Teknik modulasi dilakukan dengan mengubah parameter-parameter gelombang pembawa yaitu : - Amplitudo - Frekuensi - Fasa

Transkripsi

1 BAB II PEMBAHASAN Modulasi adalah proses menumpangkan sinyal informasi kepada sinyal pembawa, biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusoidal yaitu amplitudo, fase, dan frekuensi. Ketiga parameter tersebut dapat dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi untuk membentuk sinyal yang termodulasi. Peralatan untuk melaksanakan proses modulasi adalah modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi awal disebut demodulator, dan peralatan yang bisa melaksanakan kedua proses tersebut disebut modem. Modulasi digital adalah teknik pengkodean sinyal dari sinyal analog ke dalam sinyal digital (bit-bit pengkodean). Pada teknik ini, sinyal informasi digital yang akan dikirimkan dipakai untuk mengubah frekuensi dari sinyal pembawa. Dalam komunikasi digital, sinyal informasi dinyatakan dalam bentuk digital berupa biner 1 dan 0, sedangkan gelombang pembawa berbentuk sinusoidal yang termodulasi disebut juga modulasi digital Teknik modulasi dilakukan dengan mengubah parameter-parameter gelombang pembawa yaitu : - Amplitudo - Frekuensi - Fasa ll.l. Amplitude Shift Keying (ASK) Modulasi digital Amplitude Shift Keying (ASK) adalah pengiriman sinyal digital berdasarkan pergeseran amplitudo. Sistem modulasi ini merupakan sistem modulasi yang menyatakan sinyal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan dan sinyal digital 0 sebagai suatu nilai tegangan yang bernilai 0 volt. Sehingga dapat diketahui bahwa didalam sistem 1

2 modulasi ASK, kemunculan frekuensi gelombang pembawa tergantung pada ada tidaknya sinyal informasi digital. Adapun bentuk dari sinyal modulasi digital Amplitude Shift Keying (ASK) adalah sebagai berikut: Gambar 1.1 sinyal modulasi digital shift keying (ASK) ASK terdapat dua macam jika dibedakan berdasarkan amplitudo sinyal output ASK pada logika bit rendah. Pertama, jika ada amplitudo sinyal output ASK pada logika bit rendah. Maka, pada kedua logika bit (0 dan 1) terdapat amplitudo sinyal output. Kedua, jika tidak ada amplitudo sinyal output ASK pada logika bit rendah, Maka, amplitudo sinyal output hanya ada jika logika bit sinyal input adalah logika bit tinggi. Jenis ASK yang kedua ini disebut juga On- Off Keying (OOK) 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 2

3 diteruskan melalui saluran transmisi jarak jauh selalu dipengaruhi oleh redaman dan distorsi lainnya. Oleh sebab itu metoda ASK hanya menguntungkan bila dipakai untuk hubungan jarak dekat saja. Dalam hal ini faktor derau harus diperhitungkan dengan teliti, seperti juga pada sistem modulasi AM. Derau menindih puncak bentuk-bentuk gelombang yang berlevel banyak dan membuat mereka sukar mendeteksi dengan tepat menjadi level ambangnya. Pembangkitan gelombang AM dapat dilakukan dengan dua pendekatan berbeda. Pertama, dengan membangkitkan sinyal AM secara langsung tanpa harus dengan membentuk sinyal baseband. Dalam kasus biner, generator harus mampu memformulasikan satu dari dua sinyal gelombang AM yang mungkin. Teknik ini lebih dikenal dengan amplitude shift keying (ASK), yang secara langsung menyiratkan arti sebuah terminology yang menggambarkan suatu teknik modulasi digital. Kedua, dengan menggunakan sinyal baseband untuk memodulasi amplitude suatu sinyal carrier yang dalam hal ini merupakan sinyal sinusoida (baik cos maupun sinus), seringkali ini dikenali sebagai AM analog dengan informasi dalam bentuk digital. Hal yang perlu diperhatikan adalah jangan sampai salah persepsi, bahwa kedua teknik ini merupakan pembangkitan gelombang AM yang digunakan untuk mentranmisikan informasi digital. Selanjutnya keduanya ketahui sebagai dua bentuk pembentukan ASK atau lebih kita pahami AM digital. Pada situasi tertentu, memungkinkan sinyal baseband yang ditransmisi memiliki dua kemungkinan nilai informasi yaitu antara nol (0) dan satu (1). Karena kemungkinan nilai informasinya tersusun dari dua keadaan tersebut maka selanjutnya system ini kita kenal dengan binary ASK atau kadang lebih disukai dengan menyebutnya sebagai BASK yang merupakan singkatan dari binary amplitude shift keying. Bentuk sinyal termodulasi dapat didekati dengan sebuah persamaan matematik : 3

