EL3216!01!13211009_Iman Manarul Arifin

MODUL 01 SISTEM KOMUNIKASI Iman Manarul Arifin (13211009) Asisten: Marini Nur Izzah (13210060) Tanggal Percobaan: 12/02/2014 EL3216 – Praktikum Sistem Komunikasi

Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak Pada poercobaan kali ini praktikan melakukan percobaan dengan menggunakan instrumen NI ELVIS. NI ELVIS merupakan instrumen yang memiliki modul esensial dalam pengukuran seperti generator sinyal, catu daya, multimeter digital, dan Osiloskop. Selain itu, terdapat pula modul pendukung lain seperti adder, multiplier, master signal, voltage controlled oscillator, dan lainnya yang mendukung pemrosesan sinyal dalam komunikasi. Hasil pengukuran diperoleh melalui pembacaan data digital pada PC yang diakuisisi dari NI ELVIS. Pada percobaan modulasi sinyal, dilakukan analisis AM dan DSBSC sinyal pada domain waktu dan frekuensi untuk memperoleh karakteristik setiap sinyal. Hasil yang diperoleh sudah mendekati karakteristik ideal dari setiap sinyal. Kata kunci: AM, amplituda, DSBSC, modulasi, NI ELVIS 1.

PENDAHULUAN

Pada modul ini dilakukan percobaan mengenai penenalan instrumen NI ELVIS dan prinsip dasar modulasi. Tujuan dari modul percobaan ini adalah :

2.

1.

Memahami konsep pengukuran dengan menggunakan instrumentasi NI ELVIS

2.

Memperoleh karakteristik modulasi sinyal AM dan DSBSC

STUDI PUSTAKA

2.1 MODULASI AMPLITUDA Modulasi Amplitudo (Amplitude Modulation, AM) adalah proses menumpangkan sinyal informasi ke sinyal pembawa (carrier) dengan sedemikian rupa sehingga amplitudo gelombang pembawa berubah sesuai dengan perubahan simpangan (tegangan) sinyal informasi. Pada jenis modulasi ini amplituda sinyal pembawa diubah-ubah secara proporsional terhadap amplituda sesaat sinyal pemodulasi, sedangkan frekuensinya tetap selama proses modulasi. Bentuk Sinyal Modulasi Amplitudo (AM)

Sinyal pembawa berupa gelombang sinus dengan persamaan matematisnya:

Sinyal pemodulasi, untuk memudahkan analisa, diasumsikan sebagai gelombang sinusoidal juga, dengan persamaan matematisnya: Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer – STEI ITB

1

dimana, Ec = amplituda maksimum sinyal pembawa ωc = 2π fc dengan fc adalah frekuensi sinyal pembawa Em = amplituda maksimum sinyal pemodulasi ωm = 2π fm dengan fm adalah frekuensi sinyal pemodulasi Sinyal AM, yakni sinyal hasil proses modulasi amplituda, diturunkan dari :

menjadi,

sehingga index modulasi (m) :

index modulasi merupakan ukuran seberapa dalam sinyal informasi memodulasi sinyal pembawa. Apabila index modulasi terlalu besar (m>1) maka hasil sinyal termodulasi AM akan cacat dan apabila index modulasi terlalu rendah (m<1) maka daya sinyal termodulasi tidak maksimal. Untuk menghindari keadaan overmodulasi yaitu keadaan dimana gelombang pembawa termodulasi lebih dari 100 %, maka kita harus dapat membatasi besar-kecilnya modulasi yang terjadi. Hal ini dapat diatasi dengan cara menentukan nilai index modulasi (m). Pengaruh indeks modulasi terhadap proses modulasi sinyal pembawa dapat di pahami dari gambar berikut: Pengaruh Indeks Modulasi

Kondisi index modulasi m = 1 adalah kondisi ideal, dimana proses modulasi amplituda menghasilkan output terbesar di penerima tanpa distorsi. Spektrum sinyal AM dapat digambarkan sebagai berikut:

