SISTEM MODULASI ANALOG DAN DIGITAL
DASAR SISTEM KOMUNIKASI
1 PUTU RUSDI ARIAWAN
(0804405050)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2010 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang Inovasi di dalam teknologi telekomunikasi berkembang dengan cepat dan selaras dengan perkembangan karakteristik masyarakat modern yang memiliki mobilitas tinggi, mencari layanan yang fleksibel, serba mudah dan memuaskan dan mengejar efisiensi di segala aspek. Seiring dengan pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, menyebabkan sektor –sektor –sektor industri semakin banyak yang menggunakan fasilitas atau peralatan dengan teknologi yang canggih guna mendapatkan hasil yang optimal dan effisien. Aktifitas kehidupan kehidupan sehari-hari banyak tergantung tergantung dari penggunaan penggunaan informasi. Bentuk-bentuk informasi adalah beraneka ragam, antara lain dalam bentuk bahasa lisan, tertulis atau data tertulis/gambar. Informasi bisa diolah, disimpan dan disalurkan. Teknologi-teknologi baru telah dikembangkan untuk melakukan hal-hal tersebut. Salah satu sarana yang paling penting dalam penyaluran informasi adalah dengan mengkonversikan inf ormasi ke dalam bentuk sinyal
listrik
dan
mentransmisikannya
menggunakan suatu media komunikasi.
PUTU RUSDI ARIAWAN
dalam
jangkauan
jarak
tertentu
1 PUTU RUSDI ARIAWAN
(0804405050)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2010 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang Inovasi di dalam teknologi telekomunikasi berkembang dengan cepat dan selaras dengan perkembangan karakteristik masyarakat modern yang memiliki mobilitas tinggi, mencari layanan yang fleksibel, serba mudah dan memuaskan dan mengejar efisiensi di segala aspek. Seiring dengan pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, menyebabkan sektor –sektor –sektor industri semakin banyak yang menggunakan fasilitas atau peralatan dengan teknologi yang canggih guna mendapatkan hasil yang optimal dan effisien. Aktifitas kehidupan kehidupan sehari-hari banyak tergantung tergantung dari penggunaan penggunaan informasi. Bentuk-bentuk informasi adalah beraneka ragam, antara lain dalam bentuk bahasa lisan, tertulis atau data tertulis/gambar. Informasi bisa diolah, disimpan dan disalurkan. Teknologi-teknologi baru telah dikembangkan untuk melakukan hal-hal tersebut. Salah satu sarana yang paling penting dalam penyaluran informasi adalah dengan mengkonversikan inf ormasi ke dalam bentuk sinyal
listrik
dan
mentransmisikannya
menggunakan suatu media komunikasi.
PUTU RUSDI ARIAWAN
dalam
jangkauan
jarak
tertentu
2 Modulasi adalah suatu proses dimana properti proper ti atau parameter dari suatu gelombang divariasikan secara proporsional terhadap gelombang yang lain. Parameter yang diubah tergantung pada besarnya modulasi yang diberikan. Proses modulasi membutuhkan dua buah sinyal yaitu sinyal pemodulasi yang derupa dinyal informasi yang dikirim, dan sinyal carrier dimana sinyal informasi tersebut ditumpangkan. (Krauss, H.L, Raab, F.H. 1990) Modulasi memiliki dua macam jenis, yaitu modulasi sinyal analog dan modulasi sinyal digital. Contoh modulasi sinyal analog adalah Frequency Modulation (FM) dan Amplitude Modulation (AM). Sementara modulasi sinyal digital antara lain Amplitu lain Amplitude de Shift Keying (ASK), Phase Shift Keying (PSK), dan Frequency Shift Keying ( FSK ). 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang diatas maka dapat dirumuskan masalahnya adalah bagaiamana sistem modulasi analog dan digital serta apa saja keuntungan dan kekurangan dari sistem tersebut.
1.3 Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan tugas ini adalah untuk memahami sistem modulasi analog dan digital, beserta keuntungan dan kerugiannya.
1.4 Manfaat Penulisan Manfaat dari penulisan tugas ini diharapkan dapat menjadi acuan dalam perkembangan teknologi telekomunikasi khususnya teknologi modulasi dimasa depan.
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Dalam penulisan tugas ini permasalahan hanya dibatasi pada sistem modulasi analog dan digital, beserta keuntungan dan kerugiannya.
1.6 Sistematika Pembahasan Pada penulisan laporan kerja praktek 1 ini sistematika pembahasan dibagi menjadi beberapa bab, yaitu sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN
PUTU RUSDI ARIAWAN
3 Pada bab ini dibahas mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan, manfaat, serta ruang lingkup dan batasan masalah. BAB II PEMBAHASAN Dalam pembahasan ini meliputi teori-teori yang berhubungan dengan permasalahan modulasi yang dibahas serta teori-teori pendukungnya BAB III PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran. BAB II PEMBAHASAN
2.1 Sejarah Dan Latar Belakang Bentuk komunikasi antar makhluk hidup yang paling awal adalah suara, yang dibangkitkan oleh mulut, dan diterima oleh telinga. Apabila jarak antar makhluk yang berkomunikasi tersebut jauh, diperlukan alat bantu berupa sesuatu yang dapat dilihat. Sebagai contoh, pada abad ke dua sebelum Masehi, orang Yunani menggunakan sinyal obor untuk berkomunikasi. Kombinasi dan posisi yang berbeda dari obor tersebut menghasilkan kombinasi huruf -huruf Yunani. Bentuk komunikasi menggunakan obor ini merupakan bentuk awal dari sistim komunikasi data. Suara drum, juga dapat digunakan untuk berkomunikasi dalam jarak jauh. jauh. Pada abad ke delapan belas, mulai diperkenalkan bendera semaphore untuk menyampaikan komunikasi. Bendera semaphore ini prinsipnya sama dengan nyala obor pada jaman Yunani, yang mengandalkan kemampuan penglihatan. Setiap kombinasi dari bendera semaphore yang dikibarkan menghasilkan kombinasi huruf -huruf Latin. Pemakaian bendera semaphore ini terhalang kendala jarak, dimana semakin jauh jarak antar orang yang berkomunikasi, semakin tidak efisien pemakaian bendera ini. Pada tahun 1753, Charles Morrison, seorang penemu dari Scotlandia, memperkenalkan sistem transmisi listrik menggunakan satu kabel (plus ground) untuk masing-masing huruf. Pada system ini diperlukan sebuah pithball dan kertas di sisi terima untuk mencetak hasilnya. Pada tahun 1835, Samuel Morse memulai bereksperimen dengan telegraph, seperti yang kita kenal sekarang. Dua tahun kemudian, pada 1837,
PUTU RUSDI ARIAWAN
4 telegraph mulai dikenalkan oleh Morse di USA, dan oleh Sir Charles Wheatstone di Inggris. Telegraph pertama kali dipublikasikan pada tahun 1844, dan mulailah masa komunikasi listrik yang kelak akan menguasai kehidupan manusia. Skema komunikasi yang dibicarakan di atas dapat di katakan “digital” secara alamiah. Dikatakan demikian karena hanya ada sejumlah pesan terbatas yang digunakan. Tidak demikian halnya setelah Alexander Graham Bell memperkenalkan telepon pada tahun 1876. Telepon merupakan sistim komunikasi analog. Pesan yang disampaikan dapat tidak terbatas, karena langsung diucapkan dari mulut manusia. Setelah penemuan ini, sistim analog mulai menggantikan sistem “digital” yang telah ada. Bahkan Western Union Telegraph Company, perusahaan yang tadinya bergerak di bidang telegraph, mulai beralih ke bisnis telepon. Dibutuhkan waktu beberapa abad lamanya, sebelum teknologi berbalik arah, yaitu sistem digital menggantikan sistem analog. Sejak tahun 1976, sistem komunikasi digital secara perlahan mulai menggantikan dominasi sistem komunikasi analog. Pergantian sistem ini berlangsung cukup pesat sejak ditemukannya komputer dan piranti elektronik solid state. Aplikasi komersial digital dimulai pada tahun 1962, saat Bell System memperkenalkan sistem transmisi TI, yang menandai awal kebangkitan revolusi digital komersial. Di akhir tahun ini, sekitar 250 rangkaian komunikasi digital telah di-instal. Pada pertengahan tahun 1976, angka ini melonjak mencapai 3 juta. Suatu perkembangan yang cukup fantastis ! Pada pertengahan 1980 an, ketika sistem komputer merayakan 40 tahun keberadaannya, sementara teknologi solid state masih cukup muda, jaringan digital dengan kontrol komputer telah dikomersialkan. Masyarakat informasi telah mencapai level kematangan dalam fase kehidupannya. Akses komunikasi instan, baik dari mobil, pesawat udara, atau dari gelanggang olah raga sekalipun, akan menjadi suatu kenyataan. Dibutuhkan waktu 20 abad lamanya untuk berpindah dari sistim nyala obor ke sistem komunikasi sinyal listrik, untuk mengkomunikasikan data yang sama. Dibutuhkan waktu 20 tahun untuk berpindah dari sistem transmisi data listrik primitif ke sistem komunikasi data lanjutan berkecepatan tinggi. Dan hingga saat ini, perkembangan teknologi masih belum berakhir.
