MODUL 5 PRAKTIKUM SISTEM KOMUNIKASI Ngakan Putu Ariastu Krisnadi Rata (13214137) Asisten: Josep David S (13213040) Tanggal Percobaan: 17/04/2017 EL3216-Praktikum Sistem Komunikasi
Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Pada Modul ini akan dilakukan percobaan yang merupakan modulasi sinyal digital. Pada percobaan akan dilakukan percobaan untuk 3 jenis modulasi sinyal digital yakni Frequency Shift Keying (FSK), Binary Phase Shift Keying (BPSK), dan Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). Pada percobaan berikut akan dibahas mengenai pembangkitan dan demodulasinya. 1.
S TUDI PUSTAKA
Berikut adalah daftar pustaka untuk percobaan ini. 1.1
NI ELVIS TRADITIONAL
NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite (NI ELVIS) modular platform adalah perangkat lunak yang dapat menjalankan perangkat-perangkat keras penting yang biasa digunakan di laboratium. Software ini didukung dengan perangkat keras yang sudah terintegrasi. Selain itu, Ni Elvis dapat pula mengukur dengan tepat dari input-input yang diberikan selayaknya perangkat-perangkat keras yang digunakan biasanya. Aplikasi pengukuran yang dapat digunakan ialah digital multimeter, power supply, osiloskop, generator sinyal, digital analyzer dsb. Pada praktikum ini praktikan menggunakan Ni Elvis untuk mengukur dat-data yang terjadi pada Ni Data Acquisition yang kita gunalan sebagai perangkat kita ukur. NI Data Acquisition dihubungkan dengan komputer menggunakan USB dan digunakan sebagai input untuk NI Elvis.
1.2
DATEX EXPERIMENTAL ADD-IN MODULE
The Emona DATEx experimental add-in module berfungsi sebagai penolong untuk mempelajari komunikasi dan prinsip telekomunikasi. The Emona DATEx experimental add-in module adalah sebuah “diagram blok” dalam “dunia nyata” yang dapat diubah-ubah diubah -ubah sebagaimana yang kita pelajari pada kasuskasus yang ditemukan didalam kelas. Diagram blok digunakan sebagai penjelas operasi dari sistem elektronik tanpa menjelaskan scara detail bagaimana blok tersebut dapat bekerja. Setiap blok dalam diagram blok tersebut representasikan sebuah circuit yang bekerja terhadap sebuah tugas. Pada The Emona DATEx experimental add-in module ini beberapa blok tersebut sudah tersedia dan dapat dihubungkan dengan kabel- kabel BNC banana dan dapat diukur hasilnya menggunakan Ni Elvis.
1.3
FREQUENCY SHIFT K EYING EYING (FSK)
FSK adalah salah satu bentuk modulasi passband sinyal digital dengan mentransmisikan informasi digital melalui perubahan frekuensi sinyal carrier secara diskrit. Bentuk sinyal FSK paling sederhana adalah Binary FSK (BFSK) yang menggunakan sepasang frekuensi diskrit u ntuk mentransmisikan informasi biner (0 dan 1). Bentuk sinyal ini dapat diilustrasikan pada gambar di bawah. Terlihat bahwa untuk nilai data yang berbeda, modulasi carrier menghasilkan sinyal dengan frekuensi yang berbeda pula.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
1
Gambar 1-1 Frequency Shift Keying
1.4 BINARY PHASE SHIFT K EYING (BPSK) PSK adalah salah satu bentuk modulasi passband sinyal digital dengan mentransmisikan informasi digital melalui perubahan fase sinyal carrier secara diskrit. Bentuk sinyal PSK paling sederhana adalah Binary PSK (BPSK) yang menggunakan sepasang sinyal dengan fase yang berbeda 180° untuk mentransmisikan informasi biner (0 dan 1). Bentuk sinyal ini dapat diilustrasikan pada gambar di bawah. Terlihat bahwa untuk nilai data yang berbeda, modulasi carrier menghasilkan sinyal dengan fase yang berbeda pula.
Gambar 1-2 Binary Phase Shift Keying
1.5 QUADRATURE PHASE SHIFT K EYING (QPSK) QPSK merupakan bentuk lain dari PSK yang menggunakan dua buah sinyal yang ortogonal (dalam hal ini berbeda 90°) beserta dua buah sinyal lain yang berbeda 180° dari dua sinyal sebelumnya. Dengan demikian digunakan empat sinyal untuk mentransmisikan informasi digital dalam bentuk simbol (00, 01, 10, dan 11). Sinyal QPSK dan pemetaan sinyal pesan ke QPSK ditunjukkan pada gambar di bawah.
Gambar 1-3 Quadrature Phase Shift Keying Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
2
2.