4 V (t) = Vc/2 [1 + mvm(t)] cos ( 2ωc ) Yaitu: Vc = amplitude sinyal carrier v vm = sinyal pemodulasi yang bernilai 1 atau 0 m = indek modulasi ωc = 2phi fc = frekuensi carrier dalam nilai radiant Ada dua bentuk sinyal yang dapat dihasilkan yaitu dengan nilai V(t) = 0 atau 1 untuk mengirimkan nilai m informasi biner nol (0_ atau satu (1). Dalam hal ini V(t) bias juga bernilai 1 atau -1, sehingga m dapat dipertimbangkan sebagai data bipolar ternormalisasi. Indek modulasi (m) dapat bernilai 0 < m < 1. Untuk indek modulasi m = 0, akan mengirimkan sebuah sinusoida murni seperti pada gambar dibawah : Gambar 1.2. Bentuk gelombang ASK untuk m = 0 Jika m bernilai ½, maka akan mengirimkan sebuah sinusoida dengan dua nilai berbeda. Pada amplitude Vc/4 untuk nilai informasi 0 dan amplitude 3Vc/4 untuk nilai informasi 1. Seperti gambar berikut: 4

5 Gambar 1.3. Bentuk gelombang ASK untuk m = ½ Pada m = 1, dimana merupakan indeks modulasi yang sering digunakan. Dengan indeks modulasi ini akan dapat mengirimkan sinyal beramplitudo nol untuk nilai biner nol (0) dan sinyal beramplitudo Vc untuk nilai biner satu (1). Ini diketahui sebagai On-Off Keying (OOK) dan dapat dijelaskan dengan gambar berikut: Gambar 1.4. Bentuk gelombang ASK untuk m = 1 ll.ll. Pengertian Frequency Shift Keying (FSK) Frequency shift keying (FSK) merupakan sistem modulasi digital yang relatif sederhana. FSK mempunyai kinerja yang kurang begitu bagus dibandingkan sistem modulasi PSK atau QAM. FSK biner adalah sebuah bentuk modulasi sudut dengan envelope konstan 5

6 yang mirip dengan FM konvensional, kecuali bahwa dalam modulasi FSK, sinyal pemodulasi berupa aliran pulsa biner yang bervariasi diantara dua level tegangan diskrit sehingga berbeda dengan bentuk perubahan yang continue pada gelombang analog. Ekpresi yang umum untuk sebuah sinyal FSK biner adalah : dengan sinyal baseband unipolar. Jika T merupakan perioda dari bit yang ditransmisi, dengan durasi nol (0) dan satu (1) adalah sama. Pada system FSK, 2 buah sinyal sinusoidal dengan amplitudo maksimum sama, Ac, tapi frekuensi berbeda, f1 dan f2, digunakan untuk merepresentasikan symbol biner 1 dan 0. Secara matematis dapat dituliskan: +V -V Gambar 2.1 Frequency Shift Keying Pembangkitan sinyal BFSK dilakukan dengan melalukan data biner dalam format polar ke modulator frekuensi (Voltage Controlled Oscillator), seperti tampak pada gambar 2.2. Ketika input modulator berubah dari +V ke V, maka frekuensi yang ditransmisikan akan berubah juga. 6

7 Sinyal biner polar sinyal FSK biner Modulator Frekuensi m(t) s(t) sinyal pembawa : Ac cos(2πfct) Gambar 2.2. Pembangkitan Sinyal BFSK A. Perangkat keras pendukung modulator Frequency Shift Keying (FSK). Di dalam perancangan modulator Frequency Shift Keying (FSK) digunakan perangakat keras pendukung modulator tersebut yaitu dengan menggunakan Integrated Circuit (IC) XR Gambaran umum dari IC XR-2206 adalah sebagai berikut XR-2206 merupakan generator fungsi monolitik sirkuit terpadu mampu menghasilkan bentuk gelombang pulsa yang stabil dan memiliki tingkat akurasi yang tinggi. Keluaran gelombang pulsa baik amplitudo ataupun frekuensinya dapat diatur oleh tegangan eksternal. Frekuensi operasi eksternal dapat dipilih antara rentang 0.01Hz sampai dengan 1 MHz. Adapun bentuk fisik dari IC XR adalah sebagai berikut: Gambar 2.2 Bentuk fisik IC XR IC XR-2206 memiliki 16 pin dengan kegunaan dari pin-pin tersebut adalah sebagai berikut : 7