Spektrum Sinyal AM Dari gambar diatas terlihat, modulasi amplituda memerlukan bandwidth 2x bandwidth sinyal pemodulasi (= 2fm). Daya total sinyal AM dapat dituliskan dalam persamaan matematik sebagai berikut :

Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer – STEI ITB

2

dimana Pc adalah daya sinyal pembawa.

adalah daya total sideband (LSB +USB) Dari persamaan

-persamaan tersebut di atas dapat kita diketahui bahwa lebar pita frekuensi (band width) dalam sebuah proses modulasi amplitudo (AM) adalah dua kali frekuensi sinyal informasi.

3.

HASIL DAN ANALISIS

3.1 3.1.1

PERCOBAAN 1 : INTRODUCTION TO NI ELVIS TEST EQUIPMENT NI ELVIS MULTIMETER DIGITAL DAN CATU DAYA DC

NI ELVIS menyediakan data akuisisi hasil pengukuran tegangan DC pada instrumen menjadi data digital sehingga dapat dilakukan pembacaan melalui PC. Hasil pengukuran multimeter digital untuk tegangan minimum dan maksimum terdapat pada tabel dibawah. Nilai ideal tegangan output positif adalah 0 V – 12 V sementara tegangan output negatif -12 V – 0 V sesuai skala yang tertulis pada instrumen pengukuran. Data yang diperoleh sudah menunjukkan nilai yang tepat dengan galat maksimum sebesar 5%. Hal ini dapat disebabkan oleh sinyal DC yang secara praktikal akan memiliki tegangan ripple sangat kecil walaupun secara ideal memiliki nilai konstan. Pada NI ELVIS, terdapat skala pembacaan tertentu seperti pada multimeter analog. Hal ini mengakibatkan pembacaan ‘error’ pada saat pengesetan skala yang lebih kecil dari nilai pengukuran. Parameter

Tegangan Minimum Output (V)

Tegangan Maksimum Output (V)

Output Positif

0,62 V

12,659`

Output Negatif

-103,7 m

-12,526

3.1.2 NI ELVIS OSILOSKOP Pembacaan nilai hasil pengukuran melalui osiloskop ditunjukkan pada tabel dibawah. Pembacaan nilai melalui osiloskop tidak dapat dilakukan bersamaan dengan pembacaan multimeter karena keduanya merupakan instrumen pengukuran. Tampilan virtual osiloskop NI ELVIS mirip dengan tampilan osiloskop digital, sehingga pembacaan nilai parameter langsung dapat diperoleh melalui data digital dengan mengeset source control pada osiloskop. Parameter

Nilai

Tegangan RMS (V)

1,355

Frekuensi (KHz)

2,083

Tegangan peak-to-peak (VPP)

3,720

Perioda (s)

4,8.10-4

3.1.3 NI ELVIS GENERATOR SINYAL NI ELVIS juga menyediakan pembangkit gelombang AC dengan tampilan virtual seperti generator sinyal. Nilai tegangan output hasil pengukuran ditulis pada tabel dibawah. Skala tertera pada generator adalah 0 – 5 VPP. Parameter

Nilai (VPP)

Output Minimum (V)

0


3

Output Maksimum (V)

3.2

5

PERCOBAAN 2 :INTRODUCTION TO DATEX EXPERIMENTAL ADD-IN MODULE

3.2.1 MASTER SIGNAL, SPEECH, AND AMPLIFIER MODULES Pada NI ELVIS terdapat modul-modul yang berkaitan dengan prinsip komunikasi dan telekomunikasi. Modul tersebut secara teori berbentuk blok seperti penguat, filter, dan lainnya. Master signal adalah generator sinyal AC atau osilator dengan output sinyal pada nilai frekuensi tertentu. Hasil pengukuran untuk master signal modul adalah sebagai berikut : Spesifikasi

