MODULASI GELOMBANG Diajukan dalam Rangka Pemenuhan Tugas Mata Kuliah Gelombang Semester Ganjil
MAKALAH
Dosen Pengampu : Rif’ati Dina Handayani, S.Pd, M,Si
Penyusun: Khosida Afkarina R
(140210102050)
Lupita Rahayu
(140210102012)
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS JEMBER JEMBER 2015 i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan rahmat, inayah, taufik dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Penulisan makalah ini digunakan untuk memenuhi salah satu tugas mata pelajaran Gelombang. Oleh karena itu, kami mengucapkan rasa terima kasih kepada Ibu Rif‟ati selaku dosen pengajar mata kuliah gelombang yang telah mendukung dan bekerja sama yang baik. Terlepas dari semua itu, kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan makalah ini. Oleh kerena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini. Harapan kami semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga kami dapat memperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.
Jember, 28 November 2015
Penyusun
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .....................................................................................
i
DAFTAR ISI ....................................................................................................
ii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ..............................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ........................................... …………………..
2
1.3 Tujuan Penulisan ...........................................................................
2
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Modulasi Gelombang…………………… ....................................
3
2.2 Double Side Band .........................................................................
6
2.3 Modulasi Amplitudo .....................................................................
11
2.4 Single Side Band ..........................................................................
24
2.5 Modulasi Frekuensi .......................................................................
26
2.6 Modulasi Pulsa ..............................................................................
40
2.7 Aplikasi Modulasi Gelombang .....................................................
41
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan………………………………………………………..
44
3.2 Saran ………………………………………………………………
44
DAFTAR PUSTAKA
ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikannya suatu sinyal yang mampu membawa suatu informasi . Dalam teknik komunikasi, gelombang atau sinyal pita dasar (base band) dikirimkan dengan memodulasi gelombang pembawa yang berfrekuensi tinggi. Sinyal pita dasar ini disebut gelombang modulasi. Dalam kehidupan sehari–hari tentunya kita mengenal radio. Radio merupakan salah satu media komunikasi yang banyak dimanfaatkan oleh manusia. Pada radio, sinyal yang menumpang adalah sinyal suara, sedangkan yang ditumpangi adalah sinyal radio yang disebut sinyal pembawa (carrier). Teknik modulasi yang sering dipakai pada sinyal radio adalah FM dan AM. Pada saat mendengarkan radio, apabila kita ingin mendengarkan suatu siaran tertentu, maka kita akan mencari frekuensi yang menyiarkannya, misalnya 92,0 MHz. Frekuensi ini merupakan titik tengah band frekuensi yang ditempati oleh sistem komunikasi yang selanjutnya beroperasi. Gelombang pada frekuensi ini merambat melalui atmosfer dan ditangkap oleh pesawat radio yang kita gunakan. Akan tetapi suara siaran/penyiar berada pada wilayah 20─20.000 Hz, sehingga bunyinya tidak akan terdengar. Oleh karena itu, perlu memodulasi gelombang bunyi dengan pemodulasi (carrier) yang frekuensinya lebih tinggi dari medium yang digunakan. Sinyal carrier biasanya ditentukan pada satu frekuensi saja. Di Indonesia, alokasi frekuensi sinyal carrier untuk siaran FM ditetapkan pada frekuensi 87,5 MHz - 108 MHz dan untuk siaran AM ditetapkan pada 530 kHz – 1600 kHz. Pada pemancar radio dengan teknik AM, amplitudo gelombang carrier akan diubah seiring dengan perubahan sinyal informasi (suara) yang dimasukkan. Frekuensi gelombang carrier-nya relatif tetap. Kemudian, sinyal dilewatkan ke RF (Radio Frequency) Amplifier untuk dikuatkan agar bisa dikirim ke jarak yang jauh. Metode modulasi pertama kali digunakan hampir secara menyeluruh pada transmisi radio dalam AM (amplitude modulation) dan FM (frequency modulation). Kemudian diketahui bahwa jalur komunikasi memiliki bandwidth yang lebih besar 1
daripada yang diperlukan untuk pembicaraan. Oleh sebab itu, banyak pembicaraan telepon dapat dikirimkan secara bersama-sama dalam sebuah jalur telepon dengan mengubah frekuensi sedemikian rupa sehingga beberapa channel bunyi dapat dibungkus menjadi satu bandwidth yang lebih lebar. Dalam kasus ini juga digunakan modulasi DSB (double side band).
1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dalam penulisan makalah ini adalah sebagai berikut. 1) Apakah itu modulasi gelombang? 2) Bagaimanakah DSB dalam daerah waktu dan frekuensi, lebar pita transmisi, dan demodulasi? 3) Bagaimana Modulasi Amplitudo? 4) Apakah yang dimaksud Single Side Band? 5) Bagaimana dua jenis modulasi sudut pada Modulasi Frekuensi (FM)? 6) Apakah yang dimaksud Modulasi Pulsa? 7) Bagaimana aplikasi dari modulasi gelombang?
1.3 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut. 1) Mendeskripsikan pengertian modulasi gelombang. 2) Menjelaskan DSB dalam daerah waktu dan frekuensi, lebar pita transmisi, dan demodulasi. 3) Menjelaskan modulasi amplitudo. 4) Mendeskripsikan pengertian Single Side Band. 5) Menjelaskan dua jenis modulasi sudut pada Modulasi Frekuensi (FM). 6) Mendeskripsikan pengertian modulasi pulsa. 7) Mengetahui aplikasi dari modulasi gelombang.