8 Tabel 2.3 Konfigurasi pin dari IC XR-2206 B. Perangkat keras pendukung demodulator Frequency Shift Keying (FSK). Di dalam perancangan demodulator Frequency Shift Keying (FSK) digunakan perangakat keras pendukung modulator tersebut yaitu dengan menggunakan Integrated Circuit (IC) LM 567. Gambaran umum dari IC LM 567 adalah sebagai berikut LM 567 adalah suatu IC tone dekoder multi fungsi yang di desain untuk menghasilkan saklar transistor bersaturasi pada ground ketika sinyal input hadir dengan pita frekuensi yang diloloskan (passband). Salah satu aplikasi dari IC LM 567 itu sendiri adalah dapat menghasilkan demodulasi FSK dengan pita yang lebar. Adapun bentuk fisik dan konfigurasi pin dari IC LM 567 adalah sebagai berikut: Gambar 2.4 Bentuk fisik dan konfigurasi pin dari IC LM

9 Modulasi digital Frequency Shift Keying (FSK) menyatakan data biner digital 0 dan 1 ke dalam dua buah level frekuensi sinyal analog yang bebeda. Karena setiap bit juga dinyatakan dengan sebuah sinyal analog, maka besarnya baud rate modulasi digital FSK juga sama dengan bit ratenya. Bentuk gelombang sinyal FSK terhadap data biner yang dimodulasikan ditunjukkan pada Gambar 2.4. Gambar 2.5. Modulasi FSK Sedangkan bandwidth minimal yang diperlukan untuk transmisi sinyal FSK ditunjukkan pada Gambar 2.5, yaitu besarnya dapat ditentukan dengan persamaan: BW = fc1 fc0 + Nbaud (Hz) Dimana : BW = Bandwith dalam Hz fc1 = frekuensi (Hz) sinyal analog untuk menyatakan data biner 1 fc0 = frekuensi (Hz) sinyal analog untuk menyatakan data biner 0 Nbaud = nilai baud rate modulasi FSK (baud/s) 9

10 Gambar 2.6 Bandwidth minimal transmisi sinyal FSK Contoh soal Tentukan bandwidth minimal sinyal FSK yang mentransmisikan bps. Transmisi menggunakan mode half duplex, dan frekuensi sinyal pembawa FSK memiliki perbedaan frekuensi Hz. jawab: Untuk modulasi FSK, besarnya BW minimal adalah: BW = fc1 fc0 + baud rate = = Hz ll.lll. Phase Shift Keying (PSK) Modulasi digital Phase Shift Keying (PSK) merupakan modulasi yang menyatakan pengiriman sinyal digital berdasarkan pergeseran fasa. Biner 0 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal dengan fasa yang sama terhadap sinyal yang dikirim sebelumnya dan biner 1 diwakilkan dengan mengirim suatu sinyal dengan fasa berlawanan dengan sinyal yang dikirim sebelumnya. Dalam proses modulasi ini, fasa dari frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan status sinyal informasi digital. 10

11 Secara matematis phase shift keying dapat dituliskan dalam persamaan berikut: S(t) = A cos(2πf c t + π untuk logika 1 S(t) = A cos 2πf c t untuk logika 0 Dengan A adalah amplitudo dan fc adalah frekuensi carrier atau pembawa. Adapun bentuk dari sinyal modulasi digital Phase Shift Keying (PSK) adalah sebagai berikut : Gambar 3.1Sinyal PSK Pada modulasi fasa ini memilki variasi PSK yang berbeda tergantung pada fase yang memodulasinya, yaitu BPSK, QPSK. 8PSK, 16 PSK. Secara umum sinyal yang dihasilkanoleh modulasi PSK diberikan oleh Si(t) = A c Cos[ ɷc t + θi(t)] Dengan: θi = 2π (i 1) M 11