H ASIL DAN A NALISIS
Berikut adalah hasil dari percobaan yang dilakukan pada modul 5. 2.1
Bandwidth Limiting and Restoring Digital Signals
Mengantur switch control signals Pada percobaan ini akan dihasilkan sinyal yang akan dikirimkan sebagai data. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-1 Invert dari sinyal masukan
Sinyal akan dikomaparasikan dengan suatu tegangan 2 volt DC sehingga akan dihasilkan tegangan high (5V) akan dihasilkan tegangan output low. Untuk tegangan input low maka akan dihasilkan tegangan output high. Atau dengan kata lain akan didapatkan hasil invert dari sinyal input. Didapatkan output sudah sesuai dan benar merupakan invert dari input.
Mengimplementasikan metode switching pada metode FSK Pada bagian ini akan dicoba untuk dibangkitkan FSK dengan metode switching. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-2 Hasil Frequency shift keying Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
3
Dilihat bentuk sinyal setelah modulasi FSK dapat dibangkitkan dengan baik. Terlihat akan ada dua frekuensi sinyal yang dihasilkan yakni pada saat input tegangan High dan input tegangan low. Dengan input high akan memiliki frekuensi yang lenih renggang dan input low akan menghasilkan frekuensi yang lebih tinggi. Komposisi Spektrum sinyal FSK Pada percobaan ini akan dilihat spektrum frekuensi dari sinyal modulasi FSK. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-3 Sinyal FSK dalam domain frekuensi
Terlihat pada bagian menculang paling tinggi adalah frekuensi utama dari hasil FSK yakni bernilai 2kHz dan 4 kHz. Frekuensi ini juga merupakan 2 frekuensi yang merupakan variasi saat high dan low pada pembahsan sebelumnya. Dari hasil dilihat bahwa komposisi ini tidak hanya terbentuk dari sinyal dengan frekuensi 2kHz dan 4kHz saja. Namun juga menyebar di frekuensi lainnya. Artinya sinyal ini terbentuk juga dari komposisi sinyal pada frekuensi lainnya. Namun karena frekuensi 2kHz dan 4kHz lebih dominan maka yang terlihat pada domain waktu adalah sinyal yang terlihat pada gambar sebelumnya. Demodulasi FSK dengan demodulator dan envelope detector Untuk demodulasi sinyal dengan metode ini, maka awalnya sinyal akan di filter terlebih dahulu. Didapatkan hasil sebagai berikut
Gambar 2-4 Hasil filter sinyal FSK Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
4
Didapatkan ada komponen frekuensi yang hilang akibat filtering. Sinyal ini akan digunakan pada envelope detector. Namun karena bagian negatif tidak digunakan maka bagian negatif akan dihilangkan dengan rectifier. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2- 5 Sinyal hasil filter yang dilewatkan pada rectifier
Didapatkankan hasil sinyal yang terpotong bagian negatifnya. Terlihat sinyal yang dihasilkan akan memberikan pulse untuk sinyal dengan logika high dan sinyal yang diam untuk logika low.
2.2
Binary Phase Shift Keying
Menghasilkan Sinyal BPSK Pada bagian ini akan dibangkitkan sinyal BPSK terlebih dahulu. Didapatkan hasil pembangkitan sinyal BPSK sebagai berikut.
Gambar 2-6 Hasil Binary phase shift keying
Terlihat pada bagian yang diberi tanda pada modulasi dengan BPSK ini akan adanya perubahan fasa sebesar 180 derajat ketika terjadi perubahan logika input. Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
5
Demodulasi BPSK dengan product detector Untuk demodulasi BPSK ini dapat dengan menggunakan product comparator. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-7 Hasil demodulasi BPSK
Didapatkan sinyal hasil demodulasi yang memiliki bentuk yang hampir sama dengan sinyal message yang dikirimkan. Terlihat masih ada bagian yang osilasi pada bagian awal setelah adanya perubahan logika. Sinyal yang didapatkan juga memiliki sedikit perbedaan fasa dengan sinyal asli nya. Memulihkan sinyal yang diperoleh dnegan comparator. Pada bagian ini akan dilakukan proses untuk menghilangkan bagian yang masih tidak sesuai seperti bagian osilasi dari sinyal. Maka akan digunakan comparator dan didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-8 Hasil perbaikan sinyal demodulasi BPSK
Didapatkan sinyal yang sangat mirip dengan sinyal aslinya walau dengan sedikit pergeseran fasa. Dengan menggunakan comparator ini terlihat bahwa bagian osilasi sinyal seperti pada hasil demodulasi sebelumnya dapat dihilangkan.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