2
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Modulasi Gelombang Modulasi adalah proses perubahan suatu jenis gelombang yang memiliki frekuensi gelombang yang besar dengan permukaan gelombang yang bersifat periodik yang disebut sebagai gelombang carrier, karena adanya sinyal modulasi yang berisi yang berisi informasi untuk ditransmisikan. Pada proses modulasi muka gelombang yang periodic adalah amplitudo, phase, dan frekuensi. Modulasi dalam bidang telekomunikasi merupakan proses penyampaian sinyal pesan. Alat yang digunakan untuk proses modulasi disebut sebagai modulator dan proses yang berfungsi untuk mengembalikan proses modulasi ke dalam sinyal awal disebut demodulator. Modulasi adalah proses merubah parameter sinyal carrier (sinyal pembawa) menggunakan sinyal informasi. Parameter sinyal carrier berupa amplitudo, frekuensi, dan phase. Memodulasi berarti mengatur atau menyetel. Dalam telekomunikasi tepatnya berarti mengatur suatu parameter dari suatu pembawa (carrier) frekuensi tinggi dengan pertolongan sinyal informasi yang memiliki frekuensi rendah. Keperluan akan modulasi mula-mula timbul dalam transmisi radio dari sinyal-sinyal frekuensi rendah (misalnya frekuensi audio). Pada sistem komunikasi ada dua teknik modulasi yaitu modulasi digital dan modulasi analog. Modulasi analog terdiri dari tiga macam yaitu AM (Amplitudo Modulation), FM (Frequency Modulation), dan PM (Phase Modulation). Berdasarkan parameter sinyal yang diubah-ubah, modulasi dapat dibedakan menjadi beberapa jenis: a. Modulasi amplitudo (AM, Amplitudo Modulation) Pada modulasi amplitudo, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah amplitudo sinyal pembawa. Besarnya amplitudo sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi.
3
b. Modulasi frekuensi (FM, Frequency Modulation) Pada modulasi frekuensi, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah frekuensi sinyal pembawa. Besarnya frekuensi sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi. c. Modulasi Fasa (PM, Phase Modulation) Pada modulasi fasa, sinyal pemodulasi atau sinyal informasi mengubah-ubah fasa sinyal pembawa. Besarnya fasa sinyal pembawa akan berbanding lurus dengan amplitudo sinyal pemodulasi. Tujuan dari modulasi adalah untuk memindahkan posisi spektrum dari sinyal data, dari pita spektrum yang rendah (base band) ke pita spektrum yang jauh lebih tinggi (band pass). Hal ini dilakukan pada transmisi data tanpa kabel (dengan antena), yang mana dengan membesarnya frekuensi data yang dikirim, maka dimensi antena yang digunakan akan mengecil. Contoh : data 1 berfrekuensi
, data 2 berfrekuensi . Dengan contoh tersebut,
transmisi data 1 menjadi problematic, sedangkan data 2 lebih mudah untuk ditransmisikan. Kegunaan lain dari modulasi adalah, dengannya dimungkinkan proses pengiriman data atau informasi melalui suatu media yang sama secara bersamaan. Proses modulasi terjadi dengan melakukan variasi pada salah satu besaran karakteristik dari sinyal pembawa (yang berfrekuensi tinggi) seirama dengan sinyal data (yang berfrekuensi rendah). Sinyal pembawa yang telah dimodulasikan ini di sebut sinyal termodulasi. Sinyal data disebut juga sinyal pemodulasi. Alat, di mana proses modulasi ini terjadi, disebut juga modulator. Keuntungan utama yang diperoleh dari teknik modulasi antara lain adalah: a. Memungkinkan
pengiriman
sinyal
lemah
dengan
“membonceng”
gelombang pembawa yang berdaya tinggi b. Reduksi ukuran antenna karena pengiriman sinyal dilaksanakan melalui gelombang pembawa yang memiliki frekuensi tinggi ( pendek) c. Memungkinkan pengaturan dan alokasi daerah frekuensi terpisah bagi penyaluran sejumlah sinyal secara serempak melalui medium yang sama 4
d. Memungkinkan pergeseran frekuensi sinyal kepada daerah frekuensi yang lebih mudah diolah oleh peralatan yang tersedia. Teknik modulasi juga bermanfaat dalam pengukuran atau eksperimen ilmiah, terutama : a. Peningkatan perbandingan S/N (signal to noise ratio) dengan jalan menghindari daerah frekuensi yang berbising atau memberikan sensitivitas yang lebih tinggi kepada sistem deteksi yang bersangkutan b. Memungkinkan konversi kawasan (domain) data, misalnya antara data analog dengan digital, antara tegangan dengan frekuensi listrik Teknik modulasi ada 2 yaitu analog dan digital. 1. Modulasi Digital Modulasi digital berfungsi untuk mengirim bit sinyal yang tidak bisa dikirim melalui sinyal analog. Contoh dari modulasi digital adalah jaringan publikasi telpon yang berada pada rentang 300 dan 3400 Hz atau melebihi pita frekuensi dengan menggunakan jaringan. Modulasi digital merupakan perubahan karakteristik gelombang pembawa yang berbentuk pulsa diolah secara diskrit. Teknik digital terbagi atas: a.
Modulasi kode pulsa (PCM)
b. Modulasi kode pulsa differensial (DPCM) c.