12 dan ωc = 2πfc M=2 1 M = Tingkatan dari PSK l = Jumlah bit A = amplitudo sinyal c = frekuensi pembawa c = sudut fasa pembawa 1.1 BPSK (Binary Phase Shift Keying) 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. Si (t) = Ac cos(2πfct +180 ) 1.2 QPSK (Quatenary Phase Shift Keying) QPSK Kadang-Kadang dikenal sebagai quarternary atau quadriphase PSK atau 4-PSK, Sinyal QPSK adalah perluasan dari sinyal BPSK. Pada modulasi QPSK data bit yang dimodulasikan dikelompokkan kedalam simbol, dimana setiap simbol membawa 2 bit, dan setiap simbol dapat mengambil satu dari empat nilai kemungkinan:00, 01, 10,atau 11. Si (t) = A c cos(2πfc t + 90 ) PSK (8 Phase Shift Keying) Pada modulasi 8 PSK memiliki fasa yang berbeda 450 derajat, Terdapat empat perbedaan fasa, yaitu π/8, 3π/8, 5π/8, dan 7π/8. Si (t) = A c cos(2πfc t + 45 ) 12

13 PSK (16 Phase Shift Keying) Sinyal pada modulasi PSK dapat dikelompokkan ke dalam wilayah yang lebih kecil. sehingga sinyal sekarang mempunyai setiap bagian 22,50, memberikan 16 PSK. Sehingga setiap simbol mewakili 4 bit. Kecepatan data sekarang 4 kali lebih besar dari BPSK untuk simbol yang sama θi= 2πi M Sehingga = 2x =22,5 Si (t) = Ac cos(2πfc t + 22,5 ) Bila ditinjau dari cara penerimaan sinyalnya, maka modulasi PSK dibagi atas dua bagian, yaitu : a. Coherent Phasa Shift Keying (CPSK) b. Differential Phasa Shift Keying (DPSK) Kepadatan spektrum daya sinyal PSK dapat dilihat pada gambar t Gambar 3.2 Kepadatan spektrum daya sinyal PSK 13

14 s PSK(t)/V 0 t/ s \ Gambar 3.3 Sinyal keluaran Modulator PSK a. CPSK Blok diagram CPSK dapat dilihat pada gambar 3.4 di bawah ini. Pada modulasi CPSK proses pendemodulasiannya menggunakan metode pendeteksian koheren (coherent detection), yaitu mengalikan sinyal yang datang (sinyal informasi) dengan frekuensi pembawa yang dibangkitkan secara lokal pada penerima. Oscilator lokal pada penerima memerlukan sumber gelombang yang akurat didalam frekuensi dan phasa. Pengiriman bit urutan (bk) dapat diperoleh dari sinyal PSK dengan menggunakan hubungan penerima (correlation receiver) seperti pada gambar 3.4, dengan sebuah sinyal referensi S2(t) S1(t) = 2A cos ct, yang sudah disinkronkan dalam bentuk frekuensi dan phasa dengan sinyal yang datang. V(t) = S(t) + n(t) r o(t) r o(t o) P n(f) = N o/2 X LPF atau filter penyesuai H(f) Sample dan Hold peralatan penentu atau pembanding keluaran digital 2 cos ( ct + c) keluaran sinyal dasar analog ( koheren referensi) Gambar 3.4 Sistem pendemodulasian pada CPSK 14

15 Agar data yang diterima pada penerima bisa optimum, maka harus mengoptimumkan penerima. Dengan mengoptimumkan pada penerima, berarti akan didapatkan peluang kesalahan bit (Pe) yang minimum. b. DPSK Untuk mendapatkan suatu referensi sinyal koheren pada penerima, maka skema pensinyalan DPSK memerlukan suatu teknik baru. Untuk memodulasi, fasa referensi dapat diperoleh dari fasa pembawa ketika penerima membaca informasi digital pada metode pensinyalan DPSK. Pada DPSK tidak memerlukan referensi lokal pada penerima, maka perlu menambah daya untuk digunakan pada metode pensinyalan DPSK. Pendeteksian pada metode DPSK tidak bisa secara non-koheren, karena pesan informasi selalu berada dalam bentuk fasa, sehingga transmisi data terhindar dari transmisi tak sinkron. Blok diagram dari sistem DPSK dapat dilihat pada gambar 3.5 urutan biner {b k } rangkaian logika {d k } 0 atau 1 penggeser amplitudo X Z(t) A cos c t {d k-1 } A cos c t a. delay Tb n(t) pencacah tiap ktb Z(t) + + filter X LPF atau integrator peralatan penentu (A/D) b. delay Tb {b k } keluaran Gambar 3.5 Modulator dan demodulator DPSK 15