PUTU RUSDI ARIAWAN
5 2.2 Modulasi Modulasi adalah suatu proses dimana properti atau parameter dari suatu gelombang divariasikan secara proporsional terhadap gelombang yang lain. Parameter yang diubah tergantung pada besarnya modulasi yang diberikan. Proses modulasi membutuhkan dua buah sinyal yaitu sinyal pemodulasi yang derupa dinyal informasi yang dikirim, dan sinyal carrier dimana sinyal informasi tersebut ditumpangkan. (Krauss, H.L, Raab, F.H. 1990) Modulasi memiliki dua macam jenis, yaitu modulasi sinyal analog dan modulasi sinyal digital. Contoh modulasi sinyal analog adalah Frequency Modulation (FM) dan Amplitude Modulation (AM). Sementara modulasi sinyal digital antara lain Amplitude Shift Keying (ASK), Phase Shift Keying (PSK), dan Frequency Shift Keying ( FSK ).
Sumber Informasi
Source Encoder
Source Decoder
Tujuan
Channel Encoder
Modulator
Noise
Kanal
Channel Encoder
Demodulator
Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Transmisi
Tujuan dilakukannya proses modulasi antara lain : 1. untuk memudahkan proses radiasi a. Pada kanal komunikasi berupa udara, diperlukan antena untuk proses pemancaran/radiasi dan penerimaan sinyal. b. Dimensi antena adalah berbanding terbalik dengan frekwensi sinyal yang dipancarkan/diterimanya. Secara metematis dapat dituliskan sbb:
d
c 2 f
PUTU RUSDI ARIAWAN
6 2.
untuk memungkinkan multiplexing jika sebuah media transmisi dapat
digunakan oleh beberapa kanal, maka modulasi dapat digunakan untuk menempatkan masing-masing kanal pada wilayah spektrum frekwensi yang berbeda. Contohnya : teknik fdm pada sistem telepon. 3.
Untuk mengatasi keterbatasan peralatan
a. Pembuatan peralatan pengolahan sinyal (signal processing devices) seperti filter dan amplifier memiliki tingkat kesulitan yang berbeda untuk spektrum frekwensi tertentu. b. Untuk itu modulasi dapat digunakan untuk menempatkan sinyal informasi ke wilayah spektrum tertentu, dimana pembuatan peralatan pengolahan sinyalnya menjadi paling mudah. 4. Untuk memungkinkan pembagian frekwensi a. Modulasi memungkinkan beberapa stasiun radio dan televisi untuk melakukan siaran secara bersamaan menggunakan frekwensi sinyal pembawa yang berbeda. sehingga tidak akan terjadi interferensi antar stasiun. b. Di sisi penerima, dengan adanya modulasi, maka dapat dilakukan pemilihan terhadap stasiun siaran yang memang ingin didengarkan/ditonton. contohnya: siaran radio dan televisi. 5. Untuk mengurangi pengaruh noise dan interferensi a. Pengaruh noise dan interferensi tidak dapat seluruhnya dihilangkan dari sistem komunikasi. b. Namun dimungkinkan untuk menekan pengaruh gangguan tersebut dengan menggunakan teknik modulasi tertentu. c. Sehingga penggunaan teknik modulasi secara umum akan menyebabkan bandwidth transmisi yang lebih besar dari bandwidth sinyal informasinya.
2.2.1 Modulasi Analog Pada Teknik Modulasi Analog sinyal informasi yang ditumpangkan pada sinyal pembawa adalah Sinyal Analog. Teknik Modulasi Analog yang ada antara lain : 1. Modulasi Linier (Linear Modulation) 2. Modulasi Sudut (Angle Modulation)
PUTU RUSDI ARIAWAN
7 2.2.1.1 Modulasi Linier Menerapkan proses translasi frekwensi langsung dari spektrum sinyal informasi dengan menggunakan sinyal pembawa sinusoidal. Modulasi Linier sendiri memiliki beberapa aplikasi dengan kelebihan dan kekurangan masing-masing, yakni : 1. Amplitude Modulation (AM) 2. Double-Sideband Modulation (DSB) 3. Single-Sideband Modulation (SSB) 1 . Modulasi Amplitudo Modulasi amplitudo adalah suatu proses mengubah amplitudo gelombang pembawa sesuai dengan bentuk dari gelombang informasi . Bila suatu gelombang pembawa dimodulasi amplitudo, maka amplitudo bentuk gelombang pembawa dbuat berubah sebanding dengan tegangan yang memodulasi (Roddy, D., Idris,K., Coolen,J.,1992). ec = (E c maks + em) sin
c
t
dimana e adalah tegangan sesaat dari sinyal yang dimodulasi, E c maks tegangan pembawa puncak tanpa modulasi, dan em tegangan modulasi sesaat. Puncak-puncak dari siklus pembawa dapat dihubungkan sehingga membentuk sebuah gelombang selubung ( envelope wave ). eenv = E c maks + em dimana eenv adalah nilai sesaat dari gelombang slubung. e = eenv sin
ct
= (E c maks + E m maks sin
t) sin
m
c
t
V o e env = E c maks + e
m
E cmaks
0 E cmaks
PUTU RUSDI ARIAWAN
t
8 Gambar 2.2 Bentuk gelombang sebuah sinyal yang dimodulasi-amplitudo
Pada modulasi amplitudo dikenal adanya indeks modulasi, dimana merupakan perbandingan antara amplitudo informasi dengan gelombang pembawa dapat dirumuskan: (Roddy, D., Idris, K., Coolen,J.,1992).
Emmaks m =
Ecmaks sehingga, e = E cmaks (1 + m sin
Spektrum
mt)
sin
menunjukkan
ct
amplitudo
dan
frekuensi
dari
gelombanggelombang sinus kosinus komponen yang bersama-sama membentuk sebuah gelombang yang kompleks. Gelombang yang dimodulasi amplitudo adalah kompleks seperti yang ditunjukkan pada persamaan berikut.(Roddy, D., Idris, K.,Coolen, j.,1992). e = (1 + m sin
mt
) sin
= sin
ct
+ m sin
mt
= sin
ct
+ m/ 2[cos(
ct
sin c-
ct
m)t – cos(
c+
m)t]
Transmisi gelombang Amplitudo Modulasi (AM) dapat dilakukan dalam berbagai cara antara lain dengan hanya memancarkan gelombang upper atau lower side band saja, yang disebut Single Side Band (SSB) dan dengan mentransmisikan gelombang pembawa, upper side band dan lower side band yang disebut Double Side Band (DSB), disamping itu pentransmisian gelombang AM dapat dilakukan tanpa adanya gelombang pembawa (Suppress Carrier). 2 . Double Side Band (DSB ) a. Double-Sideband - Suppressed Carrier (DSB – SC ) Dalam modulasi AM, amplitudo dari suatu sinyal carrier, dengan frekuensi dan phase tetap, divariasikan oleh suatu sinyal lain (sinyal informasi). Persamaan sinyal sinusoidal secara umum bisa dituliskan sbb. (t) = a(t) cos
( t ) dimana a(t) adalah amplitudo sinyal dan
sudut phase. (t) bisa ditulis dalam bentuk
PUTU RUSDI ARIAWAN
(t) =
ct
+ (t) sehingga :
(t) adalah
9 (t) = a(t) cos [
c
(t) ] a(t) adalah selubung
t+
(envelope) dari sinyal c adalah
(t)
frekuensi gelombang carrier (rad/detik) = 2 f c (Hz) (t)
adalah modulasi phase dari (t). Dalam modulasi AM, (t) dalam persamaan di atas adalah nol (konstan) dan selubung a(t) dibuat proporsional terhadap suatu sinyal f(t). (t) = f(t) cos c t cos c t dalam persamaan di atas disebut dengan sinyal carrier ; f(t) adalah sinyal pemodulasi. Sinyal resultan
(t) disebut dengan sinyal termodulasi
AM. Kerapatan spektrum dari ( ) =
F
(
(t) diperoleh dengan transformasi Fourier. +
c)
+
F
( -
c)
Persamaan ini berarti bahwa modulasi amplitudo menggeser spektrum frekuensi sinyal sejauh
c
rad/detik tapi bentuk spektrum adalah tetap, seperti
yang ditujukkan pada gambar di bawah. Tipe modulasi seperti ini disebut dengan modulasi suppressed carrier karena dalam spektrum
(t ) tidak ada identitas carrier yang tampak walaupun
spektrum terpusat pada frekuensi carrier
c .