Modulasi delta (DM)
2. Modulasi Analog Modulasi analog adalah modulasi gelombang yang berfungsi mengirim data berupa pita analog seperti sinyal audio, sinyal TV yang biasanya memiliki frekuensi rendah atau berada pada daerah frekuensi radio. Teknik analog dapat dibagi atas: a. Gelombang
pembawa
berupa
gelombang
wave=CW) atau gelombang harmonis murni 1. modulasi linier(DSB,AM,SSB,VSB) 2. modulasi sudut(FM,PM) b. Gelombang pembawa berupa pulsa 1. modulasi amplitudo pulsa(PAM) 2. modulasi lebar pulsa (PDM) 3. modulasi posisi pulsa (PPM) 5
kontinu
(continous
2.2 Modulasi DSB (Double Side band) 2.2.1 DSB dalam daerah waktu dan frekuensi Gelombang pembawa kontinyu secara umum memiliki bentuk sinusoida yang dinyatakan dalam fungsi berikut :
p (t ) po cos(wpt ) Andai gelombang modulasi juga sinusoidal
m (t ) mo cos(wm t ) Hasil modulasi DSB nya (modulasi amplitudo)
DSB (t ) po mo (t ) cos(w p t ) po mo cos( wm t ) cos( w p t )
DSB (t ) po mo cos(w p wm )t cos(w p wm )t 1 2
Hasil modulasi merupakan operasi perkalian disebut dengan “mixing” atau “heterodiyming”, dan hasilnya berupa 2 komponen sisi samping (side bands) masing-masing dengan frekuensi (wp – wm) dan (wp + wm) Dengan transformasi fourier diperoleh representasi dalam domain frekuensi:
(v v
g p ( w) po ( w w p ) ( w w p ) 1 po 2
p
) (v v p )
g m ( w) mo ( w w p ) ( w w p )
1 mo (v v m ) (v v m ) 2
g DSB ( w) po mo ( w w p wm ) ( w w p wm ) 2 ( w w p wm ) ( w w p wm )
Disini terlihat bahwa akibat modulasi terjadi translasi sejauh ± wp dari wm menjadi wc ± wm dari w. 6
Dalam kasus rill, m (t ) tidak bersifat monokromatis sehingga secara umum hasil modulasi ditulis:
DSB (t ) pomo (t ) cos(wpt ) untuk m (t ) dengan transformasi Fourier dapat ditulis sebagai berikut:
m (t )
1 1 g m ( w1 ) iw t dw1 2
maka spektrum gel DSB dapat ditentukan yaitu :
1 1 i ( w ' w p w ) t i ( w ' w p w ) g DSB ( w( po dw' g m ( w' ) e e 2 2
1 g DSB ( w( po g m ( w w p ) g m ( w w p ) 2
Dengan demikian hubungan TF umum untuk modulasi DSB adalah :
(t ) m (t ) cos(w p t )
1 g m (w w p ) g m (w w p ) 2
Bila m (t ) g m (w) . Secara grafik dapat dilihat:
m (t )
gm(w)
m (t )
gm(w)
t O
-w m
p (t )
w m
w
gp (t)
t w
-wp
2
wp
wp 7
DSB (t )
gDSB (t)
t w
-wp-wm-wp -wp+wm wp-wm domain t
wp wp+wm
domain frekuensi (w)
Dari gambar terlihat akibat modulasi itu berupa translasi daerah frekuensi pada gelombang modulasi sejauh ± wp dan memperlebar pita menjadi 2 kali semula, namun mereduksi amplitudo dengan faktor ½. Untuk lebih jelas lihat gambar berikut:
g m
gm
1 / 2 p0 g m
g p
p
LSB
0 m
0
e
m
p p m Spektrum sinyal (domain frek)
p m – ωc – ωm
Spektrum gel DSB (domain frek
gDSB (ω)
0 Lebar pita gelombang DSB = dua kali ωc Lebar pita gelombang modulasi – ωc
LSB = Lower Side Band USB = Upper Side Band
2.2.2 Lebar Pita Transmisi dengan rata-rata Lebar Pita Transmisi
gc (ω)
Lebar pita (bandwidth) transmisi B untuk gelombang Double Side 0 Band (DSB) dari gambar: ωm
B 2 m
B 2Dm Hz
→
Daya rata-rata yang diteruskan (N) berbanding lurus dengan:
8
– ωm USB
T
1 N lim T T
2
t
T
2
dt
2
Substitusikan t di atas: T
1 2 2 2 N lim p m t cos 2 p t dt T T T 2
T T 2 2 1 p 2 2 2 N lim t dt t cos 2 t dt m p m T T 2 T T 2 2
Untuk p m , dan m frekuensi max gelombang modulasi, maka: T
1 2 2 lim m t cos 2 p t dt 0 , sehingga: T T T 2
N T N p N m , daya rata-rata gelombang transmisi untuk DSB: T
1 2 2 1 2 N p lim m cos 2 p t dt p0 T T 2 T 2
T
1 2 2 1 2 N lim m0 cos 2 m t dt m0 T T 2 T 2
1 2 2 N T p0 m0 jika m satu harga. 4 2.2.3 Demodulasi Demodulasi merupakan proses ekstraksi atau penguraian kembali informasi asli melalui sinyal dari gelombang pembawa atau pemisahan. Demodulasi dapat dikatakan sebagai usaha untuk memperoleh kembali sinyal m t dari DSB t . Demodulasi merupakan perangkat yang digunakan untuk mengembalikan informasi dari gelombang pembawa, demodulator ini secara tradisional digunakan sebagai penghubung dengan 9
penerima audio. Bentuk lain dari modulator adalah modem yang merupakan perangkat untuk proses modulasi dan demodulasi. Untuk memisahkan gelombang dilaksanakan m t dari DSB t terdapat 2 teknik pemisahan, yaitu: 1. Multiplikasi dengan osilator lokal yang singkron yang gelombang pembawa (mixing), misalnya dengan 2 cos p t . Hasil operasinya:
t DSB t 2 cos p t p0 m t cos p t 2 cos p t p0 m t cm t cos2 p t
t p m t cm t cos2 p t 0
Jika spektrum m t adalah g m , maka spektrum t dapat diungkapkan sebagai:
1 g p0 g m p0 g m 2 p g m 2 p 2
Dari operasi mixing dihasilkan komponen pita dasar yang terpisah dari komponen lainnya.
