Modulasi Digital. Levy Olivia Nur, MT

Transkripsi

1 Modulasi Digital Levy Olivia Nur, MT

2 Model Komunikasi Digital Sumber informasi Analog atau digital Format Simbol digital Modulator Channel Baseband atau bandpass Noise Tujuan Informasi Unformat Demodulat or Analog atau digital Simbol digital

3 Dasar Modulas Digital Untuk dapat dikirimkan secara elektrik pada satu kanal, setiap bit direpresentasikan dengan dua bentuk sinyal yang berbeda, dapat disebut sebagai simbol : s 0 (t) dan s 1 (t) Proses ini dilakukan setiap T detik, salah satu simbol dikirimkan sesuai dengan bit yang akan ditransmisikan Pemilihan bentuk s 0 (t) dan s 1 (t) bergantung pada jenis modulasi digital yang digunakan

4 Jenis Modulasi Digital Modulasi amplitudo (ASK) Modulasi Frekuensi (FSK) Modulasi Fasa (PSK) Perubahan fasa 180 0

5 Amplitude shif keying ASK disebut juga OOK merupakan bentuk modulasi yang paling sederhana Misalkan bit pertama yang akan dikirimkan = b 1, yang akan dikirimkan pada interval bit pertama, yaitu 0 t T Pada modulasi OOK : s 0 (t) = 0, s 1 (t) = A sin (2pf c t), 0 t T 0 t T dimana A adalah amplituda sinyal, f c adalah frekuensi carrier Dengan OOK kita mengirimkan burst sinusoidal apabila b 1 =1 dan tidak mengirimkan sinyal apapun apabila b 1 = 0

6 Pembangkitan ASK Sumber Sumber +V, -V Bipolar to Polar Con. +V, 0 SinyalASK Pembawa Pembawa Sinyal ASK

7 Deteksi ASK Sinyal yang diterima Rectifier Low Pass Filter Slicing Decision circuit

8 Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : 1. Detektor koheren Kinerja ASK P e Q E 2. Detektor non-koheren b E b : Energi bit sinyal A : amplitudo sinyal : level daya noise N 0 : rapat spektral daya noise P e 2 1 A exp( 2 8N 0 ),A 2 N 0

9 Frekuensi Shift Keying Seperti pada FM, sinyal FSK dihasilkan akibat pengaruh informasi terhadap frekuensi carrier. Sinyal informasi pada FSK berupa digit biner dengan lebar bit T b. Frekuensi carrier mempunyai 2 harga, misalnya : - f 0 untuk bit 1 - f 1 untuk bit 0

10 Pembangkitan FSK s 0 (t) = s 1 (t) = A sin (2pf 0 t), 0 t T A sin (2pf 1 t), 0 t T Sumber Sinyal ASK 1 Sumber +V, -V Carrier f 0 + SinyalFSK f 1 Sinyal FSK Sinyal FSK Sinyal ASK 2 f 1 f 2 f 1 f 1 f 2

11 Deteksi FSK Sinyal yang diterima Limitter Differentiator Rectifier Pulse generator Low Pass Filter Decision circuit

12 Deteksi ASK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : 1. Detektor koheren Kinerja FSK P e Q 1.21 E b 2. Detektor non-koheren P e 1 e 2 E b 2

13 Binary Phase Shift Keying s 0 (t) = A sin (2pf c t + p), 0 t T s 1 (t) = A sin (2pf c t), 0 t T Dengan demikian, untuk mengirimkan bit 0 fasa dari gelombang carrier dimajukan sebesar p radian

14 Pembangkitan BPSK Mengubah fasa sinyal carrier oleh sinyal informasi digital Deskripsi : Sumber +V, -V Sinyal PSK Sumber Pembawa Pembawa Sinyal PSK

15 Deteksi BPSK KORELATOR s i (t) + (t) BPF 1 T b... 0 dt 2 A cos w o t = s 1 (t) - s 2 (t)

16 Deteksi BPSK dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : 1. Detektor koheren Kinetrja BPSK P Q 2E e b 2. Detektor non-koheren P e 2 1 A T exp( 2 2 b )

17 Modulasi Tingkat Tinggi (M-Ary) Pada sistem Modulasi M-Ary (M > 2) satu simbol digunakan untuk mewakili lebih dari satu bit. Untuk memasukkan 2-bit dalam satu simbol misalnya, maka jumlah simbol yang digunakan harus sama dengan 2 2 = > M = 4 Dengan memilih M-amplituda carrier yang berbeda, M fasa carrier yang berbeda atau M frekuensi carrier yang berbeda, atau M- kombinasi amplituda/frekuensi/fasa berbeda, daapt dibentuk satu sistem modulasi digital M-state.

18 Quadrature Phase Shift Keying Pembangkitan QPSK : Urutan bit misalnya, dikelompokkan menjadi urutan pasangan bit 11, 00, 01, 11,. Bit pertama digunakan untuk memodulasi BPSK carier in- phase A cos (2pf c t) Bit kedua digunakan untuk memodulasi BPSK carrier quadrature A sin (2pf c t) Kedua tegangan sinyal BPSK in-phase dan quadrature dijumlahkan intuk membentuk sinyal QPSK Perubahan simbol terjadi setiap pemrosesan dua-bit ----> Symbol Interval = 2 x Bit Interval

19 Pembangkitan QPSK

20 Konstelasi dan State Transsisi pada QPSK Jumlah state (dinyatakan dalam fasa carrier yang berbeda) M = 4 dengan kemungkinan transisi sebagai berikut : Apabila terjadi loncatan fasa 180 derajat akan muncul gejala carrier-null