Rangkaian dan sinyal-sinyal dari
sistem ini ditunjukkan gambar di bawah. Gambar (a) menunjukkan suatu rangkaian pembangkit sinyal AM. Gambar (b) adalah sinyal pemodulasi (sinyal informasi). Gambar (c) adalah sinyal carrier frekuensi tinggi. Dengan proses modulasi, amplitudo sinyal carrier akan berubah sesuai dengan amplitudo sinyal informasi, dengan frekuensi tetap, seperti pada (d). Transformasi Fourier digambarkan dalam domain frekuensi ( ) pada (e) dan (f). Asumsikan bahwa sinyal informasi mempunyai lebar pita (bandwidth) sebesar W. Dengan modulasi, sinyal bergeser sejauh
c dan menempati
spektrum dengan lebar 2W; gambar (f). Ini berarti bahwa dengan metode modulasi seperti ini bandwidth sinyal digandakan. Spektrum sinyal di atas frekensi
PUTU RUSDI ARIAWAN
10 c disebut upper sideband (USB), sedangkan spektrum di bawah
c disebut
lower sideband (LSB). Karena itu modulasi ini juga disebut modulasi double-sideband, suppressed carrier ( DSB-SC ).
Penerimaan kembali sinyal DSB-SC
(t) untuk memperoleh sinyal
informasi f(t) memerlukan translasi frekuensi lain untuk memindahkan spektrum sinyal ke posisi aslinya. Proses ini disebut demodulasi atau deteksi dan dilakukan dengan mengalikan sinyal (t) dengan sinyal carrier (t) cos
c t
= f(t). cos2
=
c.
ct
f(t) +
Bagian frekuensi tinggi 2
f(t) cos 2
c t
c dihilangkan
dengan menggunakan Low Pass
Filter (LPF), sehingga yang tersisa hanya sinyal informasi f (t ).
PUTU RUSDI ARIAWAN
11
Prinsip yang dijelaskan di atas berlaku untuk semua sinyal selama frekuensi sinyal informasi W lebih kecil daripada frekuensi carrier
c.
Kesulitan
yang terjadi pada penerima adalah perlunya rangkaian yang bisa membangkitkan carrier serta rangkaian untuk sinkronisasi phase. b. Double Side Band-Large Carrier (AM) Penggunaan metode modulasi suppressed carrier memerlukan peralatan yang rumit pada bagian penerima, berkaitan dengan perlunya pembangkitan carrier dan sinkronisasi phase. Jika sistem didisain untuk memperoleh penerima yang relatif sederhana, maka beberapa kompromi harus dibuat walaupun harus mengurangi efisiensi pemancar. Untuk itu identitas carrier dimasukkan ke dalam sinyal yang ditransmisikan, dimana sinyal carrier dibuat lebih besar dari sinyal yang lain. Karena itu sistem seperti ini disebut Double-Sideband Large Carrier (DSB-LC) atau umumnya dikenal dengan istilah AM. Bentuk gelombang sinyal AM bisa diperoleh dengan menambahkan identitas carrier A cos AM(t)
= f(t) cos
PUTU RUSDI ARIAWAN
ct
pada sinyal DSB-SC.
ct
+ A cos
c t
12 Kerapatan spektrum dari sinyal AM adalah AM ( )
= 1/2 F(
+
c)
+ 1/2 F( -
c)
+
A (
+
c )+
A (
-
c )
Spektrum frekuensi dari sinyal AM adalah sama dengan sinyal DSB-SC f(t) cos
ct
; dengan tambahan impuls pada frekuensi
c. Hal ini
dijelaskan pada
gambar di bawah.
Spektrum frekuensi dari sinyal AM
Sinyal termodulasi amplitudo bisa ditulis dalam bentuk : AM(t)
= [ A + f(t) ] cos
ct
Dengan demikian sinyal AM dapat dinyatakan sebagai sinyal dengan frekuensi
c
dan amplitudo [ A + f(t) ]. Jika amplitudo carrier cukup besar, maka
selubung dari sinyal termodulasi akan proporsional dengan f(t). Dalam kasus ini, demodulasi akan sederhana yaitu dengan mendeteksi selubung dari sinyal sinusoidal, tanpa tergantung dari frekuensi maupun phase. Tapi jika A tidak cukup
PUTU RUSDI ARIAWAN
13 besar, selubung dari
tidak akan selalu proporsional dengan sinyal f(t).
AM(t)
Amplitudo carrier A harus cukup besar sehingga : [ A + f(t) ] A
0 ; untuk semua t atau
min { f(t) }
Jika kondisi di atas tidak dipenuhi akan muncul distorsi selubung karena overmodulasi. Tinjau sinyal frekuensi tunggal f(t) = E cos
mt
sebagai sinyal pemodulasi.
Sinyal termodulasi amplitudo akan berbentuk : AM(t)
= [ A + f(t) ] cos
ct
= [ A + E cos
] cos
mt
ct
Suatu faktor tanpa dimensi m didefinisikan sebagai indeks modulasi, yang berguna untuk menentukan ratio dari sideband terhadap carrier.
E m A
Amplitudo _ Puncak _ DSB
SC
atau m
Amplitudo _ Puncak _ Carrier Persamaan sinyal AM ditulis dalam menjadi : AM(t)
= A cos
ct
+ mA cos
AM(t)
= A [ 1 + m cos
mt
] cos
mt
. cos
ct
ct
Bentuk sinyal AM untuk beberapa nilai m dapat dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 2.4 Bentuk sinyal AM untuk beberapa nilai m
PUTU RUSDI ARIAWAN
14 Amplitudo maksimum dari sinyal termodulasi AM adalah A [ 1 + m ] ; sedangkan amplitudo minimum adalah A [ 1 - m ]. Indeks modulasi m bisa dinyatakan dalam persen (%) dan bisa dicari dengan membandingkan antara amplitudo maksimum dengan minimum. Untuk sinyal informasi dengan komponen frekuensi terbatas tapi lebih dari satu, indeks modulasi ditentukan berdasar indeks modulasi efektif m eff . Misalnya sinyal f(t) = E 1 cos memodulasi sinyal carrier A cos AM(t)
= A [ 1 + m1 cos
c t
m1t
m1t
+ E 2 cos
m2 t
digunakan untuk
, maka sinyal termodulasi menjadi :
+ m2 cos
m2 t]
cos
ct
Indeks
modulasi efektif :
meff
m12 m 2 2
3 . Single Side Band Sinyal AM yang termodulasi secara penuh, dua per tiga daya-nya tersimpan dalam sinyal carrier dan hanya seper tiga daya-nya berupa sinyal sideband. Pada hal sinyal side-band-lah yang mengandung informasi yang ditransmisikan dan sinyal carrier sekedar merupakan kendaraan pengantar informasi yang diperlukan rangkaian penerima untuk men-demodulasi informasi. Jika sinyal carrier bisa dibuang dan hanya sinyal side-band yang ditransmisikan maka dengan daya yang sama informasi bisa ditransmisikan lebih jauh. Di sisi penerima, diinjeksikan kembali sinyal carrier agar informasi bisa di-demodulasi. Sistem komunikasi dengan menggunakan Single Side Band sudah lama dikenal di kalangan amatir radio. Peralatan komunikasi pada band HF kebanyakan menggunakan mode ini karena mode ini menggunakan bandwidth yang sempit yaitu sekitar 2,4 KHz, maka daya jangkau perangkat komunikasi ini pada daya pancar yang sama bisa lebih jauh bila di bandingkan dengan mode AM yang yang dipakai untuk radio siaran. .