p g m 0
1/2 p0 g m
2 p
2
m
1/2 p0 g m 2 p
p
m
0
2 p m
2 p m
2 p
Pemisahan komponen sinyal dari komponen lain dengan operasi campuran 10
2. Operasi penapisan. Karena m p , maka pita sinyal dapat dipisahkan dengan penapis lolos rendah dengan lebar pita yang memenuhi hubungan:
m B 2 p m Kelemahan demodulasi DSB : Sulit mencari osilator lokal yang singkron dengan gelombang pembawa. Hal ini di atas dengan modulasi amplitudo (AM). 2.3 Modulasi Amplitudo Modulasi merupakan proses perubahan karakteristik atau besaran gelombang pembawa, menurut pola gelombang modulasinya. Apabila besaran yang diubah dari gelombang pembawa tersebut adalah amplitudonya, maka modulasi seperti ini disebut dengan modulasi amplitudo (Amplitude modulation/AM), sedangkan besaran yang diubah dari gelombang pembawa tersebut adalah fase, sehingga modulasi seperti ini disebut dengan modulasi fase. Salah satu bagian dari modulasi fase adalah modulasi frekuensi. Amplitudo Modulation (AM) adalah modulasi yang paling sederhana. Gelombang pembawa (carrier wave) diubah amplitudonya sesuai dengan signal informasi yang akan dikirimkan. Modulasi ini disebut juga linear modulation, artinya bahwa pergeseran frekuensinya bersifat linier mengikuti signal informasi yang akan ditransmisikan. 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 amplitudo sinyal pembawa diubah-ubah secara proporsional terhadap amplituda sesaat sinyal pemodulasi, sedangkan frekuensinya tetap selama proses modulasi. Penerima AM : Antena
Penguat
Mixer
Penguat
RF
IF OSC 11
Detektor
Penguat Audio
Fungsi masing-masing blok : Antena : sebagai penangkap getaran/sinyal yang membawa dan berisikan informasi yang dipancarkan oleh pemancar. Penguat RF : berfungsi untuk menguatkan daya RF ( Radio Frequency/ Frekuensi tinggi) yang berisi informasi sebagai hasil modulasi pemancar asal. Setelah diperkuat, geteran RF dicatukan ke mixer. Mixer (pencampur) : berfungsi mencampurkan getaran/sinyal RF dengan Frekuensi Osilator Lokal, sehingga diperoleh frekuensi intermediet (IF/Intermediate Frequency). Penguat IF : digunakan untuk menguatkan Frekuensi Intermediet (IF) sebelum diteruskan ke blok detektor. IF merupakan hasil dari pencampuran getaran/sinyal antara RF dengan Osilator Lokal. Detektor : digunakan untuk mengubah frekuensi IF menjadi frekuensi informasi. Degan cara ini, unit detektor
memisahkan antara getaran/sinyal pembawa RF dengan getaran
informasi . Penguat AF : digunakan untuk menyearahkan getaran/ sinyal AF serta meningkatkan level sinyal audio dan kemudian diteruskan penguat AF ke suatu pengeras suara. Speaker (pengeras suara) digunakan untuk mengubah sinyal atau getaran listrik berfrekuensi AF menjadi getaran suara yang dapat didengar oleh telinga manusia. Modulasi Amplitudo (AM) adalah penumpangan sinyal informasi terhadap sinyal carrier (pembawa) dimana amplitudo sinyal carrier akan berubah-ubah
mengikuti
perubahan
amplitudo
sinyal
informasinya.
Dibandingkan dengan FM (Modulasi Frekuensi) AM mempunyai kelebihan diantaranya adalah jarak transmisi AM lebih jauh dibandingkan FM. Namun AM lebih rentan terkena noise dibandingkan dengan FM. Oleh karena itu satsiun radio yang sering kita dengar kebanyakan menggunakan FM karena suara yang dihasilkan melalui transmisi menggunakan FM lebih jernih. Seperti telah dijelaskan di atas, pada modulasi amplitudo besarnya amplitudo sinyal pembawa akan diubah-ubah oleh sinyal pemodulasi sehingga besarnya sebanding dengan amplitudo sinyal pemodulasi tersebut. Frekuensi sinyal pembawa biasanya jauh lebih tinggi daripada frekuensi sinyal pemodulasi. Frekuensi sinyal pemodulasi biasanya merupakan sinyal pada rentang frekuensi audio (AF, Audio Frequency) yaitu antara 20 Hz sampai denan 20 kHz. Sedangkan frekuensi sinyal pembawa biasanya berupa sinyal radio (RF, Radio Frequency) pada rentang frekuensi tengah (MF, Mid12
Frequency) yaitu antara 300 kHz sampai dengan 3 Mhz. Untuk mempermudah pembahasan, hanya akan didiskusikan modulasi dengan sinyal sinus.