6
Pengaruh Noise pada sinyal BPSK Kemudian akan dicoba dengan simulasi BPSK dengan channel yang ada noise nya. Percobaan ini akan disimulasikan dengan noise -20db, -6 dB dan 0dB. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-9 Hasil demodulasi dengan noise -20dB -6dB dan 0dB (urut)
Pada gambar adalah sinyal hasil demodulasi dan komparasi yang dihasilkan dengan noise -20dB, -6dB dan 0dB. Terlihat hasil masih sangat baik. Hal ini karena pada BPSK, digunakan perubahan fasa untuk memodulasikan sinyal sehingga pengaruh noise additif tidak berpengaruh. 2.3
Quadrature Phase Shift Keying
Membuat sinyal QPSK
Pada percobaan ini akan dilakukan percobaan dengan sinyal modulasi QPSK. Untuk itu dibangkitkan sinyal QPSK. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-10 Bit ganjil dan Bit genap Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
7
Pada awalnya akan dibangktkan dahulu sinyal yang merepresentasikan data yakni sbit ganjil dan genap. Kedua nya akan dikirmkan secara terpisah yakni sebagai quadrature dan inphase. Didapatkan sinyal seperti diatas. Kemudian sinyal akan diubah menjadi sinyal PSK dengan mengalikannya dengan sinyal sinusoid, didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-11 PSK dari sinyal quadrature dan inphase
Didapatkan hasil PSK ganjil dan genap yang baik. Terlhat pada bagian yang dberi tanda,terjadi perubahan fasa 190 derajat setiap adanya perubahan logika. Kemduian untuk mendapatkan si nyal QPSK kedua sinyal ini akan ditambahkan. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-12 Hasil penjulahan PSK quadrature dan inphase
Terlihat sinyal yang dihasilkan dari hasil penjumlahan sinyap PSK dari bit ganjil dan genap. Untuk melihat lebih detail, timebase osiloskop dapat dperkecil untuk melihat bagian perubahan fasa 180 derajat.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
8
Pengamatan Bandwidth QPSK pada domain frekuensi Pada percobaan ini akan dilihat sinyal QPSL quadrature dan inphase nya dalam domain frekuensi. Didapatkan hasil sebagai berikut
Gambar 2-13 QPSK quadrate dan inphase pada domain frekuensi
Didapatkan hasil seperti diatas. Dilihat kedua sinyal memiliki bandwidth yang hampir sama dengan pusat frekuensi dominan berada pada frekuensi carrier 100kHZ dan menyebar pada frekuensi lainnya. Pada QPSK dapat disimpulkan berarti, untuk 2 stream data bit disimpan pada bandwidth yang sama sehingga data rate kebih tinggi untuk bandwidth yang sama.
Penggunaan Phase Discrimination untuk mengambil sinyal BPSK pada QPSK Pada bagian ini akan dilakukan percobaan untuk demodulasi sinyal QPSK. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-14 Hasil demodulasi bit ganjil
Didapatkan hasil demodulasi sinyal bit ganjil seperti pada gambar. Sinyal ini kemudian akan diliewatkan pada comparator untuk memulihkan bentuk sinyal ini.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
9
Gambar 2-15 Hasil comparator dari sinyal hasil demodulasi
Didapatkan hasil sinyal yang dipulihkan dengan baik. Kemudian sinyal ini akan dilewatkan pada phase shifter 180 derajat. Didapatkan hasil sebagai berikut.
Gambar 2-16 Hasil shifting 180 derajat
Didapatkan sinyal yang memiliki logic terbalik dari data aslinya. Karena digeser sebanyak 180 derajat. Dapat dilihat sinyal yang didapatkan sudah cukup baik.
3.
K ESIMPULAN
Berikut adalah hasil dari percobaan modul 5 ini. 1.
Untuk modulasi pada sinyal figital dapat digunakan metode FSK, PSK dan QPSK
2.
FSK adalah modulasi dengan menggunakan variasi frekuensi untuk merepresentasikan data yang dikirimkan.
3.
PSK dan QPSK adalah modulasi yang merepresentasikan data dengan perubahan fasa pada sinyal nya
4.
QPSK adalah modulasi PSK dengan bit data terpisah menjadi 2 bagian yakni quadrature dan inphase. Quadrature dan inphase terpisah sejauh 90 derajat/
5.
QPSK memliki data rate yang lebih tinggi untuk bandwidth yang sama Karena sinyal yang dikirimkan pada QPSK terdiri dari 2 sinyal untuk bandwidth yang sama.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
1 0
D AFTAR PUSTAKA [1]
Haykin, Simon. 2009. Communication Systems . 5th Ed. John Wiley&Sons, Inc.
[2]
Husni, Emir Mauladi dan Yulyan Wahyu Hadi. Modul Praktikum Sistem Komunikasi. Penerbit ITB, Bandung, 2017
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
1 1