PUTU RUSDI ARIAWAN
15
Gambar 2.5 Blok diagram transceiver SSB 80 Meter Band
Sekarang dipasaran memang banyak beredar transceiver SSB yang sudah jadi alias buatan pabrik dangan berbagai macam merek, misalnya Yaesu, Icom, Kenwood dan lain lain yang kebanyakan merupakan transceiver all band (bekerja pada band 160 meter sampai 10 meter), biasanya pesawat semacam ini dilengkapi juga dengan “general coverage receiver” dengan frekuensi antara 100KHz sampai 30 MHz, hal ini membuat transceiver tersebut semakin menyenangkan karena bisa dipakai memantau frekuensi di luar jalur amatir. Ada bebrapa cara yang dapat dilakukan dalam membangkitkan sinyal SSB yaitu metoda Modulator-Filter balans, metoda pergeseran fasa dan Metoda ketiga. Metoda Modulator-Filter Balans Bentuk yang paling tua dari pemancar SSB menggunakan modulator balans untuk membangkitkan sinyal DSBSC (Double Side Band Suppressed Carrier), yang kemudian diikuti oleh ”Filter -filter jalur sisi” yaitu filter bandpass sempit yang hanya meneruskan jalur sisi frekuensi yang dikehendaki. Biasanya cukup dipakai sebuah filter bandpass SSB, dan dilengkapi dengan sarana untuk memilih bagian mana yang akan diteruskan, (bagian uppernya atau bagian lowernya) dengan cara mengubah frekuensi pembawa untuk membawa frekuensi ke ujung passband yang lain sehingga diperoleh jalur sisi yang dikehendaki. Sebuah penyampur balans dan osilator kristal memberikan konversi keatas ke frekuensi akhir pemancar, dan sebuah peguat RF linear menyediakan penguatan daya keluaran. Harus digunakan penguat-penguat linear untuk mencegah timbulnya cacat jalur sisi dan kemungkinan dibangkitkanya kembali jalur sisi yang kedua.
PUTU RUSDI ARIAWAN
16
Gambar 2.6 Blok diagram pemancar SSBSC
Metoda Pergeseran Fasa Metoda Pergeseran Fasa memakai prinsip pergeseran fasa dan penghapusannya untuk menghilangkan pembawa dan jalur sisi yang tidak dikehendaki. Dengan menggunakan penurunan persamaan trigonometri standar, rumus untuk frekuensi sisi bawah tunggal dapat diuraikan menjadi
suku pertama pada sisi sebelah kanan adalah hasil kali dari pembawa dan sinyal modulasi yang keduanya digeser sebesar 90 0, sedangkan suku kedua adalah hasil kali dari pembawa dan sinyal modulasi. Rangkaian-rangkaian yang diperlukan untuk menghasilkan pergeseran-pergeseran fasa, perkalian-perkalian dan penjumlahan adalah relatif sederhana dan ditunjukkan dalam diagram bloknya. Sumber sinyal primer adalah sebuah oscilator kristal. Sinyalnya mendorong modulator balans secara langsung, dan sebuah modulator balans yang lain lewat suatu rangkaian yang menggeserkan fasanya sehingga berselisih 900 dengan yang langsung. Kedua modulator balans tersebut menghapuskan pembawa itu sendiri dari sinyal keluaran. Sinyal audio langsung dimasukkan ke modulator pembawa yang digeser, sedangkan yang ke modulator yang tidak digeser pembawanya dimasukkan sinyal audio yang sebelumnya sudah digeser fasanya sebesar 900. modulator pertama menghasilkan dua jalur sisi yaitu jalur sisi atas dan jalur sisi bawah tetapi masing- masing digeser fasanya dengan +90 0. Modulator kedua juga menghasilkan jalur sisi atas dan jalur sisi bawah tetapi dalam hal ini jalur sisi atas di geser dengan +90 0, sedangkan jalur sisi bawah digeser dengan -90 0. hasilnya ialah bahwa jalur sisi-jalur sisi atas dari kedua modulator adalah sefasa satu sama lain dan langsung dijumlahkan dalam peguat penjumlahan untuk menghasilkan sinyal jalur sisi yang dikehendaki. Jalur sisi jalur sisi bawah di geser sedemikian sehingga keduanya berselisih fasa 1800 satu
PUTU RUSDI ARIAWAN
17 sama lainsehingga akan saling meniadakan bila dijumlahkan. Jalur sisi yang tertinggal diperkuat oleh penguat- penguat daya linear pada tingkat-tingkat terakhir sebelum dipancarkan. Pemindahan ke jalur sisi bawah dapat dilakukan dengan menggantikan jaringan penggeser fasa pembawa dengan yang memberikan pergeseran fasa sebesar -90 0.
Gambar 2.7 Blok diagram pembangkit SSB metode pergeseran fasa
Metoda Ketiga Cara ketiga untuk memperoleh modulasi SSBSC (Single Side Band Suppressed Carrier) dengan sederhana dinamakan juga metode ketiga. Metoda ini dirintis oleh D.K. Weaver, dan dikembangkan pada tahun 1950-an. Cara ini mirip dengan metoda pergeseran fasa, dalam hal digunakannya penggeseran dan penghapusan dalam operasinya, tetapi berbeda dalam kenyataan bahwa sinyal audio dimodulasikan dulu pada suatu sub pembawa audio. Sistem ini di perlihatkan pada Gambar 3. Modulator 1 dan 2 bekerja untuk mengkombinasikan sinyal audio denga sub pembawa audio, sehingga keluaran modulator 1 mengandung jalur sisi atas dan bawah, yang keduanya tergeser fasanya sebesar 900, sedangkan keluaran modulator 2 mengandung jalur sisi atas dan bawah yang tidak tergeser fasanya. Jalur sisi-jalur sisi atas dari keduanya di hilangkan oleh filter-filter low pass yang memotong pada frekuensi pembawa fo. Sinyalsinyal ini kemudian dimasukkan kemodulator 3 dan 4, yang didorong berturutturut oleh frekuensi pembawa RF langsung, dan pembawa RF yang digeser fasanya 90 0. Keluaran dari modulator 3 mengandung suatu kelompok jalur sisi(fc + fo – fm) yang digeser dengan +90 0 dan suatu kelompok jalur sisi yang kedua(fc – fo + fm)
PUTU RUSDI ARIAWAN
18 yang digeser dengan -90 0. modulator 4menghasilkan (fc + fo – fm) yang digeser dengan +900, adalah sefasa dengan komponen pertama dari modulator 3 dan dapat di jumlahkan langsung dengannya, modulator yang sama juga menghasilkan (fc + fo – fm) yang digeser dengan +90 0 yang adalah berselisih fasa 1800 dengan komponen yang sesuai dari modulator 3, sehingga akan saling menghapus. Keluaran yang diperoleh dari rangkaian penjumlahan adalah komponen(fc + fo – fm) yang sesuai dengan jalur sisi bawah dari fm pada frekuensi pembawa(fc + fo). Jalur sisi yang lain dihapuskan Jika masukan-masukan pembawa ke modulator 3 dan 4 saling ditukar, keluarannya dalah jalur sisi atas pada frekuensi pembawa (fc – fo). Perlu dicatat bahwa sub pembawa audio dapat ditempatkan ditengah-tengah frekuensi modulasi. Jika ini dilakukan, frekuensi modulasi dapat lebih besar dari fo dan setengan jalur sisi bawah dari modulator-modulator 1 dan 2 akan terlipat di dalam daerah dari 0 sampai fo dan dicampur dengan setengah yang lain dari jalur sisi. ini tidak akan berakibat apa-apa, karena modulator-modulator akhir 3 dan4 bekerja dengan cara sedemikian sehingga frekuensi-frekuensi jalur sisi yang timbul olehnya adalah seluruhnya pada satu sisi saja dari pembawa (fc + fo).
Gambar 2.8 Blok diagram pembangkitan SSB metode Ketiga
2.2.1.2 Modulasi Sudut Modulasi sudut terdiri dari dua macam yaitu modulasi frekuensi dan modulasi phasa, sinyal informasi dapat digunakan untuk mengubah frekuensi pembawa, sinyal informasi dapat digunakan untuk mengubah frekuensi pembawa, sehingga menimbulkan modulasi frekuensi, atau untuk mengubah
PUTU RUSDI ARIAWAN
19 sudut fasa yang mendahului atau tertinggal, sehingga menimbulkan modulasi phasa, keduanya adalah parameter dari sudut pembawa, yang merupakan suatu fungsi dari waktu, istilah umum modulasi phasa diartikan sebagai cakupan keduanya. Modulasi frekuensi dan modulasi phasa mempunyai beberapa sifat yang asangat mirip, tetapi juga mempunyai perbedaan yang menonjol. (Roddy, D. 1992) Secara matematis modulasi sudut dapat dinyatakan sinyal sinusoidal gelombang kontinyu bisa divariasikan dengan mengubah amplitudo dan sudut phasenya. (t) = a(t) cos [
c
t + (t) ]
Dalam modulasi amplitudo
(t) dibiarkan konstan dan a(t) divariasikan
proporsional terhadap sinyal input f(t). Suatu metode modulasi yang lain dilakukan dengan membiarkan a(t) konstan dan sudut phase
(t) divariasikan proporsional
terhadap f(t). 1 . Modulasi frekuensi (FM ) Modulasi frekuensi adalah proses penumpangan gelombang informasi pada gelombang carrier dengan cara mengubah-ubah frekuensi dari carrier sesuai dengan karakteristik gelombang informasi. Karena kandungan gelombang informasi pada gelombang modulasi frekuensi (FM) diwujudkan dengan perubahan carrier, maka sistem ini memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan dengan AM (modulasi amplitudo). Hal ini disebabkan karena gangguangangguan transmisi dominan terjadi pada komponen amplitudo, sedangkan pada FM memiliki amplitudo yang tetap, namun jika dari sisi pemakaian Bandwidth gelombang FM memerlukan bandwidth yang lebih lebar dibandingkan dengan AM. Sinyal modulasi em digunakan untuk merubah frekuensi pembawa. Maka frekuensi pembawa sesaat (Roddy, D., Idris,K., Coolen,J.,1992); i
=
c
+ k em em =
E m maks sin
m
t
frekuensi pembawa menjadi: i
=
c
+ k E m maks sin
PUTU RUSDI ARIAWAN
m
t
20
Gambar 2.9 gelombang termodulasi frekuensi
dimana, em frekuensi pembawa dalam bentuk gelombang sinusoida, k em perubahan frekuensi pembawa dimana k seabgai konstanta yang dikenal sebagai konstanta deviasi frekuensi ,
c frekuensi
tanpa modulasi.