Tegangan Output (VPP)

Frekuensi (KHz)

2 KHz Sinyal Sinus

3,822

2,083

100 KHz Sinyal Cosinus

3,95

100

100 KHz Sinyal Sinus

3,78

100

Dari hasil pengukuran, sinyal tersebut memilki nilai frekuensi yang sesuai dengan pilihan spesifikasi pada instrumen. Selain modul generator sinyal, instrumen ini memiliki speech module yang membangkitkan sinyal input dari lingkungan dan suara pengguna yang ditransmisikan sebagai salah satu proses dari sistem komunikasi. Sinyal akan memiliki frekuensi dan amplituda yang berubah tergantung input suara dari pengguna. Berikut adalah tampilan sinyal input tersebut :

Modul lain yang diujicobakan dalam percobaan ini adalah amplifier. Pada NI ELVIS nilai penguatan dapat berubah sesuai kontrol dari pengguna. Dengan variasi kontrol amplifier dan input dari master signal, hasil pengukuran ditulis pada tabel dibawah. Selain input dari master signal, sinyal input dapat berupa suara dari pengguna. Suara pengguna yang didengar melalui headphone menjadi relatif lebih keras atau lemah ketika gain kontrol diubah-ubah. Spesifikasi Control Gain Module

Tegangan Input (VPP)


Penguatan

Half-Position

3,798

12,980

3,409

Fully Anti-clockwise

3,799

619,83 m

0,163

Fully Clockwise

3,799

21,034

5,537

3.2.2 ADDER AND PHASE SHIFTER MODULES


4

Modul lain yang diujicobakan adalah modul adder yang berfungsi untuk menggabungkan beberapa sinyal. Sinyal input yang dibangkitkan dari master signal adalah sinyal sinus 2KHz. Hasil pengukuran melalui salah satu port input pada percobaan ini, yaitu input A adalah sebagai berikut : Tegangan Input (VPP)


Penguatan

Maksimum

3,671

7,718

2,102

Minimum

3,695

138,84 m

0,037

Spesifikasi Input A

Dengan memindahkan input dari port input A ke port input B, diperoleh hasil pengukuran sebagai berikut : Tegangan Input (VPP)


Penguatan

Maksimum

3,672

7,730

2,105

Minimum

3,696

138 m

0,037

Spesifikasi Input B

Nilai keluaran dengan variasi gain pada setiap port input menunjukkan nilai yang hampir sama karena memiliki sumber input yang sama. Kemudian, sinyal input dari master signal dihubungkan ke masin-masing port input A dan port input B secara bersamaan pada gain kontrol maksimum. Output menunjukkan nilai seperti pada tabel, yaitu 14, 852 VPP. Nilai ini merepresentasikan hasil penjumlahan dari setiap port input A dan input B, yaitu : 7,73 + 7,718 = 15,44 VPP. Galat yang terjadi ketika input terpisah dan digabungkan adalah 3,96%. Spesifikasi

Tegangan (VPP)

Tegangan Output Adder

14,852

Modul lain yang diujicobakan adalah phase shifter. Phase shifter digunakan untuk melakukan pergeseran fasa pada sinyal. Pada NI ELVIS, phase shift dapat diatur dengan mengubah kontrol phase adjust sehingga nilai fasa akan berubah sesuai kontrol untuk setiap phase change 0 0 dan 1800. Kontrol posisi 00 dan 1800 memperlihatkan perbedaan posisi kedua sinyal sesuai fasa tersebut. Hasil percobaan adalah sebagai berikut :

3.2.3 VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR Hasil pengukuran frekuensi awal dengan input langsung dari generator sinyal adalah sebagai berikut : Spesifikasi

Frekuensi (Hz)

Output awal Generator Sinyal

51,40

Pada percobaan selanjutnya input dimasukkan melalui port variable DC. Voltage Controlled Oscillator adalah generator sinyal dengan DC input dengan nilai yang dapat dikontrol. Pada pengukuran ini Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer – STEI ITB

