efficient transmission and lower modulated signal bandwidth requirements.

35 Modifikasi terhadap DSB AM 2/3 daya yang ditranmisikan berada dalam sinyal carrier Informasi terletak pada sideband sinyal. Sinyal carrier tidak mengandung informasi. Modifikasi Sinyal AM DSBSC SSB

36 DSBSC (Double Side Band Supressed Carrier) Kelebihan Tidak ada daya yang digunakan untuk sinyal carrier

37 Penggunaan DSBSC tidak luas Sulit recovery sinyal informasi (demodulasi) Contoh penggunaan : Transmisi informasi warna pada televise berwarna.

38 LINEAR MODULATION:DSB-SC Demodulasi : Product Detector S AM X X(t) Ac cos ω c t LPF Y(t) Envelope detector tidak dapat digunakan secara langsung pada demodulasi Sinyal DSB-SC, karena komponen carrier tertekan (sangat kecil), dan terjadi over modulasi KECUALI sinyal DSB-SC diberi Carrier dahulu kemudian baru digunakan envelope detector

39 Pengaruh Beda Phasa Jika tidak terdapat beda phasa (φ = 0) maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan maksimal (proporsional dengan sinyal informasi awal ) yaitu sebesar : (Ac 2 /2) m(t) Jika terdapat beda phasa dengan nilai konstan (φ = c) maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan mengalami redaman dengan nilai konstant sebesar cos φ, tetapi sinyal hasil demodulasi tidak mengalami distrorsi Jika terdapat error phasa dengan nilai konstan (φ = c(t) ), dimana φ bersifat berubah secara random terhadap waktu sehingga cos φ juga berubah-ubah maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan mengalami distorsi. Oleh karena itu digunakan detector Koherent yang memiliki rangkaian penyinkron fasa dan frekuensi dari sinyal carrier pada transmitter dengan sinyal carrier pada receiver

40 Single Side Band (SSB) Informasi terkandung dalam kedua sideband Cukup satu saja. Karakteristik Jika tidak ada sinyal informasi, tidak ada sinyal yang ditransmisikan.

41 SSB Proses modulasi yang hanya mengirimkan salah satu side band, mengirimkan upper side band (USB) atau lower side band (LSB). SSB-Supressed Carrier Proses modulasi SSB yang mengalami penekanan carrier Upper Single Side Band Signal (USSB) Sinyal yang memiliki nilai spektrum nol untuk f < fc, dimana fc adalah frekuensi carrier Lower Single Side Band Signal (LSSB) Sinyal yang memiliki nilai spektrum nol untuk f > fc Proses pembentukan sinyal SSB dapat dilakukan dengan beberapa cara : Filtering method Phasing method Weaver s Method

42 Filter Method m(t) Product Modulator BPF Upper/Lower Sinyal SSB Oscillator f=fc Filter method / Frequency Discrimination Method Side band yang diinginkan berada dalam passband filter dan yang tidak diinginkan berada dalam stopband filter Karakteristik filter yang tidak ideal dapat menyebabkan pemotongan side band yang tidak sempurna

43 Phasing Method m(t) Am cos ωmt Pergeseran Phasa 90 0 m(t) = Am cos ωmt Oscillator f=fc Ac cos ωct m(t) = Am sin ωmt Pergeseran Phasa 90 0 Upper Side Band Signal : s(t) = x(t) y(t) Lower Side Band Signal : s(t) = x(t) + y(t) X X x(t) + y(t) Ac sin ωct S(t) Sinyal SSB

44 Phasing Method Phasing method merupakan salah satu metoda pembentukan modulasi SSB dengan melakukkan pergeseran Phasa sebesar 900 pada sinyal informasi dan sinyal carrier. Pergeseran phasa dilakukan dengan tujuan agar pada rangkaian penjumlah sinyal, sinyal yang tidak diinginkan akan saling meniadakan sehingga yang terkirim hanya satu side band yang diinginkan saja, yaitu USB atau LSB. X(t) = AcAm cos (ωct) cos (ωmt) = (AcAm / 2) {cos (ωct + ωmt) + cos (ωct - ωmt) Y(t) = AcAm sin (ωct) sin (ωmt) = (AcAm / 2) {cos (ωct - ωmt) - cos (ωct + ωmt)

45 Jika ingin mengirimkan Upper Side Band maka siynal X(t) Sinyal Y(t) : SUSB = X(t) Y(t) = AcAm cos (ωct + ωmt) Jika ingin mengirimkan Lower Side Band maka siynal X(t) + Sinyal Y(t) : SUSB = X(t) + Y(t) = AcAm cos (ωct - ωmt)