Deviasi Puncak dari sinyal didefinisikan sebagai (Roddy, D., Idris,K., Coolen,J.,1992) = k E mmaks i
=
t) = (
=
C+
sin
2 ( f C
mt
f sin
f cos ct -
f e = sin ( ct - cos
mt
mt
t )dt
m
f m ) f m
Berbeda dengan modulasi amplituda, pada modulasi frekuensi mempunyai indeks modulasi lebih dari satu. Indek modulasi untuk modulasi frekuensi didefinisikan sebagai (Roddy, D., Idris,K., Coolen,J.,1992);
f
mf
=
f m sehingga persamaan untuk pembawa yang dimodulasi menjadi;
PUTU RUSDI ARIAWAN
21 e = sin ( ct – mf cos mt) pada modulasi frekuensi, spektrum terdiri dari sebuah komponen pembawa, dan frekuensi-frekuensi sisi pada harmonisa. Amplitudo-amplitudo dari berbagai komponen spektral diberikan oleh suatu Fungsi Bessel dari jenis pertama, yang menyatakan dengan J n(mf ); m f adalah indeks modulasi, n adalah orde dari frekuensi sisi. Komponen spektrum pada frekuensi pembawa berkurang amplitudonya tidak berarti bahwa gelombang pembawa dimodulasi amplitudo. Gelombang pembawa adalah jumlah dari semua komponen-komponen dalam spektrum, adan jumlah ini memberikan pembawa dengan amplitudo konstan. Bedanya ialah bahwa pembawa yang dimodulasi bukanlah suatu gelombang sinus sedangkan komponen spektrum pada frekuensi pembawa gelombang sinus. Fungsi-fungsi Bessel memberikan hubungan antara amplitudo tegangan dari masing-masing komponen sisi frekuensi sinusoida terhadap amplitudo pembawa tanpa modulasi, sebagai En = Jn Ec Dengan memisalkan bahwa amplitudo E n dan Ec adalah nilai-nilai rms dari sinusoida, daya yang terkandung pada masing komponen sinusoida (sisa pembawa dan masing-masing frekuensi sisi didapat;(Roddy, D., Idris, K., Coolen,J.,1992).
E 2n Pn =
R 2 Modulasi Phasa (PM ) Modulasi
Phasa
(PM)
adalah
suatu
proses
modulasi
yang
mengubahubah fasa dari gelombang carrier sesuai dengan karakteristik gelombang informasi. Modulasi fasa dihasilkan bila fasa sudut
dari pembawa
dibuat menjadi fungsi dari sinyal modulasi diberikan oleh (Roddy, D., Idris,K., Coolen,J.,1992); e c = sin (
ct
+
c)
jika dimodulasi fasa, (t) =
c+
Kem
PUTU RUSDI ARIAWAN
c diganti
dengan (t), dimana
22 K adalah konstanta deviasi fasa (analog dengan k untuk modulasi frekuensi ) dan e m seperti yang sudah-sudah adalah sinyal modulasi. Biasanya
c
dapat dihapuskan dari persamaan karena merupakan konstanta yang tidak mempengaruhi modulasi. Lagi pula dengan membuat e m = Em maks m(t). (t) =
m (t)
dimana, = K Em maks adalah deviasi puncak. e = sin [
ct
+
m (t)
]
untuk modulasi sinusoida, e = sin [
ct
+
m sin
mt
]
dan untuk menekankan kesamaannya dengan modulasi frekuensi sinusoida, deviasi fasa puncak dinamakan indeks modulasi fasa dengan lambing m p, sehingga menjadi e = sin [
ct
+ mp sin
mt
]
Dengan membandingkan persamaan 2.16 dengan persamaan 2.25, kesamaan antara modulasi fasa dengan modulasi frekuensi untuk sinyal sinusoida akan menjadi jelas, terutama bila diingat bahwa satu-satunya perbedaan antara suku-suku modulasi sinusoida dan kosinusoida adalah perbedaan selisih fasa sebesar 90 0, yang tidak akan langsung kelihatan bila sinyal-sinyal didemodulasi. Pada modulasi fasa, amplitudo tetap konstan sedangkan sudut fasa mengikuti perubahan tangga dengan waktu, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6. perubahan fasa diukur dengan berpedoman pada fasa yang seharusnya akan terjadi tanpa adanya modulasi. Setelah perubahan tangga dalam fasa, pembawa sinusoida akan tampak seolah-olah merupakan perpanjangan dari lengkungan garis terputus-putus yang pada grafik amplitudo waktu dalam gambar 2.6. yang aman dari grafik amplitudo waktu terlihat bahwa frekuensi gelombang sebelum perubahan tangga adalah sama seperti sesudah perubahan tersebut. Tetapi pada saat fasa berubah menurut tangga , pergeseran mendadak dari bentuk gelombang pada sumbu waktu akan membuatnya kelihatan seakan-akan frekuensi mengalami perubahan yang mendadak pula.
PUTU RUSDI ARIAWAN
23 E
f
f c
c
Gambar 2.10 Memodulasi dengan suatu bentuk gelombang tangga dengan modulasi fasa
Untuk nilai indeks modulasi yang sama, spektrum dari gelombang yang dimodulasi fasa akan sama seperti spektrum untuk gelombang yang dimodulasi frekuensi. 2.2.2
Modulasi Digital Sistem komunikasi digital diilustrasikan pada Gambar 2.11. Gambar
tersebut menunjukkan sistem pengiriman dan penerimaan digital secara umum. Pada sub bab ini akan dijelaskan secara garis besar fungsi dari masing-masing blok pada gambar tersebut.
Gambar 2.11 Sistem Komunikasi Digital
Source Encoder menerima satu atau lebih sinyal analog untuk diubah menjadi urutan symbol-simbol. Simbol-simbol ini bisa berupa biner (1 dan 0) atau anggota himpunan yang mempunyai dua atau lebih elemen. Jika kanal digunakan untuk mengkomunikasi kan lebih dari satu sumber (source), maka sebuah source
PUTU RUSDI ARIAWAN
24 encoder harus dilengkapi dengan multiplexer . Prinsip pengoperasian source encoder dan multiplexer akan dijelaskan lebih detail pada bab selanjutnya. Yang menjadi perhatian kita adalah bahwa source encoder mendapatkan input berupa time signal (s(t)) dan system komunikasi data dimulai dengan sebuah sinyal digital (misalkan data didapatkan dengan menekan tombol di keyboard). Dari peralihan sistim komunikasi tulisan tangan menjadi sistim komunikasi listrik, diperlukan suatu model pengamanan terhadap data yang akan dikirim maupun diterima. Harus diyakinkan bahwa hanya penerima yang bersangkutan saja yang bisa memahami data atau pesan yang terkirim, dan ha nya pengirim yang resmi saja yang bisa mengirimkannya. Proses Encryption melaksanakan pengamanan tersebut. Channel Encoder menaikkan efisiensi dari sistem komunikasi digital. Peralatan ini mengurangi efek dari error transmisi. Jika ada noise yang masuk ke kanal bersama-sama dengan data, ada kemungkinan sebuah simbol yang sudah terkirim akan di-interpretasi kan sebagai simbol yang lain pada sisi penerima. Efek dari error-error ini dapat dikurangi dengan menerapkan struktur redundansi pada sinyal data. Output dari kanal encoder adalah sebuah sinyal digital yang dikomposisikan dalam bentuk simbol-simbol. Sebagai contoh, dalam sistem biner outputnya berupa urutan bit 1 dan 0. Sebuah kanal listrik dapat mengirimkan sinyal yang hanya berbentuk gelombang listrik. Ini penting. Jangan beranggapan bahwa sebuah sinyal digital dapat ditransmisikan dalam bentuk yang belum termodifikasi. Sebagai contoh, jika kita menggunakan sebuah kanal suara untuk mengirimkan “10101”, bukan berarti kita mengucapkan lima kata tadi, karena pengucapan satu kata saja (misalkan “satu” sama dengan 1 pada 10101), sama halnya dengan mengirim sebuah urutan sinyal analog. Jadi, di sini kita mengirimkan
sebuah
sinyal
digital
menggunakan
gelombang
analog.