5

grafik sinyal output memiliki scope DC positif sehingga akan naik ketika variable power supplies’ positive output voltage dinaikkan. Sebaliknya, scope DC negatif akan turun ketika variable power supplies’ negative output voltage dinaikkan. Spesifikasi

Frekuensi (Hz)

Output akhir Generator Sinyal

44,52 K

Berikut adalah diagram blok dari variable controlled oscillator yang merepresentasikan sistem kerja dari modul ini :

Variable Controlled Oscillator memiliki sensitivitas ketika nilai frekuensi sinyal diubah. Hal ini mengakibatkan pembacaan frekuensi yang berbeda dari pengaturan yang ditetapkan, sehingga pembacaan baru akan menunjukkan nilai yang sesuai dengan pengaturan frekuensi pada timebase sinyal tertentu. Berikut adalah pengukuran sensitivitas untuk beberapa contoh pengaturan :

3.3

Spesifikasi Generator Sinyal

Sensitivity

500 Hz Setting

540 Hz saat timebase 10 ms/div

50 KHz Setting

54,98 KHz saat timebase 200 s/div

PERCOBAAN 3 : AMPLITUDE MODULATION

3.3.1 GENERATING AM SIGNAL USING A SIMPLE MESSAGE Modulasi Amplitudo merupakan proses menumpangkan sinyal informasi ke sinyal pembawa (carrier) sehingga amplitudo gelombang pembawa berubah sesuai dengan perubahan simpangan (tegangan) sinyal informasi namun dengan frekuensi tetap selama proses modulasi. Pada proses ini sinyal yang dimodulasi memiliki frekuensi 2 KHz 1 VPP yang dibangkitkan dari master signal dengan DC offset 1,149 VPP. Kemudian sinyal ini ditumpangkan kepada sinyal carrier 100 KHz 4 VPP melalui multiplier modul sehingga menghasilkan grafik sinyal output modulasi sebagai berikut :

Dari grafik sinyal modulasi dan nilai parameter dibawahnya, sinyal ini memenuhi persamaan : AM = (1 V DC + 1 VPP 2KHz sinewave) x 4 VPP 100KHz sinewave Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer – STEI ITB

6

3.3.2 GENERATING AM SIGNAL USING SPEECH Sinyal dalam proses modulasi pada praktiknya juga memodulasi sinyal pembawa yang dibangkitkan melalui suara pengguna atau lingkungan. Berikut adalah grafik sinyal modulasi dengan sinyal pembangkit suara pengguna :

Dari grafik tersebut, grafik menunjukkan karakteristik yang sesuai dengan proses modulasi sinyal seperti pada percobaan sebelumnya dengan menggunakan sinyal dari master signal module. 3.3.3 DEPTH OF MODULATION Depth of modulation atau indeks modulasi merepresentasikan ukuran seberapa dalam sinyal informasi memodulasi sinyal pembawa. Apabila index modulasi terlalu besar (m>1) maka hasil sinyal termodulasi AM akan buruk dan apabila index modulasi terlalu rendah (m<1) maka daya sinyal termodulasi tidak maksimal. Grafik pengukuran indeks modulasi adalah sebagai berikut :

Perhitungan nilai m adalah : m =

dimana P adalah peak-to-peak maksimum dan Q adalah peak-

to-peak minimum sinyal modulasi, sehingga : P Dimension (VPP)

Q Dimension (VPP)

m

5,844

1,844

0,5029


7

Saat amplituda message signal dinaikkan dengan memutar soft G controller, diperoleh nilai indeks modulasi yang semakin besar dari 0,5029. Sehingga, semakin besar amplituda message signal, semakin besar nilai m, dan jika m mendekati nilai 1, semakin baik kualitas modulasi yang dihasilkan.