21 Offset QPSK (OQPSK) Pada sistem modulasi Offset QPSK sinyal quadrature BPSK diperlambat satu Bit Interval relatif terhadap sinyal In-phase BPSK Dengan demikian transisi simbol kedua sinyal BPSK tidak pernah terjadi pada saat yang sama, sehingga tidak pernah terjasi loncatan fasa sebesar 180 derajat > tidak akan ada carrier null

22 Konstelasi dan State Transisi pada OQPSK Pada sinyal OQPSK tidak pernah terjadi transisi fasa 180 mderajat.

23 Sinyal QPSK dan OQPSK

24 Keuntungan OQPSK Sinyal QPSK ideal akan memiliki amplituda konstan; tetapi dalam prakteknya dibatasi spektrumnya oleh filter bandpass, sehingga terjadi variasi amplituda. Apabila terjadi transisi fasa 180 derajat, hal ini akan menyebabkan gejala carrier-null. Hal-hal diatas dapat menimbulkan masalah apabila sinyal diperkuat oleh penguat daya yang selalu memiliki karakteristik non-linier sehingga terjadi gejala AM-AM dan AM-PM

25 Minimum Shift Keying (MSK) dari OQPSK

26 Perbandingan QPSK, OQPSK, dan MSK

27 Gaussian MSK Sinyal pemodulasi pada GMSK difilter lowpass dahulu sebelum dimasukkan ke modulator MSK Dengan respons filter Gaussian, spektrum sinyal lebih sempit dibandingkan dengan MSK

28 Modulator GMSK

29 Demodulasi dan Deteksi Digital

30 Deteksi Koheren Deteksi sinyal digital koheren direalisasikan dengan berbagai metoda, antara lain yaitu : Integrator Decision Circuit S i (t) + N i (t) T b 0... dt Sample & Hold S^(t) Sample & Hold Vt h Integrator/Korelator S 1 (t) atau S 2 (t) Filter Optomal v o (t) v o (Tb) Derau n (t) Filter optimal Filter didesain untuk nose yang bukan AWGN

31 Deteksi Koheren s i (t) o h opt (t) A s o (T b ) + n o (T b ) B n (t) Matched filter Filter didesain untuk noise AWGN

32 Catatan untuk Deteksi PSK dan FSK tidak sensitif terhadap distorsi amplituda pada kanal Deteksi koheren memerlukan informasi eksak mengenai frekeusni dan fasa dari sinyal carrier ----> perlu Carrier Recovery Untuk OOK dapat digunakan detektor AM Awal dan akhir satu Symbol Interval harus diketahui ---> perlu bantuan rangkaian Symbol Timing Recovery

33 Kebutuhan Bandwidth dan Spektrum Frekuensi Bandwidth dari kanal transmisiakan membatasi symbol rate sinyal yang disalurkan Selanjutnya apabila kanal juga menyenbabkan gangguan noise, maka kemungkinan ada k4esalahan deteksi Laju kesalahan dinyatakan dalam BER (Bit Error Rate)

34 Spektrum Sinyal Base Band

35 Spektrum ASK atau OOK

36 Spektrum BPSK

37 Spektrum FSK

38 Efisiensi Spektral Frekuensi Efisiensi Spektral = Bit Rate/Transmission Bandwidth Waveform Theoretical Practical BER = 1 x 10-4 (bit/hz) (bit/hz) E b /N 0 E b /N 0 theoretical (db) practical (db) OOK (detector coherent) QAM FSK BPSK (detector coherent) QPSK ary PSK ary PSK ary APK (4-QAM) ary APK (8-QAM) ary APK (16-QAM)

39 Spektral OQPSK dan MSK

40 Spektrum GMSK

41 Diferensial PSK (DPSK) Perubahan fasa carrier (dari 0 ke p) dan sebaliknya terjadi apabila ada transisi bit dari 0 ke 1 maupun sebaliknya Salah satu bentuk DPSK adalah p/4-shift QPSK

42 Kinerja BER Sistem Digital Dinyatakan sebagai harga Bit Error Rate sebagai fungsi dari E b /N 0 (Energi-per-bit terhadap Noise Density)

43 Contoh Disain Sistem Digital Penguat pradeteksi Demodulator BPSK Koax RF BPF IF T A, S i NF = 6 db G = 80 db Diketahui T A : K Sinyal BPSK : 100 kbps Impedansi masukan : 1 Ohm a. Jika BER = 10-5, hitung daya sinyal masukan S i, asumsi filter low pass ideal b. Berapa S i jika lebar pita derau ekivalen = 1,4 harga idealnya

44 a. Lebar pita derau ekivalen LPF (ideal, Nyquist filter) : = B R 2 BER P e 50 kbps Q 2E Jawab (1) b : rapat spektral derau di keluaran antena (input koax) k TA Te (10 1).290 1, ,96 x10 20 watt / Hz BER E b 4,25 Dari Tabel bit error rate

45 2E E b b Jadi 18,0625 S i (18,0625)(3,96 x10 ) 3,58 x10 2 Eb 19 Eb Br 3,58 x T b 104,5 dbm 20 Jawab (2) 5 19 Joule 3,5 x10 14 Watt Jadi daya sinyal masukkan S i yang diperlukan adalah -104,5 dbm b. Bila lebar pita derau ekivalen naik menjadi 1,4 x BW idealnya, maka tegangan efektir derau di input decision circuit naik 1,4 kali

46 Jawab (3) 10 5 v 1,4 c v Q c 4,25 1,4 Sehingga BER v c 3,59 2x10 4 4,25 Dari tabel Sehingga dengan adanya kenaikkan lebar pita derau ekivalen akan mengakibatkan kenaikkan harga BER, performansi menjadi turun.