Kelihatannya ini merupakan proses yang be rsimpangan, dan memang betul demikian. Untuk mengirim sebuah sinyal analog, perlu diubah menjadi sinyal digital, kemudian mengirimkan sinyal digital tersebut melalui gelombang analog, mengkonversikan bentuk gelombang analog yang diterima menjadi sinyal digital kembali (pada receiver) dan mengubah sinyal digital tersebut kembali menjadi sinyal analog. Proses ini memiliki keuntungan tahan terhadap lingkungan noise maupun distorsi dibandingkan sistim analog langsung.
PUTU RUSDI ARIAWAN
25 Kembali ke Carrier Modulator , tujuan pemakaian peralatan ini adalah untuk menghasilkan bentuk gelombang analog sesuai dengan simbol diskrit pada inputnya. Pada awal pembahasan, encryptor bertugas memberikan perlindungan keamanan kepada pesan-pesan yang dikirim agar tidak terbaca, atau diterima oleh penerima yang tidak berkepentingan. Dalam hal ini, encryptor menghasilkan sebuah urutan simbol yang hanya dapat dibedakan oleh penerima yang berkepentingan. Pengamanan tambahan dapat dilakukan dengan teknik spread spectrum, yang bertujuan menghindari dari pendengar tidak resmi. Bagian kedua dari blok diagram Gambar 2.11 adalah sistim penerima digital. Sistim ini seperti cermin gambar dari pemancar. Pada sistim ini dilakukan proses “undo” dari operasi yang dilaksanakan pada pemancar. Ada satu bagian dari pemancar yang dilakukan proses “undo” dua kali di penerima, yaitu carrier modulator . Pada penerima, proses “undo” dari carrier modulator ini dilakukan oleh dua bagian : carrier demodulator dan symbol synchronizer . Begitu bentuk gelombang analog di terima di sisi penerima, ada satu hal yang harus dilakukan, yaitu mem partisi segmen simbol-simbol nya dan pesan-pesan yang dibawanya. Proses partisi ini dilakukan oleh symbol synchronizer . Modulasi bandpass, untuk selanjutnya lebih sering kita singkat sebagai modulasi saja (baik analog maupun digital) merupakan proses dimana sebuah sinyal informasi dikonversi ke suatu gelombang sinusoida. Untuk modulasi digital, suatu gelombang sinus pada durasi T dipakai sebagai acuan sebuah symbol igital. Ada 3 parameter yang dapat membedakan suatu gelombang sinus dengan delombang sinus yang lain, yaitu: amplitudo, frekuensi, dan fase. Sehingga modulasi bandpass dapat didefinisikan sebagai proses dimana amplitudoi, erkuensi, atau fase pada suatu gelombang karier RF ( radio frequency ) atau mungkin kombinasi dari tiga parameter tersebut diatas bervriasi sesuai dengan informasi yang ditransmisi. Bentuk umum gelombang karier, s(t) adalah sebagai berikut:
dimana A(t) dan θ(t) merupakan amplitudo dan sudut yang berubah sebagai furngsi waktu . Hal ini memungkinkan bagi kita untuk menuliskan
sedemikian hingga didapatkan
PUTU RUSDI ARIAWAN
26 dimana ω0 adalah frekuensi karier dalam radian dan Φ (t) adalah fase. Dalam pembicaraan tentang frekuensi kita jugamengenal symbol f , yang mana merupakan bentuk symbol frekuensi yang dinyatakan dalam besaran hertz. Terminologi f dan
memiliki hubungan ω = 2πf.
Pada dasarnya system modulasi digital ada 3 macam, yaitu amplitude shift keying (ASK), frequency shift keying (FSK), dan phase shift keying (PSK). Ketiga Tetapi dalam perkembangan selanjutnya muncul berbagai teknik kombinasi misalnya dengan mengkombinasika n antara modulasi amplitudo dan fase, maka munculah teknik amplitude phase keying (APK) yang selanjutnya lebih dikenal sebagai quadrature ampitude modulation (QAM). Bentuk persamaan dan contoh output dari modulator dapat dilihat seperti pada Gambar 2.12 berikut ini
Gambar 2.12 Jenis jenis modulasi digital a ASK, b PSK, c FSK
2.2.2.1 Amplitude Shift Keying Pembangkitan gelombang AM dapat dilakukan dengan dua pendekatan berbeda. Pertama adalah dengan membangkitkan sinyal AM secara langsung tanpa harus dengan membentuk sinyal base band . Sehingga dalam kasus biner, generator harus mampu memformulasi satu dari dua sinyal gelombang AM yang mungkin. Teknik ini lebih dikenal dengan amplitude shift keying (ASK), yang
PUTU RUSDI ARIAWAN
27 secara langsung menyiratkan arti sebuah terminologi yang menggambarkan suatu teknik modulasi digital. Yang kedua dengan menggunakan sinyal base band untuk memodulasi amplitudo 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. Anda jangan sampai salah persepsi, kedua teknik ini merupakan pembangkitan gelombang AM untuk mentransmisi informasi digital. Untuk selanjutnya keduanya kita ketahui sebagai dua bentuk pembentukan ASK atau lebih kita pahami sebagai AM digital. Perhatikan sebuah situasi dimana 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 sistem 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 dalam hal ini dapat didekati dengan sebuah persamaan matematik: v (t ) = Vc/2 [1 + mvm(t )]cos(2ωct ) (2-1) dimana: Vc= amplitudo sinyal carrier v m = sinyal pemodulasi yang bernilai 1 atau 0 m = indek modulasi ωc = 2pf c = frekuensi carrier dalam nilai radiant Modulator dan Demodulator Binary ASK Modulator Kita bicarakan disini pembangkitan ASK dengan suatu keying operation atau pembentukan langsung modulasi ASK tanpa membentuk sinyal baseband terlebih dulu. Kita tentukan misalnya menggunakan baseband unipolar level nol untuk mengirim informasi ‘0’ dan level sinyal high untuk mengirim informasi ‘1’. Gelombang ASK yang dibangkitkan akan berupa sebuah sinus dengan level Vc untuk nilai informasi ‘1’ dan level nol untuk untuk nilai informasi ‘0’. Kita dapat lakukan ini dengan jalan memberi perlakuan oscillator untuk bertahan pada kondisi on (turn on) untuk selang waktu pengiriman informasi ‘1’ dan mempertahankan untuk kondisi off selama selang waktu pengiriman informasi
PUTU RUSDI ARIAWAN
28 bernilai ‘0’. Teknik ini sudah kita ketahui sebagai teknik on-off keying dan untuk lebih jelasnya rangkaian dasarnya dapat kita lihat pada Gambar (2.13).
Gambar 2.13 Rangkaian Dasar On Off Keying
Jika kita menggunakan bentuk level yang lain, misalnya Vc1 dan Vc2 volt atau mungkin secara lebih gampangnya 2,5 Volt untuk mewakili informasi ‘0’ dan 5 Volt untuk mewakili informasi ‘1’, ini dapat kita lakukan dengan memerikan step-variable attenuator yang secara sederhana dapat diberikan ilustrasinya seperti Gambar (2.14).
Gambar (2.14) Rangkaian ASK dengan level tegangan tidak nol
Sekarang kita coba untuk membicarakan teknik kedua, bagaimana kita membangkitkan sinyal baseband dengan inter simbol interferensi (ISI) yang seminimum mungkin. Dengan anggapan bahwa modulator AM sudah layak untuk digunakan, maka teknik kedua ini lebih disarankan bagi anda. Untuk itu kembali kita akan mengulas sedikit tentang modulasi amplitudo analog yang akan kita gunakan untuk modaulasi ASK ini.