3.4

PERCOBAAN 4 : DSBSC MODULATION

3.4.1 GENERATING DSBSC SIGNAL USING A SIMPLE MESSAGE Pada sinyal modulasi DSBSC atau Double Sideband Suppressed Carrier, nilai tegangan DC offset adalah 0V sehingga nilai indeks modulasi adalah tak hingga (m>>1). Pada modulasi ini, persamaan sinyal modulasi direpresentasikan dengan : DSBSC = sinyal message x sinyal carrier = 4 VPP 2 KHz x 4 VPP 100 KHz pada percobaan ini. Grafik sinyal DSBSC dengan input dari master signal adalah sebagai berikut :

Pada kondisi ini terjadi overmodulation sehingga sinyal modulasi mengalami distorsi dan menyebabkan sinyal kualitas sinyal saat demodulasi menjadi buruk. 3.4.2 GENERATING DSBSC SIGNAL USING SPEECH Grafik sinyal DSBSC dengan input suara pengguna melalui speech modul adalah sebagai berikut :

Sinyal ini memiliki karakteristik yang sama dengan DSBSC dengan input dari master signal, dimana sinyal modulasi mengalami distorsi akibat nilai m>>1. Kondisi ini dapat diilustrasikan melalui gambar berikut ini : Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer – STEI ITB

8

3.4.3 DEPTH OF MODULATION Pada percobaan ini, nilai soft gain diubah-ubah untuk menghasilkan perbandingan P dan Q. Pada DSBSC nilai Q bersinggungan langsung dengan sumbu dan sangat kecil. Melalui perbandingan ekuivalen m =

dengan tegangan DC yang sangat kecil, maka nilai indeks modulasi pada DSBSC

adalah m>>1 sehingga memiliki karakteristik tidak ideal.

3.5

PERCOBAAN 5 : OBSERVATIONS OF AM AND DSBSC SIGNAL IN THE FREQUENCY DOMAIN

3.5.1 SETTING UP AM MODULATOR Pada percobaan ini, sinyal AM yang dibangkitkan direpresentasikan dengan : AM = (1 V DC + 1 VPP 2KHz sinewave) x 4 VPP 100KHz sinewave. Berikut blok diagram pembangkitan sinyal AM modulator ini :

Berikut sinyal modulasi amplituda yang dihasilkan sesuai spesifikasi DC offset, sinyal pembawa dari function generator, serta sinyal carrier dari master signal 100 KHz sine melalui multiplier :


9

3.5.2 SETTING UP NI ELVIS DYNAMIC SIGNAL ANALYZER Dengan setting signal analyzer seperti tercantum pada modul, diperoleh spektrum sebagai berikut :

Spektrum magnituda dari AM modulation tersebut terdiri dari tiga titik puncak dengan masingmasing puncak merupakan spektrum lower sideband, spektrum carrier, dan spektrum upper sideband pada masing-masing frekuensi yang memenuhi persamaan :

Pada modulasi ini, spesifikasi sinyal pembawa adalah 1 VPP 10 KHz dan sinyal carrier adalah 4 VPP 100 KHz. Secara teori besar amplituda sinyal spektrum lower dan upper sideband adalah Vm/2 atau dalam percobaan ini sebesar 0,5 VPP. Secara perhitungan teori : Magnituda (dB) = 20 log

= 20 log 0,5 = -6 dB.

Hasil ini cukup mendekati nilai yang ditunjukkan oleh grafik dimana puncak LSB dan USB mendekati titik -6 dB. Laporan Praktikum - Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer – STEI ITB

1 0

3.5.3 SPECTRUM ANALYSIS OF AN AM SIGNAL Parameter

Nilai Pengukuran (Hz)

Nilai Ideal (Hz)