Bagan Modulasi Jika sinyal pemodulasi dinyatakan sebagai pembawanya dinyatakan sebagai disebut sinyal termodulasi atau
dan sinyal , maka sinyal hasil modulasi
. Berikut ini adalah analisis sinyal termodulasi
AM.
dengan : sinyal termodulasi AM : sinyal pemodulasi : sinyal pembawa : amplitudo maksimum sinyal pembawa : amplitudo maksimum sinyal pemodulasi m
: indeks modulasi AM : frekuensi sudut sinyal pembawa (radian/detik) : frekuensi sudut sinyal pemodulasi(radian/detik) Hubungan antara frekuensi sinyal dalam hertz dengan frekuensi sudut
dinyatakan sebagai: ω = 2 π f Komponen pertama sinyal termodulasi AM pembawa, komponen kedua ( yaitu
disebut komponen ) disebut komponen
bidang sisi bawah atau LSB (Lower Side Band), dan komponen ketiga ( yaitu ) disebut komponen bidang sisi atas atau USB (Upper 13
Side Band). Komponen pembawa mempunyai frekuensi sudut sebesar komponen LSB mempunyai frekuensi sudut sebesar USB mempunyai frekuensi sudut sebesar
,
, dan komponen
..
(a) Sinyal pemodulasi (b) Sinyal pembawa (c) Sinyal termodulasi A Spektrum frekuensi gelombang termodulasi AM yang dihasilkan oleh spektrum analyzer. Harga amplitudo masing-masing bidang sisi dinyatakan dalam harga mutlaknya.
. Spektrum Frekuensi Sinyal Termodulasi AM Adapun beberapa jenis dari modulasi amplitudo, yaitu: 1.
AM SSB (Single Sideband) adalah salah satu jenis modulasi amplitudo dimana spektrum frekuensi yang dipancarkan hanya salah satu dari spektrum frekuensi AM yaitu frekuensi LSB (Lower Sideband) atau frekuensi USB (Upper Sideband) saja.
2.
AM DSBFC (Double Sideband Full Carrier) disebut juga full AM dimana spektrum yang dipancarkan adalah spektrum frekuensi AM yaitu frekuensi
14
LSB dan frekuensi USB. Bandwidth sinyal termodulasinya adalah sama dengan dua kali sinyal informasinya. 3.
AM DSBSC (Double Sideband Supprised Carrier) adalah jenis modulasi amplitudo dimana spektrum frekuensi carrier di tekan mendekati nol.
4.
AM VSB (Vestigial Sideband) sering digunakan pada industri televisi komersial untuk transmisi dan penerimaan sinyal video. Pada VSB sebagian komponen LSB ikut di transmisikan dengan komponen USB dan komponen pembawa. Setelah kita mengetahui jenis-jenis modulasi AM, ada satu hal yang
paling dominan di semua jenis-jenis dari modulasi AM. Hal ini adalah sideband. Sideband adalah beberapa komponen yang ada di setiap proses modulasi. Contohnya pada AM SSB maka sideband yang di transmisikan adalah sideband frekuensi LSB atau USB saja. Tentunya di suatu sistem terdapat juga transmisi sideband. Nah, yang akan kita bahas selanjutnya adalah proses pada transmisi sideband
Proses Transmisi Sideband Dari gambar diatas terlihat bahwa audio input masuk ke audio input filter. di dalam audio input filter sinyal masukan akan di filter sehingga menghasilkan sinyal dengan frekuensi di bawah 3400 Hz, kemudian sinyal akan masuk ke audio amplifier agar amplitudo sinyal dapat dikuatkan, kemudian sinyal akan masuk ke amplitudo modulator, disini terjadi proses modulasi dimana terjadi penumpangan sinyal informasi ke sinyal carrier. Kemudian sinyal yang termodulasi akan masuk ke output filter. di output filter sinyal termodulasi akan di filter sehingga menghasilkan sinyal AM dengan satu sideband saja. Baik itu LSB maupun USB. Derajat modulasi merupakan parameter penting dan juga sering disebut indeks modulasi AM, dinotasikan dengan m. Parameter ini merupakan perbandingan antara amplitudo puncak sinyal pemodulasi ( 15
) dengan
amplitudo puncak sinyal pembawa ( ). Besarnya indeks modulasi mempunyai rentang antara 0 dan 1. Indeks modulasi sebesar nol, berarti tidak ada pemodulasian,
sedangkan
indeks
modulasi
sebesar
satu
merupakan
pemodulasian maksimal yang dimungkinkan. Besarnya indeks modulasi AM dinyatakan dengan persamaan:
Indeks modulasi juga dapat dinyatakan dalam persen dan dinotasikan dengan M,
Sampul gelombang termodulasi AM Sampul merupakan garis imaginer yang digambar antara nilai-nilai puncak pada setiap siklus, memberikan bentuk yang ekivalen dengan bentuk tegangan pemodulasi.
Oleh karena
maka persamaan tersebut dapat dinyatakan sebagai:
→ sampul positif → sampul negatif
. Sampul Gelombang Termodulasi AM
5.3.1 Sinyal AM dan Spektrum Frekuensi Prinsip dari sinyal AM adalah sinyal DSB yang dipasangkan dengan gelombang pembawa. Jadi amplitudo modulasi ini adalah sinyal DSB ditambah dengan komponen gelombang pembawanya.
