MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK. Intisari

MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik UKSW Jalan Diponegoro 52-60, Salatiga 50711 Email: budihardja@yahoo.com Intisari Pada tulisan ini dirancang dan direalisasikan piranti modulator dan demodulator Binary ASK( Amplitude Shift Keying) yang mempunyai isyarat pembawa yang dapat diubah frekuensinya yaitu 5 khz; 10 khz; 15 khz. Di samping itu isyarat data acak yang dihasilkan juga dapat diubah data ratenya yaitu 1.000 bps dan 2.400 bps. Dari hasil pengujian yang dilakukan, piranti tersebut dapat memodulasikan dan mendemodulasikan isyarat binary ASK dengan baik. Isyarat binary ASK 1 ditunjukkan dengan amplitudo sebesar 4,24 Vpp dan isyarat binary ASK 0 ditunjukkan dengan amplitudo sebesar 2 Vpp. Data yang diterima dan dihasilkan demodulator sama dengan data yang dikirim modulator. Kata kunci : Modulator, Demodulator, Amplitude Shift Keying 1. Pendahuluan 1.1. Modulasi dan Demodulasi Modulasi adalah proses mengubah karakteristik isyarat pembawa oleh sebuah isyarat pemodulasi sehingga pesan/informasi tertumpang ke dalamnya. Modulasi pelewat pita didefinisikan sebagai proses pengubahan amplitudo, frekuensi atau fasa isyarat pembawa atau kombinasi ketiganya, diubah sesuai dengan informasi yang dipancarkan. Sedangkan demodulasi berarti proses mendapatkan kembali isyarat informasi yang sama dengan aslinya. Bentuk umum gelombang termodulasi adalah : 77

Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 8 No. 2 Oktober 2009 Hal 77 91 [ ω t + θ(t) ] s(t) = A(t). cos = A c ( t).cos φ ( t) (1) c c Adapun parameter-parameter gelombang yang dapat dimodulasikan adalah A c (t) untuk modulasi amplitudo, dan φ (t) untuk modulasi sudut. Untuk modulasi sudut, bisa modulasi fase atau modulasi frekuensi, tergantung pada hubungan antara sudut φ (t) dan isyarat pemodulasi. Pada binary amplitude shift keying, nilai θ(t) adalah 0, dan persamaan isyarat termodulasinya menjadi : s( t) = m( t). A cos ω ( t) (2) c c dimana m(t) mewakili data 0 atau 1. Peubah A c memberikan pengertian bahwa amplitudo gelombang tersebut termodulasi dan mengandung informasi sesuai dengan masukan isyarat baseband pemodulasinya. Nilai m(t) tidak boleh melampaui 1 atau 100%, pada puncak-puncak negatif agar dapat menghindari distorsi. Sistem modulasi dan demodulasi binary ASK terdiri atas modulator dan demodulator. 1.2. Pengunci Geser Amplitudo Biner (Binary ASK) Sistem modulasi binary amplitude shift keying merupakan salah satu modulasi digital yang amplitudo gelombang pembawanya bervariasi sesuai dengan informasi yang dipancarkan. Sistem modulasi binary amplitude shift keying atau pengunci geser amplitudo biner serupa dengan modulasi amplitudo secara analog, kecuali pengunci geser amplitudo biner mempunyai masukan isyarat biner dan menghasilkan amplitudo yang berbeda sesuai dengan isyarat masukan. Persamaan isyarat binary ASK adalah sebagai berikut : s( t) = m( t). A cos 2π f t, 0 t T (3) c c dengan m(t) = 1 atau 0, A c adalah amplitudo gelombang pembawa, f c adalah frekuensi pembawa, dan T adalah durasi bit. Berikut ini adalah gambar isyarat binary ASK. 78

MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK Gambar 1. Isyarat Binary ASK. 2. Untai Modulator Binary ASK Pada Gambar 2 berikut ini adalah blok diagram modulator binary ASK. Osilator isyarat pembawa Isyarat binary ASK Pembangkit data acak Gambar 2. Blok Diagram Modulator Binary ASK. Modulator binary ASK tersusun atas untai osilator isyarat pembawa, untai pembangkit clock, untai pembangkit gelombang acak, dan untai pengali (multiplier). Prinsip kerja modulator binary ASK dijelaskan sebagai berikut. a. Untai osilator isyarat pembawa akan menghasilkan isyarat pembawa dengan frekuensi : 5 khz; 10 khz; 15 khz. Nilai frekuensi pembawa yang ada akan ditampilkan oleh untai penampil frekuensi pembawa. b. Sedangkan isyarat data acak akan dihasilkan oleh pembangkit gelombang acak. Nilai data rate yang sedang bekerja akan ditampilkan oleh untai penampil data rate. c. Isyarat data dan isyarat pembawa tersebut kemudian akan dikalikan oleh pengali, sehingga didapatkan isyarat binary ASK. 79

Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 8 No. 2 Oktober 2009 Hal 77 91 Osilator yang berfungsi sebagai feedback positif, menghasilkan isyarat keluaran secara terus menerus tanpa adanya isyarat masukan. Sedangkan pengali berfungsi untuk mengalikan isyarat data dengan isyarat pembawa. Sehingga didapatkan isyarat binary ASK yang bernilai 0 dan Ac cos( ω ct). Pada binary ASK, laju bit (bit rate) dihitung dengan cara 1/T b. Bit rate tersebut besarnya sama dengan frekuensi clock untai pembangkit clock. 2.1. Osilator Isyarat Pembawa Untai osilator isyarat pembawa menggunakan komponen IC XR- 2206(monolithic function generator). Nilai isyarat pembawa yang berubah-ubah dilakukan dengan cara mengatur potensiometer pada pin 7. Sedangkan potensiometer R B berfungsi untuk mengatur kesimetrian gelombang keluaran. Potensiometer R 3 berfungsi untuk mengatur amplitudo kelu-aran. Untuk pemilihan nilai C yang ada mengikuti datasheet XR-2206, yaitu berada dalam kisaran 1000 pf sampai 100 μf. Untuk untai osilator isyarat pembawa ini, digunakan C sebesar 10 nf. Pada Gambar 3 berikut ini adalah untai osilator isyarat pembawa. 5k1 10uF Isyarat pembawa TP1 RB 20k + 5k1 Vcc 10V 1uF R3 100 k 10nF C R1 50 k 1 16 2 XR-220615 3 14 4 13 5 12 6 7 8 9 10 11 + 1uF RA Gambar 3. Untai Osilator Isyarat Pembawa. Osilator isyarat pembawa dengan XR-2206 tersebut, frekuensi osilasinya dihitung sebagai berikut : 1 f = Hz (4) RC 80

MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK dengan R adalah jumlah resistor yang terdapat pada pin 7 (R 1 + 1 kω). 2.2. Osilator Isyarat Clock Untuk menghasilkan isyarat clock digunakan IC single timer LM555. Pembangkit isyarat clock adalah untai yang dapat menghasilkan isyarat clock yang kemudian digunakan sebagai sumber clock untuk menghasilkan data acak. Gambar 4 berikut ini adalah untai pembangkit isyarat clock. Vcc 5V Isyarat clock TP2 LM555 Gnd Trg Out Rst Vcc Dis Thr Ctl RA RB 10 k C 100nF C1 10nF Gambar 4. Untai Osilator Isyarat Clock. Hubungan antara frekuensi dan nilai resistor dan kapasitor diberikan oleh persamaan berikut : f = 1,44 ( RA + 2R B) Hz (5) C 2.3. Pembangkit Data Acak Untai pembangkit data acak (pseudo random generator) berguna untuk membangkitkan data acak. Metode pembangkit data acak ini menggunakan metode linear feedback shift register. Untuk membangkitkan data acak 4 bit, digunakan 2 IC 74LS74 yang merupakan IC dual D flip-flop dan 74LS86 yang merupakan IC EX-OR. Berikut ini adalah untai pembangkit data acak. 81

Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 8 No. 2 Oktober 2009 Hal 77 91 Gambar 5. Untai Pembangkit Data Acak. Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa tap dari shift register diambil pada keluaran keluaran D flip-flop tahap ke 3(Q 3 ) dan ke 4(Q 4 ). 2.4. Saklar Analog Sebagai modulator isyarat binary ASK, digunakan IC 4066(quad analog switch). Satu IC terdiri dari empat saklar mandiri. Logika 1 pada masukan kendali akan mengakibatkan saklar closed. Sebaliknya jika logika 0 pada masukan kendali, maka saklar akan open. Berikut ini adalah gambar untai dari IC 4066 sebagai modulator binary ASK. Gambar 6. Untai Modulator Binary ASK. 82

MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK 3. Demodulator Binary ASK Pada Gambar 7. berikut ini adalah blok diagram demodulator binary ASK. Isyarat binary ASK Envelope detector Komparator Data acak Gambar 7. Blok Diagram Demodulator Binary ASK. Demodulator binary ASK pada dasarnya tersusun atas envelope detector dan komparator. Prinsip kerja demodulator binary ASK dijelaskan sebagai berikut. a. Sinyal binary ASK yang diterima, dideteksi dengan menggunakan untai envelope detector. b. Kemudian sinyal binary ASK yang telah dideteksi tersebut dilewatkan pada untai komparator yang berguna untuk menentukan logika 0 dan 1. Untai envelope detector di sini terdiri dari untai penyangga, untai pembalik fasa, dan untai tapis lolos bawah Butterworth orde pertama. Sedangkan untai komparator tersebut berfungsi untuk membandingkan tegangan isyarat keluaran envelope detector dengan tegangan referensi. Prinsip kerjanya adalah ketika tegangan masukan (V in ) melebihi V ref, maka keluaran komparator (V o ) mengambil harga yang sangat berbeda dari harga V o yang didapatkan jika V in lebih kecil dari V ref. Untuk untai ini, bila V in > V ref, maka V O bernilai 5 V. Dan bila V in < V ref, maka V O bernilai 0 V. Di sini digunakan V ref senilai 3 V. 3.1. Envelope Detector Untai envelope detector di sini terdiri dari untai penjumlah, untai pembalik fasa, dan untai tapis lolos bawah Butterworth orde pertama. Gambar 8 berikut ini adalah untai envelope detector. 83

Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 8 No. 2 Oktober 2009 Hal 77 91 Isyarat binary ASK V1 C1 100nF 1N4148 R1 R3 12V +LM741 R5 R6 12V +LM741 R9 R10 12V +LM741 Vo V2 1N4148 Isyarat data acak R2-12V R4 10k -12V R7 10k R8 50k C2 10nF -12V R11 10k Gambar 8. Untai Envelope Detector. Kapasitor penghalang (C 1 ) diperlukan sebab terjadi offset bila isyarat binary ASK langsung diterima. Fungsi kapasitor penghalang adalah untuk menghalangi tegangan DC dan melewatkan tegangan AC. Persamaan isyarat keluaran envelope detector adalah : y(t) = m(t)+ A c cos ω c t (6) dengan m(t) adalah isyarat data acak. Gambar 9 berikut ini adalah gambar untai penyangga. R2 Isyarat binary ASK V1 RA 12V +LM741 Vo V2 Isyarat data acak RB -12V RL 10k Gambar 9. Untai Penyangga. Besarnya Vo pada untai penyangga tersebut adalah: R2 Vo = ( V 1) (7) R A 84

MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK Tegangan keluaran untai penyangga tersebut masih dalam bentuk tegangan minus, sehingga diperlukan untai pembalik fasa untuk memperoleh tegangan positif. Pada Gambar 10 berikut ini adalah untai pembalik fasa. R2 12V Vi R1 +LM741 Vo -12V RL 10k Gambar 10. Untai Pembalik Fasa. Untai pembalik fasa tersebut, nilai penguatannya adalah sebesar: Av R R 2 = (8) 1 Pada Gambar 11 berikut ini adalah untai tapis lolos bawah Butterworth orde pertama. R2 R1 12V +LM741 Vo Vi R3 50k C1 10nF -12V R4 10k Gambar 11. Untai Tapis Lolos Bawah Butterworth Orde Pertama. Tapis lolos bawah berfungsi untuk melewatkan frekuensi rendah. Jadi dengan adanya tapis lolos bawah dapat menghilangkan isyarat frekuensi tinggi(isyarat pembawa) dan melewatkan isyarat frekuensi rendah (isyarat data acak). Nilai resistor yang diperlukan untuk melewatkan frekuensi tertentu, dapat diketahui dari: 85

Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 8 No. 2 Oktober 2009 Hal 77 91 f = 1 2πRC Hz (9) Nilai C ditetapkan dahulu (untuk untai ini, penulis menggunakan C = 10 nf). Besarnya nilai RC harus sedemikian rupa sehingga menghasilkan tetapan waktu (time constant) yang cukup besar agar isyarat pembawa bisa tuntas ditapis tetapi masih cukup cepat untuk mengikuti perubahan frekuensi modulasi yang tertinggi. 3.2. Komparator Pembanding (komparator) adalah untai yang membandingkan tegangan masukan (V in ) dengan tegangan referensi (V ref ). Komparator di sini prinsipnya adalah bila V in > V ref, maka V O bernilai 5 V. Dan bila V in < V ref, maka V O bernilai 0 V. Di sini digunakan V ref senilai 3 V. Gambar 12 adalah untai komparator yang menggunakan komponen LM339 (low power low offset voltage quad comparators). Untai komparator tersebut berfungsi untuk mendapatkan kembali isyarat data acak 5 V Rref 20 k Vin R1 20 k Vref LM339 3 k TP 7 Isyarat data acak keluaran dari komparator Gambar 12. Untai Komparator. V ref = R1 R + R 1 ref Vcc (10) 86