LSB Frekuensi

89600

90000

Carrier Frekuensi

106060

100000

USB Frekuensi

109840

110000

Bandwidth

20075

20000

Secara teori besar nilai frekuensi LSB = fc – fm, frekuensi USB = fc + fm, frekuensi carrier = fc. Nilai parameter pengukuran tersebut tercantum pada tabel dan sudah mendekati nilai idealnya. Galat yang terjadi dapat disebabkan oleh sinyal lain dari lingkungan yang masuk ke dalam sistem dan mengganggu proses modulasi. Spesifikasi

Nilai (Hz)

Bandwidht Saat f = 20 KHz

19950

Bandwidth Saat f = 30 KHz

19894

Pada variasi frekuensi generator sinyal dinaikkan, bandwidth dari sinyal modulasi akan semakin kecil dari nilai idealnya. Nilai ini ditunjukkan oleh tabel saat frekuensi dinaikkan. 3.5.4 SETTING UP DSBSC MODULATOR Pada percobaan ini, sinyal DSBSC yang dibangkitkan direpresentasikan dengan : DSBSC = (1 VPP 2KHz sinewave) x 4 VPP 100KHz sinewave (DC offset 0V). Berikut blok diagram pembangkitan sinyal DSBSC modulator ini :

Pada percobaan ini, spektrum sinyal memiliki dua puncak yang bersesuaian dengan puncak LSB dan MSB masing-masing. Spektrum sinyal mengalami distorsi yang menyebabkan spektrum puncak sinyal carrier menghilang. Hal ini disebabkan oleh nilai offset DC yang bernilai 0 V pada percobaan DSBSC.


11

3.5.5 SPECTRUM ANALYSYS OF AN DSBSC SIGNAL Parameter

Nilai (Hz)

Nilai Ideal (Hz)

LSB Frekuensi

89772

90000

USB Frekuensi

110227

11000

Bandwidth

20455

20000

Nilai bandwidth dari DSBSC spektrum adalah frekuensi USB – frekuensi LSB = 2B. Hasil pengukuran menunjukkan bandwidth sebesar 110227 – 89772 = 20455 Hz. Nilai ini sudah mendekati nilai bandwidth teoritis sebesar 20000 Hz. Dari grafik dapat diperoleh nilai bandwidth yang merupakan dua kali nilai frekuensi sinyal pembawa.

4.

5.

KESIMPULAN



Pengukuran dengan menggunakan NI ELVIS sangat memudahkan pembacaan data. Hal ini disebabkan oleh data digital yang langsung diakuisisi ke PC melalui instrumen NI ELVIS. Pengukuran dapat diset secara manual melalui instrumen atau melalui tampilan virtual instrumen pada PC. Pengukuran menunjukkan nilai yang sudah sangat mendekati spesifikasi percobaan.



Pada modulasi sinyal, spektrum AM memiliki tiga puncak yang terdiri dari puncak left sideband, puncak carrier, dan puncak upper sideband. Puncak sideband memiliki amplituda maksimum sebesar Vm/2 dan identik satu sama lain dalam membawa informasi. Pada modulasi DSBSC, spektrum memiliki dua puncak yang merupakan left sideband dan uppersideband. Pada modulasi ini, sinyal carrier hilang yang diakibatkan oleh tidak adanya DC offset pada sinyal modulasi sehingga sinyal mengalami distorsi. Pada spektrum modulasi, frekuensi LSB = frekuensi carrier – frekuensi sinyal pembawa, sementara frekuensi USB = frekuensi carrier + frekuensi sinyal pembawa. Besar bandwidth adalah dua kali dari frekuensi sinyal pembawa.

DAFTAR PUSTAKA

1.

http://bowoschcnc.blogspot.com/p/servo-cnc-dan-pid.html tanggal 15/10/2013 diakses pada 11-Feb-2014 jam 20.00 WIB

2.

Duncan, Barry. 2007 . Emona DATex Lab Manual. Emona Instrument Pty Ltd.

3. Haykin, Simon. 2009. Communication Systems. 5th Ed. John Wiley& Sons, Inc.


12

EL3216!01!13211009_Iman Manarul Arifin

Recommend Documents