16
dengan A(t) disebut faktor modulasi, yang mengungkapkan perubahan amplitude (envelope) dari gelombang AM. Dalam domain frekuensi persamaan menjadi:
Misalnya,
untuk
dan
,
gelombang hasil modulasinya seperti gambar dibawah ini: a.
b.
c.
Daya rata-rata:
Untuk
suku kedua ruas kanan persamaan ini sama dengan nol dan
Sehingga diperoleh daya rata-ratanya : 17
Efisiensi daya transmisi
, yaitu perbanding daya gelombang DSB terhadap
daya gelombang hasil modulasinya adalah :
Cara yang digunakan untuk demodulasi sinyal AM, yaitu dengan detektor hukum kuadrat terkecil (square law). Tahap pertama dilakukan deteksi dengan detektor yang memiliki hubungan antara masukan
dan keluaran
sebagai berikut
Substitusikan persamaan :
Sinyal yang akan diperoleh kembali adalah suku
. Tahap
berikutya memisahkan suku ini dengan filter sederhana asal dipenuhi . Pada hakikatnya modulasi AM adalah sinyal DSB ditambah dengan komponen pembawanya. ΨAM(t) = [Ψpo + ΨpoΨm(t)] cos (ωpt) atau ΨAM(t) = Ψpo [1 + Ψm(t)] cos (ωpt) atau ΨAM(t) = A(t) cos (ωpt) dengan faktor modulasi A(t) = Ψpo [1 + Ψm(t)]
Faktor A(t) mengungkapkan perubahan envelope gelombang AM yang terjadi. Untuk memudahkan proses modulasi gunakan ketentuan : |Ψm(t)| < 1
1 T T lim
T /2
m(t )dt 0
berarti Ψ(t) tidak mengandung komponen DC.
T / 2
TF dalam domain frekuensi (ω) didapat : 18
gAM(ω) = ½ Ψpo {2π *δ (ω – ωp) + δ (ω + ωp)] + [gm(ω – ωp) + gm (ω + ωp)]}
Hal ini dapat dilukiskan sebagai berikut : a.
ΨAM(t)
b.
Ψm(t)
t t Sinyal sinusoidal Ψm(t)
Hasil modulasi AM dalam domain t
c.
d. pembawa
gm (ω) ISB
-ωm
0
ωm
L
ω - ωp
Spektrum sinyal Ψm(t)
0
ωp - ωm
ωp
ωp+ωm
2 ωm = B lebar pita transmisi spektrum gelombang AM dalam domain ω
Dari gambar di atas dengan persyaratan |Ψm(t)| < 1, fungsi amplitudo A(t) untuk gelombang Ψ(t) tidak pernah memotong sumbu t, untuk sinyal sinusoida Ψm(t) = mcos (ωmt) dengan m disebut indeks modulasi, dimana m:
m
[ A(t )] max [ A(t )] min [ A(t )] max [ A(t )] min
dengan syarat m<1
Jika m>1 maka fungsi selubung |A(t)| akan mengalami distorsi seperti gambar: Ψ(t)
Distorsi bentuk Ψ(t) untuk m > 1 akibat penambahan fase (tanda) A(t). Bentuk fungsi Ψ(t)
distorsi selubung A(t)
Ψpo Ψpo t -Ψpo
t Bentuk selubung A(t)
19
2.3.2 Lebar Pita Transmisi (Brandwidth) dan Efisiensi Daya Transmisi Dari
diketahui bahwa transmisi lebarpita B dari sinyal AM sama
dengan modulasi DSB, yakni : B = upper side – lower side = Lebar pita transmisi β = 2ωm = 2vm Dibawah ini adalah Grafik dalam domain aktu dan domain frekuensi untuk modulasi DSB yaitu: gm (ω)
– ωc
ωm
–
– m
ωc
ωc +
ω
ωc ωm
ωc +
Hasil modulasi DSB dalam kawasan t dan ω. (a) Gelombang modulasi; (b) Gelombang Pembawa; (c) Gelombang DSB 20
Daya rata-rata sinyal AM T /2
1 2 N T lim Po [1 m (t )]2 cos 2 ( p t )dt T T T / 2
Po 1 2 [1 m (t ) 2m (t )][1 cos(2 Pt )]dt T T 2 T / 2 T /2
2
lim
Untuk ωp >> ωm T /2
1 2 lim [1 m (t ) 2m (t )] cos(2 P t )dt 0 T T T / 2 Dan T /2
1 m (t )dt 0 T T T / 2 lim
Maka : NT = Np + NpNm
NT = ½ ωpo 2 + ¼ ωpo 2 Ψmo2 untuk ωm satu harga.
Dalam sinyal AM, komponen gelombang pembawa tidak mengandung informasi, sehingga efisiensi daya transmisi
NP Nm Nm NP NP Nm 1 Nm
Np
NT Nm
Mengingat |Ψm(t)| ≤ 1, maka Nm < 1 dan ε ≤ 50% untuk Ψm(t) sinusoidal ε ≤ 33,3%
Nm = ½ Ψmo2 .