PUTU RUSDI ARIAWAN
29
Gambar 2.15 Rangkaian Gate untuk modulasi AM
Kita mulai dengan gated modulator . Jika kita kalikan sebuah sinyal base band dengan suatu sinyal periodik (dalam hal ini sinus atau cosinus), hasilnya akan merupakan sederetan gelombang ASK dengan carrier dan harmonisanya yang memiliki frekuensi senilai kelipatan frekuensi carriernya (frekuensi fundamental ). Gambar (2.14) memberikan ilustrasi tentang hal ini. Sinyal output pada pengali dapat diberikan dengan suatu deret Fourrier seperti berikut:
Kita anggap vm(t) dengan bandwidth terbatas, transformasi Fourrier dari hasil perkalian ini akan merupakan suatu bentuk pergeseran nilai dari frekuensi fundamental (carrier) sebesar nilai frekuensi baseband yang dalam hal ini kita anggap memiliki nilai f c bisa ke positip ataupun ke negatif. Dengan menggunakan bandpass filter (BPF) kita gunakan untuk mengekstrak harmonisa yang terjadi sehingga dihasilkan sinyal gelombang AM yang kita inginkan. Operasi perkalian yang diilustrasikan dalam Gambar (2.14) memiliki kesamaan dengan suatu operasi switching seperti yang dapat kita lihat pada Gambar (2.15). Switch S dapat terbuka dan tertutup misalnya dengan frekuensi 1MHz, tentu saja dalam hal ini lebih memungkinkan apabila kita gunakan switch elektronik seperti diode bridge ( jembatan diode ).
PUTU RUSDI ARIAWAN
30
Gambar 2.15 Rangkaian Switch Pengganti Operasi Perkalian
Demodulator Demodulasi dapat kita la kukan secara coherent (koheren) dan incoherent
(tidak
koheren).
Demodulator
koheren
maksudnya
adalah
demodulator yang memiliki timing (dalam hal ini lebih mudah dikenali sebagi fase) yang persis dengan sinyal carrier yang datang. Sedangkan demodulator tida k koheren tidak memerlukan fase yang sama persis dengan sinyal carrier yang datang.
Gambar 2.16 Demodulator Sinkron
Synchronous demodulator adalah suatu contoh demodulator koheren. Teknik ini secara sederhana dikatakan dapat mengubah kembali frekuensi sinyal yang datang turun ke frekuensi baseband. Ini dilakukan dengan perkalian atau lebih dikenal dengan heterodyning , antara gelombang ASK yang datang dengan suatu osilator lokal yang di-match-kan dengan frekuensi carrier. Hal ini diberikan ilustrasinya pada Gambar (2.16). Sebagai awal pembahasan disini dibuat anggapan bahwa sinyal ASK, v(t) melalui kanal ideal tanpa noise sehingga sinyal yang masuk ke penrima r (t) = (Vc + v m(t))cos2ωct . 2.2.2.2 Frequency Shift Keying Frequency shift keying (FSK) merupakan sistem modulasi digital yang relatif sederhana, dengan kinerja yang kurang begitu bagus dibandingkan sistem PSK atau QAM. FSK biner adalah sebuah bentuk modulasi sudut dengan
PUTU RUSDI ARIAWAN
31 envelope konstan 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 kontinyu pada gelombang analog. Ekpresi yang umum untuk sebuah sinyal FSK biner adalah:
dimana v(t) = adalah bentuk gelombang FSK biner Vc = puncak amplitudo carrier tanpa termodulasi wc = carrier frekuensi (dalam radian) fm(t) = frekuensi sinyal digital biner pemodulasi Dw = beda sinyal pemodulasi (dalam radian) Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa dengan FSK biner amplitudo carrier Vc tetap konstan dengan adanya modulasi. Bilamana, output frekuensi carrier (wc) akan bergeser dengan suatu nilai sebanding + Dw/2 radian. Pergeseran frekuensi (Dw/2) adalah sebanding dengan amplitudo dan polaritas pada sinyal input biner. Sebagai contoh, sebuah biner satu akan bernilai +1 volt dan sebuah biner nol akan bernilai –1 volt yang menghasilkan pergeseran frekuensi pada +Dw/2 dan -Dw/2. Sebagai tambahan, laju pada pergeseran frekuensi adalah sebanding dengan setengah laju perubahan sinyal input biner fm(t) (yaitu bit rate input). Sehingga deviasi (pergeseran) sinyal output carrier diantara wc + Dw/2 dan wc - Dw/2 pada laju senilai fm. Dengan FSK biner, center pada frekuensi carrier tergeser (terdeviasi) oleh input data biner. Sebagai konsekuensinya, output pada suatu modulator FSK biner adalah suatu fungsi step pada domain frekuensi. Sesuai perubahan sinyal input biner dari suatu logic 0 ke logic 1, dan sebaliknya, output FSK bergeser diantara dua frekuensi: suatu mark frekuensi atau logic 1 dan suatu space frekuensi atau logic 0. Dengan FSK biner, ada suatu perubahan frekuensi output setiap
adanya
perubahan
kondisi
logic
pada
sinyal
input.
Sebagai
konsekuensinya, laju perubahan output adalah sebanding dengan laju perubahan input. Dalam modulasi digital, laju perubahan input pada modulator disebut bit rate dan memiliki satuan bit per second (bps). Laju perubahan pada output modulator disebut baud atau baud rate dan sebanding dengan keterkaitan waktu
PUTU RUSDI ARIAWAN
32 pada satu elemen sinyal output. Esensinya, baud adalah kecepatan simbol per detik. Dalam FSK biner, laju input dan laju output adalah sama; sehingga, bit rate dan baud rate adalah sama. Suatu FSK biner secara sederhana diberikan seperti Gambar (2.17).
Gambar 2.17 Pemancar FSK biner
Sebagaimana system komunikasi slektronik yang lain, bandwidth merupakan hal penting dalam merancang sebuah pemancar FSK. Sistem ini memiliki kesamaan dengan system modulasi FM analog. Gambar2.18 memberikan ilustrasi sebuah diagram blok pemancar FSK.
PUTU RUSDI ARIAWAN
33
Gambar 2.18 Hubungan input dan output pada modulator FSK
Pada Gambar 2.18 menunjukkan sebuah modulator FSK biner, yang mana memiliki kemiripan dengan modulator FM, dan ini seringkali berupa VCO (voltage controlled oscillator). Input rate tercepat ada pada perubahan anngka 1/0 secara beruntun, yang dalam hal ini digambarkan sebagai bentuk gelombang persegi. Sebagai konsekuensinuya, hanya frekuensi fundamental yang dipakai sebagai acuan. Saat ini terjadi nilai frekuensi modulasi tertinggi sebanding dengan setengah input rate. Frekuensi rest pada VCO dipilih sedemikian hingga ini jatuh tepat ditengah diantara frekuensi mark dan space. Sebuah kondisi logika 1 menggeser VCO dari kondisi frekuensi rest menjadi frekuensi mark , dan logika 0 menggeser frekuensi VCO dari rest menjadi space. Sebagai konsekuensinya perubahan keadaan input 1/0 secara berurutan menyebabkan deviasi frekuensi dari mark ke space. Dalam modulator FSK biner, Df merupakan puncak deviasi frekuensi pada carrier dan nilainya sebanding dengan besarnya beda frekuensi antara mark dan rest . Nilai ini sebanding dengan setengah beda antara mark dan space. Puncak dari deviasi frekuensi tergantung dari amplitudo sinyal pemodulasi. Dalam sinyal digital biner, semua logika 1 memiliki level tegangan yang sama, demikian pula halnya dengan semua loghika 0. Sebagai konsekuensi nya pada system FSK memiliki frekuensi deviasi yang konstan dan selalu pada nilai maksimum.
PUTU RUSDI ARIAWAN
34
Gambar 2.19 Gambaran frekuensi pada FSK
2.2.2.3 Phase Shift Keying Dalam modulasi analog kita sulit membedakan antara modulasi frekuensi dengan modulasi fase, sehingga keduanya dikatagorikan sebagai hal yang sama karena keduanya memiliki pengaruh yang sama pada sinyal carrier yaitu perubahan frekuensi sesuai dengan variasi amplitudo sinyal informasi yang memodulirnya. Dalam kasus modulasi digital perbedaan antara frekuensi modulasi dengan fase modulasi cukup jelas, karena dalam modulasi digital sinyal informasi memiliki bentuk gelombang diskrit. Seperti dalam hal modulasi amplitudo dan modulasi frekuensi, kita memulai dengan sinyal carrier sinusoida yang memiliki bentuk dasar Acos[q(t)]. Dengan adanya proses modulasi pada fase gelombang carrier tersebut yaitu dengan sistem phase shift keying (PSK) nilai q(t) adalah 2pf c + f(t). Dalam hal ini nilai f(t) memberikan pengertian bahwa fase dari gelombang tersebut termodulasi dan mengandung informasi sesuai dengan input dari sinyal baseband pemodulasinya. Dalam binary phase shift keying (BPSK), dua output fase yang mungkin akan keluar dan membawa in formasi (“binary” dimaksudkan disini “2”). Satu fase output (0o misalnya) mewakili suatu logic 1 dan yang lainnya (misalnya 180o) logic 0. Sesuai dengan perubahan keadaan sinyal input digital, fase pada output carrier bergeser diantara dua sudut yang keduanya terpisah 180o (180 o out of phase). Nama lain untuk BPSK adalah phase reversal keying (PRK) dan biphase modulation. BPSK adalah suatu bentuk suppresed carrier (carrier yang diturunkan levelnya sampai minimum), square wave (gelombang kotak) memodulasi suatu sinyal continuous wave (gelombang kontinyu) atau CW. Gambar 2.20
PUTU RUSDI ARIAWAN
35 menunjukkan suatu diagram blok sederhana sebuah modulator BPSK. Balanced modulator bekerja seperti suatu switch pembalik fase. Tergantung pada kondisi logic pada input digital, carrier yang ditransfer ke output pada kondisi inphase (0o) atau bergeser 180 o dengan carrier oscillator referensi.