46 Weaver s Method Masukan audio m(t) Mod Balans 1 (wo+90)±wm Wo+90 LPF Audio (wo+90)-wm Mod Balans 3 wc (wc+wo-wm)+90 (wc-wo+wm)-90 Pergeseran Phasa 90 Oscillator Pembawa RF wo Oscillator Pembawa Audio wc Pergeseran Phasa 90 Rangkaian Penjumlah s(t) wo wc+90 (wc+wo-wm)+90 Mod Balans 2 wo±wm LPF Audio wo-wm Mod Balans 4 (wc-wo+wm)+90 Untuk Upper Side Band : output Modulator Balans 3 dijumlahkan dengan output Modulator Balans 4 Untuk Lower Side Band : input Modulator Balans 3 dipertukarkan dengan input Modulator Balans 4 kemudian output masing-masing modulator balans tersebut dijumlahkan

47 Kelebihan dan Kekurangan SSB Kelebihan: Menggunakan spectrum yang sedikit (1/2). Menggunakan daya yang rendah Noise yang kecil karena BW yang sempit Less selective fading terhadap sinyal SSB untuk long distance Perlakuan yang berbeda dari ionosfer Kekurangan: Recover sinyal informasi (demodulasi) membutuhkan rangkaian yang lebih kompleks. Sinyal carrier harus degenerate di receiver. Demodulasi memobutuhkan sinyal carrier.

48 SSB Power Efisiensi power antara SSB dan AM = 4 : 1 Transmitter output : Peak Envelope Power (PEP) Daya rata-rata biasanya 1/3 atau ¼ dari PEP.

49 Contoh Sebuah transmitter SSB memiliki 24 V power supply. Arus pada saat puncak sinyal suara adalah 9.3 A. Tentukan (a) PEP dan (b) rata-rata daya yang digunakan.

50 Demodulasi SSB S SSB SC X(t) LPF Y(t) Ac cos ω c t Jika yang dikirimkan USB maka demodulasi : = { A m cos (ω c t + ω m t) } A c cos (ω c t ) = (A m / 2) {cos (2ω c t + ω m t ) + cos ( ω m t ); (di inputkan ke LPF) Y(t) = (A m ) cos ( ωmt ) Jika yang dikirimkan LSB maka demodulasi : Dengan cara yang sama seperti diatas maka didapatklan sinyal hasil demodulasi : = A m cos ( ω m t )

51 LINEAR MODULATION:SSB Demodulasi : Pengaruh Beda Fasa Jika tidak terdapat beda phasa (φ = 0)maka sinyal hasil demodulasi yang diperoleh akan maksimal (proporsional dengan sinyal informasi awal ) yaitu sebesar : (Ac 2 Am / 2) cos ωmt = (Ac 2 /2) m(t) Jika terdapat beda phasa maka sinyal hasil demodulasi akan mengalami distrosi fasa terhadap sinyal informasi awalnya, dimana setiap komponen frekuensi dari sinyal informasi asli akan mengalami pergeseran fasa Distrosi phasa untuk komunikasi suara dapat ditoleransi karena pendengaran manusia relatif tidak sensitif terhadap distorsi phasa. Tetapi untuk pentransmisiaan sinyal video dan music hal ini sama sekali tidak dapat diterima.

52 Aplikasi DSB dan SSB DSB transmisi informasi warna pada gambar TV. SSB : Two-way radio (marine application, military communication, dan radio amatir /ham)

53 Vestigial Side Band (VSB) Pada beberapa aplikasi tertentu, spt televisi teknik DSB terlalu lebar mengambil bandwidth transmisi dan teknik SSB terlalu mahal untuk diimplementasikan meskpiun hanya menggunakan bandwidth sebesar fm (1/2 bandwidth DSB) Kompromi antara DSB dan SSB menimbulkan teknik VSB VSB diperoleh dengan penekanan partial dari satu side band DSB Sinyal DDSB diredam dengan menggunakan Filter bandpass yang disebut Vestigial Side Band Filter

54 Pembuatan Sinyal VSB Sinyal VSB dapat dibangkitkan dengan proses seperti terlihat pada diagram blok berikut m(t) VSB FILTER X VSB (t) 2cos c t

55 Spektrum VSB X VSB ( ) c c Dalam VSB, sebagian (vestige) komponen bidang sisi bawah (LSB) ikut ditransmisikan bersama komponen bidang sisi atas (USB) dan komponen pembawa. Hal ini dimaksudkan untuk menjamin bahwa komponen USB termasuk pembawa video benar-benar ditransmisikan secara keseluruhan. Disamping itu juga didapatkan penghematan daya dan lebar bidang jika dibandingkan dengan transmisi DSB

56 Demodulasi sinyal VSB Sinyal VSB dapat didemodulasi dengan cara synchronous detection X VSB (t) LPF y(t) cos c t