5 Mdulasi Digital 5 Mdulasi Digital (Mdulasi Sinyal Pembawa) ujuan pengajaran: Setelah mempelajari mdul ini, mahasiswa diharapkan bisa memahami:. prses mdulasi sinyal pembawa leh sinyal infrmasi yang berbentuk digital. pemdulasian seara ASK, FSK, PSK, dan QAM dari sinyal-sinyal yang diberikan. 3. bentuk spektral dari sinyal termdulasi seara ASK, FSK, PSK dan QAM. Isi mdul: 5. Pendahuluan 5. Amplitude Shift Keying / ASK 5.3 Frequeny Shift Keying / FSK 5.4 Phase Shift Keying / PSK 5.5 Quadrature Amplitude Mdulatin / QAM 5. Pendahuluan Pada pembahasan sebelumnya diamati prses mdulasi sinyal yang kntinyu dengan ara melakukan variasi pada amplitud sinyal pembawa (mdulasi amplitud/am) atau pada frekuensinya (mdulasi frekuensi/fm) atau pada phasanya (mdulasi phasa/pm) sesuai dengan sinyal infrmasi. Pada pembahasan di mdul ini, akan diperkenalkan prses mdulasi sinyal digital, sinyal yang bersifat diskret terhadap waktu, yang didapat dari prses sampling, dan terkuantisasi seara nilai, yang mana setelah prses quantizing dilakukan ending sehingga nilai dari sinyal digital ini berbentuk nilai digit dan. Ada empat maam mdulasi digital yang akan dibahas, yaitu mdulasi digital dengan mengubah amplitud sinyal pembawa, disebut amplitude shift keying (ASK), mdulasi digital dengan mengubah frekuensi sinyal pembawa, frequeny shift keying (FSK), mdulasi digital dengan mengubah phasa sinyal pembawa, phase shift keying (PSK) dan mdulasi digital dengan mengubah amplitud dan phasa sinyal pembawa, quadrature amplitude mdulatin (QAM).
5 Mdulasi Digital dari 5. Amplitude Shift Keying (ASK ) Binary-ASK (BASK) Sinyal yang dikatakan termdulasi seara BASK didefinisikan dengan ( ω t) ( t) Am( t)sin t (5.) A adalah knstanta, m (t) adalah sinyal data (sinyal pemdulasi) yang mempunyai nilai atau, dari satu bit. ω adalah frekuensi putar dari sinyal pembawa, dan adalah lebar Sinyal pada persamaan (5.) mempunyai daya P A /. Dan energi yang terknsentrasi pada setiap bit adalah P, maka persamaan (5.) bisa dituliskan ( t) sin ( ω t) jika jika m( t) m( t) t (5.) Gambar 5. menunjukkan diagram BASK pada bidang kmpleks, dengan fungsi basis ϕ ( t) sin( ω t), kita dapati dua (bi) knstelasi dari setiap bit sin( ω t), dan Gambar 5. Jadi jika sebuah sinyal digital, yang hanya mengandung dan, dimdulasikan dengan BASK, maka kita hanya akan mengalikan sinyal pembawa dengan nilai atau eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital 3 dari.gambar 5. memperlihatkan mdulasi BASK untuk sebuah sinyal digital yang diberikan. Seperti terlihat di gambar 5., sinyal sinyal BASK bisa didapat dengan ara menyalakan dan mematikan (n dan ff) sinyal pembawa, tergantung apakah sinyal infrmasi (pemdulasi) bernilai atau. BASK disebut juga n-ff keying (OOK). Sinyal infrmasi Sinyal BASK Gambar 5. Seara spetral kita bisa menggunakan sifat dari transfrmasi Furier, perkalian denga fungsi sinus, berarti pergeseran bentuk spetral ke ± ω. Dengan mengandaikan bahwa sinyal m(t) adalah sinyal peridis dengan, maka dengan hasil dari mdul nth hal. 6 ( d di sana berarti di sini, dan di sana berarti perida sinyal m (t) di sini, jadi berarti ) n Ad ω d sin n ω d n (dari nth di mdul hal. 6), menjadi π π sin n sin n A A n, kemudian digeser sejauh ± ω π π n n eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital 4 dari Gambar 5.3 menunjukkan bentuk spektral dari sinyal termdulasi seara BASK. Jika lebar pita (bandwidth) dari sinyal infrmasi didefinisikan sampai nl yang pertama, maka 4 B (5.3) f f f + / f / f + / f + / f / f + / Gambar 5.3 BW 4/ f Disamping BASK yang mempunyai dua nilai diskret, ada jenis mdulasi ASK yang lain, yang menggunakan nilai yang lebih dari dua. 4-ary-ASK (4ASK) Seperti halnya pada BASK, sinyal yang dikatakan termdulasi seara 4ASK didefinisikan dengan ( ω t) ( t) Am( t)sin t (5.4) Dengan knstelasi nilai-nilai bit-nya di gambar 5.4, yang mana pada metda ini setiap dua nilai digit digabung menjadi satu pasangan, yang mana ada empat kmbinasi bit Sinyal pembawa dikali amplitud dan sin( ω t) sin( ω t) 8 (tanda minus) Sinyal pembawa dikali setengah amplitud sin( ω t) dan 8 (tanda minus) Sinyal pembawa dikali setengah amplitud Sinyal pembawa dikali amplitud sin( ω t) 3 eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital 5 dari 3 Gambar 5.4 Dengan memdulasikan sinyal infrmasi yang sama seperti pada BASK, pertamatama setiap dua bit digabung menjadi satu pasang dan dimdulasikan sesuai dengan knstelasi di atas. Seperti terlihat di gambar 5.5 Sinyal infrmasi Sinyal 4-ASK Gambar 