Gambar 2.20 Modulator BPSK
2.2.3 Perbandingan Komunikasi Analog Dan Digital Sebelum menjelajahi lebih lanjut tentang keuntungan satu sistim komunikasi terhadap sistim komunikasi yang lain, perlu dilakukan klarifikasi beberapa
definisi
penting.
Sistim
komunikasi
analog
adalah
yang
mentransmisikan sinyal-sinyal analog – yaitu time signal yang berada pada nilai kontinu pada interval waktu yang terdefinisikan. Jika time signal analog tersebut disample, maka yang terjadi adalah urutan bilangan-bilangan (nilai-nilai) yang harus ditransmisikan. Daftar nilai ini masih berupa nilai analog – yang bisa bernilai tak berhingga. Sistim ini belum digital. Kita katakan itu sebagai sistim diskrit terhadap waktu (discrete time) atau sistim ter-sampel (sampled system). Jika nilai-nilai tersampel tersebut dibuat menjadi himpunan diskrit (misalkan integer), maka sistim menjadi digital. Beberapa sistim merupakan kombinasi hybrid baik digital maupun analog. Seperti saat mata kita menelusuri halaman ini, sistim psikologi kita beroperasi secara analog, seperti saat kita menatap gradasi dari sebuah gambar di halaman ini. Dasar dari sistim digital adalah, jika kita memprogram diri kita untuk mencari beberapa huruf, misalkan alphanumeric atau huruf-huruf Yunani dan symbol-simbol matematika. Selanjutnya, pada level yang lebih tinggi, kita membuka kamus komunikasi, yang berisi sekumpulan 30.000 an kemungkinan huruf. Ada kemungkinan huruf yang akan kita cari ada di dalam kamus tersebut, atau tidak ada. Jika huruf yang kita cari ada di kamus, berarti kita menerima huruf
PUTU RUSDI ARIAWAN
36 tadi de ngan benar, jika tidak ada, berarti kita menerima sesuatu yang salah. Dengan definisi di atas, kita mencoba mencari keuntungan dan kerugian sistim komunikasi digital dibandingkan dengan sistim analog. Keuntungan Komunikasi Digital : 1. Error hampir selalu dapat dikoreksi. 2. Mudah menampilkan manipulasi sinyal (seperti encryption). 3. Range dinamis yang lebih besar (perbedaan nilai terendah terhadap tertinggi dapat dimungkinkan Kerugian Komunikasi Digital : 1. Biasanya memerlukan bandwidth yang lebih besar. 2. Memerlukan sinkronisasi. Gambar 2.22 menunjukkan kekontrasan hubungan antara sistim komunikasi analog dan sistim komunikasi digital. Pada sistim analog, terdapat amplifier di sepanjang jalur transmisi. Setiap amplifier menghasilkan penguatan (gain), baik menguatkan sinyal pesan maupun noise tambahan yang menyertai di sepanjang jalur transmisi tersebut. Pada sistim digital, amplifier digantikan regenerative repeater . Fungsi repeater selain menguatkan sinyal, juga “membersihkan” sinyal tersebut dari noise. Pada sinyal “unipolar baseband”, sinyal input hanya mempunyai dua nilai – 0 atau 1. Jadi repeater harus memutuskan, mana dari kedua kemungkinan tersebut yang boleh ditampilkan pada interval waktu tertentu, untuk menjadi nilai sesungguhnya di sisi terima.
Gambar 2.22 Perbandingan komunikasi Analog dan Digital
PUTU RUSDI ARIAWAN
37 Keuntungan kedua dari sistim komunikasi digital adalah bahwa kita berhubungan dengan nilai-nilai, bukan dengan bentuk gelombang. Nilai-nilai bisa dimanipulasi dengan rangkaiant rangkaian logika , atau jika perlu, dengan mikroprosesor. Operasi-operasi matematika yang runit bisa secara mudah ditampilkan untuk mendapatkan fungsi-fungsi pemrosesan sinyal atau keamanan dalam transmisi sinyal. Keuntungan ketiga berhubungan dengan range dinamis. Kita dapat mengilustrasikan hubungan ini dalam sebuah contoh. Perekaman disk piringan hitam analog mempunyai masalah terhadap range dinamik yang terbatas. Suarasuara yang sangat keras memerlukan variasi bentuk alur yang ekstrim, dan sulit bagi jarum perekam untuk mengikuti variasi-variasi tersebut Sementara perekaman secara digital tidak mengalami masalah, karena semua nilai amplitudo-nya, baik yang sangat tinggi maupun yang sangat rendah, ditransmisikan menggunakan urutan sinyal terbatas yang sama. Namun di dunia ini tidak ada yang ideal, demikian pula halnya dengan sistim komunikasi digital. Kerugian sistim digital dibandingkan dengan sistim analog adalah, bahwa sistim digital memerlukan bandwidth yang besar. Sebagai contoh, sebuah kanal suara tunggal dapat ditransmisikan menggunakan single sideband AM dengan bandwidth yang kurang dari 5 kHz. Dengan menggunakan sistim digital, untuk mentransmisikan sinyal yang sama, diperlukan bandwidth hingga empat kali dari sistim analog. Kerugian yang lain adalah selalu harus tersedia sinkronisasi. Ini penting bagi sistim untuk mengetahui kapan setiap simbol yang terkirim mulai dan kapan berakhir, dan perlu meyakinkan apakah setiap simbol sudah terkirim dengan benar.
PUTU RUSDI ARIAWAN
38 BAB III PENUTUP
3.1 Simpulan Beradasarkan uraian tentang system modulasi analog dan digital yang telah tersebut di atas, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Modulasi adalah suatu proses dimana properti atau parameter dari suatu gelombang divariasikan secara proporsional terhadap gelombang yang lain. Parameter yang diubah tergantung pada besarnya modulasi yang diberikan. Proses modulasi membutuhkan dua buah sinyal yaitu sinyal pemodulasi yang derupa dinyal informasi yang dikirim, dan sinyal carrier dimana sinyal informasi tersebut ditumpangkan. 2. Modulasi memiliki dua macam jenis, yaitu modulasi sinyal analog dan modulasi sinyal digital. Contoh modulasi sinyal analog adalah Frequency Modulation (FM) dan Amplitude Modulation (AM). Sementara modulasi sinyal digital antara lain Amplitude Shift Keying (ASK), Phase Shift Keying (PSK), dan Frequency Shift Keying ( FSK ). 3. Keuntungan Komunikasi Digital : a) Error hampir selalu dapat dikoreksi. b) Mudah menampilkan manipulasi sinyal (seperti encryption). c) Range dinamis yang lebih besar (perbedaan nilai terendah terhadap tertinggi dapat dimungkinkan 4 . Kerugian Komunikasi Digital : a) Biasanya memerlukan bandwidth yang lebih besar. b) Memerlukan sinkronisasi. DAFTAR PUSTAKA
Bostian , Charles.W., Krauss, Herbert.L.1990. Teknik Radio Benda Padat. Dodd, AZ. 2002. The Essential Guide to Telecommunications (Panduan Pokok untuk Telekomunikasi). Yogyakarta: Andi. Idris, Kamal., Roddy, Dennis., Coolen, John.1992. Komunikasi Elektronika. Jakarta : Erlangga
PUTU RUSDI ARIAWAN
39 K. Sham Shanmugam, Digital And Analog Communication System, John wiley & Sons.1994 Roger L.Freeman, 1984. Telecomunication Transmission Hand Book, John Wiley & Sons. Shigeki Shoji, Suhana.1994. Buku Pegangan Teknik Telekomunikasi. Jakarta : PT. Pradnya Paramitha. Stallings, W. 2001. Komunikasi Data dan Komputer . Jakarta: Salemba Teknika.
PUTU RUSDI ARIAWAN
BIODATA PENULIS
ama
: Putu Rusdi Ariawan TTL : Denpasar. 19 April 1990 Alamat Rumah : Jln. Dukuh Sari Gg. Kaliasem No. 5a, DenpasarBali
Agama
: Hindu
Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana Email :
[email protected] www.facebook.com/turusdi