4. HASIL PENGUJIAN ALAT 4.1. Modulator Binary ASK 4.1.1. Isyarat Pembawa MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK f 1 = 5 khz f 2 = 10 khz f 3 = 15 khz Gambar 13. Isyarat Pembawa. Dari Gambar 13 terlihat bahwa isyarat sinus yang dihasilkan sudah mempunyai amplitudo sebesar 4,24 Vpp. 4.1.2. Isyarat Data Acak data rate = 1000 bps. data rate = 2400 bps. Gambar 14. Isyarat Data Acak. Gambar 14 adalah isyarat data acak yang mempunyai kecepatan 1000 bps dan 2400 bps. Bila data rate makin tinggi, maka makin rapat pula isyaratnya, dan begitu pula sebaliknya. 87

Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 8 No. 2 Oktober 2009 Hal 77 91 4.1.3. Isyarat Binary ASK yang Dikirimkan dan Diterima Saluran 1 = Isyarat binary ASK yang dikirimkan. Saluran 2 = Isyarat binary ASK yang diterima. Data rate = 1.000 bps: frekuensi pembawa=5 khz. frekuensi pembawa=10 khz. frekuensi pembawa=15 khz. Data rate = 2.400 bps: frekuensi pembawa =5 khz. frekuensi pembawa=10 khz. frekuensi pembawa=15 khz. Gambar 15. Isyarat Binary ASK yang Dikirimkan dan Diterima. Dari Gambar 15 tersebut terlihat bahwa isyarat binary ASK sudah bagus dan stabil. Terlihat pula bahwa isyarat binary ASK yang dikirimkan sudah sama dengan isyarat binary ASK yang diterima. Nilai 1 isyarat binary ASK ditunjukkan dengan 4,24 Vpp dan nilai 0 isyarat binary ASK ditunjukkan dengan 2 Vpp. 88

4.2. Demodulator Binary ASK 4.2.1. Isyarat Keluaran Envelope Detector MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK Saluran 1 = Isyarat binary ASK yang diterima. Saluran 2 = Isyarat keluaran envelope detector. Data rate = 1.000 bps: frekuensi pembawa=5 khz. frekuensi pembawa=10 khz. frekuensi pembawa=15 khz. Data rate = 2.400 bps: frekuensi pembawa=5 khz. frekuensi pembawa=10 khz. frekuensi pembawa=15 khz. Gambar 16. Isyarat Keluaran Envelope Detector. Dari Gambar 16 tersebut terlihat bahwa envelope detector telah berhasil mendeteksi sampul positif isyarat binary ASK. 89

Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 8 No. 2 Oktober 2009 Hal 77 91 4.2.2. Isyarat Data Acak Keluaran Untai Komparator Saluran 1 = Isyarat binary ASK. Saluran 2 = Isyarat data acak keluaran untai komparator. Data rate = 1.000 bps: frekuensi pembawa=5 khz. frekuensi pembawa = 10 khz. frekuensi pembawa=15 khz. Data rate = 2.400 bps: frekuensi pembawa=5 khz. frekuensi pembawa=10 khz. frekuensi pembawa=15khz. Gambar 17. Isyarat Data Acak Keluaran Untai Komparator. Dari Gambar 17 tersebut terlihat bahwa data acak keluaran dari komparator sudah bagus dan stabil. Bila data rate makin tinggi, maka makin rapat pula isyaratnya dan begitu pula sebaliknya. 5. Kesimpulan 1. Untuk memodulasi isyarat pembawa dan isyarat data acak digunakan IC 4066(IC saklar analog), sehingga dihasilkan isyarat binary ASK. 2. Deteksi non koheren (dengan menggunakan envelope detector) dapat mendeteksi data acak dengan baik. 90

MODULATOR DAN DEMODULATOR BINARY ASK 3. Data rate makin tinggi, maka makin rapat pula isyarat datanya dan begitu pula sebaliknya. Daftar Pustaka 1. Krauss, Herbert L.; Bastian, Charles W.; Raab, Frederick H., 1990, Teknik Radio Benda Padat, Universitas Indonesia(UI-Press) Jakarta. 2. Lee, Charles, Amplitude Shift Keying (ASK) Modulation. 3. Pursley, Michael B., 2005, Introduction to Digital Communications, Pearson Prentice Hall. 4. Stremler, Ferrel G., 1982, Introduction to Communication Systems, Addison- Wesley. 91

Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 8 No. 2 Oktober 2009 Hal 77 91 92