2.3.3 Demodulasi AM Demodulasi AM ada 2 cara yaitu dengan detektor hukum kuadrat dan dengan detektor selubung. Keduanya tidak menggunakan osilator lokal yang singkron dengan osilator gelombang pembawa. a. Demodulasi dengan detektor hukum kuadrat (square lawdetector) 1) Pertama dilakukan deteksi dengan detektor “square law” dengan hubungan Ψi(t) dan Ψo (t) sebagai berikut 21
Ψo (t) = a1 Ψi(t) + a2Ψi2(t)
Ψi(t) = ΨAM(t) = ΨPo(t)[1 + Ψm(t)] cos (ωpt) Hasil deteksi adalah: Ψo (t) = a1 ΨPo [1 + Ψm(t)] cos (ωpt) +
a2 ΨPo2[1+ 2Ψm(t)+ Ψm2(t)][1+ cos( 2ωpt)] 2
Sinyal informasi yang akan diambil adalah suku kuadrat
a2ΨPo2 Ψm(t)
2) Kedua, suku kuadrat ini dipisahkan melalui tapis sederhana, dengan syarat |Ψm(t)| << 1. b. Demodulasi dengan Detaktor Selubung Syarat
yang
harus
dipenuhi
gelombang AM dengan pita sangsit i (t)
R
C
0(t)
(Wp>>Wm), indeks modulasi <100%.
Rangkaian dasar detektor : Fungsi selubung A(t) 0 (t) i (t) t
Proses demodulasi dengan pemilihan konstanta RC yang rapat Fungsi selubung A(t) 0 (t) i (t) t
Kasus dengan konstanta RC yang terlampau besar (respon lambat) 22
Fungsi selubung A(t) 0 (t) i (t) t
Kasus dengan RC terlampau kecil (respon terlalu cepat) Pemulihan harga RC akan menentukan mutu demodulasi. Untuk Wp>>Wm, syarat harga RC adalah:
Tp
2 2 RC Tm Wp Wm
Dalam keadaan operasi sempurna, hasil modulasi dapat dinyatakan oleh rumus:
o (t ) k0 km (t ) Keuntungan demodulasi AM adalah tidak diperlukan osilator local yang singkron dengan gelombang pembawa.Kerugiannya demodulasi AM adalah rendahnya efisiensi transmisi, sebagai akibat terdapatnya gelombang pembawa dalam gelombang transmisi tersebut.
E
N p Nm N p N p Nm
N p Nm NT
Efesiensi untuk Gelombang AM
2.4 Single Side Band (SSB) Modulasi Single Side Band atau Single-sideband suppressed-carrier (SSBSC) adalah modulasi amplitudo yang lebih baik dan lebih efisien dalam penggunaan daya listrik dan bandwidth. Modulasi amplitudo menghasilkan sinyal output modulasi yang memiliki bandwidth dua kali lebar pita sinyal yang asli. Sistem komunikasi didisain untuk menghasilkan transmisi informasi dengan bandwidth dan daya pancar minimal. Sistem AM boros dalam penggunaan daya dan bandwidth, dengan keuntungan kemudahan dalam 23
penerimaan. DSB-SC menggunakan daya yang lebih sedikit, tapi bandwidth yang dipergunakan sama dengan dalam AM. Baik AM maupun DSB-SC mempertahankan upper sideband dan lower sideband. Walaupun masingmasing sideband (USB atau LSB) mempunyai kandungan informasi yang lengkap. Akibatnya bandwidth transmisi menjadi dua kali bandwidth sinyal iinformasi. Dalam modulasi SSB, hanya satu dari kedua sideband yang dipancarkan. Dilihat dari penggunaan bandwidth, modulasi ini lebih efisien karena mempunyai bandwidth transmisi setengah dari AM maupun DSB-SC. Pembangkitan sinyal SSB dilakukan dengan membangkitkan sinyal DSB terlebih dahulu, kemudian menekan salah satu sideband dengan filter. Jika USB yang ditekan, maka akan menghasilkan sinyal SSB-LSB. Sebaliknya menghasilkan SSB-USB. Teknik yang bisa digunakan adalah dengan metode pergeseran phase, yang tidak memerlukan filter sideband. Untuk memberi ilustrasi bagaimana metode ini bekerja, asumsikan bahwa sinyal pesan mempunyai bentuk : f ( t ) = cos ( 2 π f m t ) yang digunakan untuk memodulasi carrier cos (2 π f c t ). Upper sideband dan Lower sideband dari sinyal adalah φ SSB ( t ) = ½ cos [2 π ( f c ± f m ) t ] Dengan cos(a + b ) = cos a cos b - sin a sin b, maka persamaan untuk sinyal SSB-USB bisa ditulis : φ SSB-USB ( t ) = φ SSB+ ( t ) = ½ [ cos 2 π f m t cos 2 π f c t - sin 2 π f m t sin 2 π f c t ] (2.35) φ SSB-USB ( t ) = ½ [ cos ω m t cos ω c t - sin ω m t sin ω c t ] dengan cara serupa diperoleh sinyal SSB-LSB mempunyai persamaan : φ SSB-LSB ( t ) = φ SSB- ( t ) = ½ [ cos ω m t cos ω c t + sin ω m t sin ω c t ] (2.37)
24
Persamaan-persamaan di atas menunjukkan bahwa sinyal SSB bisa dibentuk dari dua sinyal DSB yang mempunyai carrier quadrature ½ cos 2 ω c t dan ½ sin 2 ω c t . Sinyal quadrature bisa diperoleh dengan menggeser phase sinyal sebesar 90° . Modulator SSB pergeseran phase terdiri dari dua modulator DSB dan rangkaian penggeser phase. Kesulitan lain yang timbul adalah perlunya sinkronisasi seperti pada teknik DSB. Untuk itu, komponen carrier bisa ditambahkan pada sinyal SSb dan demodulasi bisa dilakukan dengan menggunakan envelope detector. Tapi metode ini boros daya pancar dan bisa menghasilkan distorsi pada sinyal.