5.5 Sinyal yang terkirimkan mempunyai nergi untuk waktu tertentu dan / 4 untuk waktu yang lainnya. Prses mdulasinya menggunakan alat yang bernama pengubah seriel menjadi parallel, karena bit yang datang, diambil masing-masing dua bit untuk dipasangkan. Dengan menggunakan pla seperti ini, maka sinyal termdulasi memiliki lebar pita spektrum yang lebih keil, dalam hal ini setengah dari BASK, tanpa harus melanggar terema sampling. Kelemahan dari 4-ASK adalah lebih sensitive terhadap perubahan amplitud, yang disebabkan leh sinyal gangguan selama prses transmisi. eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital 6 dari 5.3 Frequeny Shift Keying / FSK Binary Frequeny Shift Keying/BFSK Sinyal yang termdulasi seara BFSK didefinisikan mempunyai bentuk ( π f t) ( t) A sin t (5.5) i i dengan A. Untuk kedua psisi knstelasi tersebut berlaku : ( t) sin( π f t) : ( t) sin( π f t) a Sinyal infrmasi b Sinyal BFSK Sinyal BASK d Sinyal BASK Gambar 5.6 eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital 7 dari Jadi sinyal termdulasi BFSK memiliki amplitud yang knstan, tetapi memiliki dua buah frekuensi sinyal pembawa (dibutuhkan dua buah silatr dengan frekuensi berbeda). Jika datang bit, maka digunakan silatr dengan frekuensi f, jika datang bit, maka digunakan silatr dengan frekuensi f. Dengan sinyal pemdulasi seperti nth di atas (gambar 5.6a), maka sinyal termdulasi BFSK bisa dilihat pada gambar 5.6b. Sinyal in bisa dibayangkan sebagai penjumlahan dari dua buah sinyal yang dimdulasikan seara BASK dengan dua sinyal pembawa yang berbeda frekuensi (gambar 5.6 dan 5.6d). Dengan pemikiran seara penjumlahan dua sinyal BASK, maka bentuk spektral dari sinyal termdulasi BFSK merupakan gabungan spektral dari keduanya (sifat linier dari transfrmasi Furier). Gambar 5.7 menunjukkan frekuensi psitif dari bentuk spektral. f f / f f + / f / f f + / f / f + / f / f + / BW 4/ BW 4/ f Gambar 5.7 f f f (5.6) adalah selisih dari kedua frekuensi yang digunakan. Jika f >> BW dikatakan BFSK-nya berpita lebar (wideband BFSK), sedangkan jika BFSK-nya berpita sempit (narrwband BFSK). f << BW dikatakan Di FSK dikenal juga FSK rder yang tinggi, misal dengan 3-FSK. Yang juga memiliki kelebihan yang sama dengan ASK rder tinggi dan kekurangan dengan makin diperlukannya pita spektrum yang lebih lebar. eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital 8 dari 5.4 Phase Shift Keying / PSK Binary Phase Shift Keying/BPSK Sinyal yang termdulasi seara BPSK didefinisikan mempunyai bentuk i ( ft φ ) ( t) A sin π + t (5.6) i dengan A. Gambar 5.8 menunjukkan diagram BPSK pada bidang kmpleks dengan knstelasi dari setiap bit, dan : sin( ωt) : sin( ω t 8 ) + Gambar 5.8 Dengan menggunakan sinyal infrmasi dari nth yang sebelumnya kita bisa melihat prses mdulasi seara BPSK di gambar 5.9. Setiap kali datang bit maka fungsinya adalah sin ( ω t) dan jika yang datang bit maka fungsinya sin( ω t). Sinyal infrmasi Sinyal BPSK Gambar 5.9 Spektrum dari sinyal termdulasi BPSK sama seperti pada BASK. eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital 9 dari 4 Phase Shift Keying/4-PSK Sinyal yang termdulasi seara 4-PSK didefinisikan mempunyai bentuk i ( ft φ ) ( t) A sin π + t (5.7) i dengan A. dengan knstelasi dari setiap bit : sin( ωt) : sin( ω t 9 ) + : sin( ω t 8 ) + : sin( ω t 7 ) 3 + Gambar 5.8 menunjukkan psisi setiap pasangan bit di bidang kmpleks. itik-titik itu berada di atas lingkaran yang berradius. Jadi sinyal termdulasi ini tetap mempunyai energi yang sama untuk setiap bitnya 3 Gambar 5.8 Gambar 5.9 adalah sinyal termdulasi seara BPSK dengan sinyal infrmasi yang sama dengan nth-nth sebelumya. Berbeda dengan mdulasi rder tinggi pada eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital dari ASK dan FSK, tidak mempunyai kekurangan dalam kesensitivitasannya dan juga tidak membutuhkan spektrum yang lebih lebar. Sinyal infrmasi Sinyal 4-PSK Gambar 5.9 5.5 Quadrature Amplitude Mdulatin /QAM QAM mengkmbinasikan antara ASK dan PSK. Jadi knstelasi sinyalnya berubah berdasarkan amplitud (jarak dari titik asal ke titik knstelasi) juga berdasarkan phasa (titik knstelasi tersebar di bidang kmpleks). Cnth: 6-QAM Dengan sinyal termdulasi ( ft φ ) ( t) A sin π + t (5.8) ij j Knstelasi 6-QAM adalah: i Gambar 5. eknik lektr, UMB
5 Mdulasi Digital dari Dengan 6-QAM, maka dibuat kelmpk bit (wrd) yang terdiri dari 4 bit. Dan tergantung dari kmbinasi dan pada setiap wrd, maka bisa dikrespndensikan setiap wrd ke setiap titik knstelasi pada gambar 5.. eknik lektr, UMB