Modulasi SSB (a) Pembangkitan ; (b) penerimaan (c) Spektra 2.5 Modulasi Frekuensi (FM) Modulasi Frekuensi adalah proses menumpangkan sinyal informasi pada sinyal pembawa (carrier) sehingga frekuensi gelombang pembawa (carrier) berubah sesuai dengan perubahan simpangan (tegangan) gelombang sinyal informasi. Jadi sinyal informasi yang dimodulasikan (ditumpangkan) pada gelombang pembawa menyebabkan perubahan frekuensi gelombang pembawa sesuai dengan perubahan tegangan (simpangan) sinyal informasi. Pada modulasi frekuensi sinyal informasi mengubah-ubah frekuensi gelombang pembawa, sedangkan amplitudanya konstan selama proses modulasi. AM memang hadir lebih dulu daripada FM. Reginald Fessenden membuat siaran radio AM pertama pada tahun 1906. Melalui radio tersebut ia menyiarkan 25
ceramah dan pembacaan Injil dan menyajikan permainan biola yang ia lakukan sendiri. Media itu populer dari tahun 1920 hingga kehadiran radio FM pada era 50an. Seketika AM seolah terbatasi. Gelombang AM mengalir dekat dengan tanah pada siang hari dan semakin tinggi ke angkasa pada malam hari, yang artinya sulit untuk mendapatkan radius penyiaran selama jam siang. AM juga mudah terhalang oleh bangunan tinggi. Sistem siaran dengan teknologi FM ditemukan oleh Edwin Howard Armstrong yang dapat mentransmisikan suara kualitas tinggi melalui gelombang radio. Sejarah FM dimulai tahun 1936 ketika Edwin Howard Armstrong menperkenalkan frekuensi FM sebagai metode untuk mengurangi gangguan pada transmisi radio dalam konferensi Radio Engineers New York pada 6 November 1936. Frekuensi FM secara luas digunakan pada perangkat telekomunikasi untuk mengirimkan suara tanpa noise (gangguan). Dalam aplikasi analog, frekuensi sesaat dari carrier (frekuensi pembawa) berbanding lurus dengan nilai sesaat dari sinyal input. Data digital dapat dikirim dengan menggeser frekuensi pembawa di antara seperangkat nilai-nilai diskrit, teknik ini dikenal sebagai frekuensi-shift keying. Penerimaan FM. FM umumnya digunakan pada frekuensi radio VHF untuk menyiarkan musik dan percakapan dengan kualitas tinggi. Suara dari siaran TV normal juga disiarkan menggunakan FM. Band FM digunakan dalam siaran umumnya disebut lebar FM (wideband FM) atau W-FM. Dalam radio dua arah, Narrowband FM (N-FM) digunakan untuk menghemat bandwidth. Selain itu, FM juga digunakan untuk mengirim sinyal ke ruang angkasa. Wideband FM (W-FM) membutuhkan bandwidth yang lebih lebar daripada sistem modulasi amplitudo (AM) dengan sinyal modulasi yang setara, tetapi sinyal Wideband FM lebih tahan terhadap noise dan interferensi. Frekuensi modulasi juga lebih tahan dari efek suara yang kurang jelas. Radio penerima FM menggunakan detektor khusus untuk sinyal FM dan terkadang detektor ini menunjukkan fenomena yang disebut efek Capture, yang mana tuner dapat dengan jelas menerima sinyal dari dua stasiun disiarkan pada frekuensi yang sama. Sebuah sinyal FM juga dapat digunakan
26
untuk membawa sinyal stereo,dengan menggunakan multiplexing dan demultiplexing sebelum dan setelah proses FM. Untuk menghasilkan sinyal FM, frekuensi radio pembawa harus diubah searah dengan amplitudo dari sinyal audio yang masuk. Ketika sinyal audio dimodulasi ke frekuensi pembawa gelombang radio, frekuensi gelombang radio akan bergerak naik dan turun. Tingkat di mana gelombang bergerak naik dan turun ini dikenal sebagai “Penyimpangan” dan direpresentasikan sebagai penyimpangan Kilohertz. Misalnya, jika gelombang sinyal memiliki penyimpangan dari 4 kHz, maka gelombang pembawa dibuat untuk bergerak di 4 transmisi kHz. FM umumnya menggunakan band antara 88 sampai 108 MHz dengan penyimpangan sekitar 75 kHz. Penyimpangan ini dikenal sebagai „band FM lebar atau WBFM. Sinyal ini memiliki bandwidth yang besar dan mendukung untuk penyiaran dengan kualitas yang baik. Lebar band (band width) kurang digunakan dalam sistem komunikasi FM. pada sistem komunikasi dua arah (seperti HT) menggunakan FM band yang sempit dengan deviasi dari 3 kHz. Antena Pengua t
Limiter
IF
Pengua t
Mixer
Detektor
De-
FM
Emphasi s
RF
OSC
AFC
Blok Diagram Penerima FM Mono 27
Pengua t Audio
Penguat
Penguat Audio
IF
Antena
Penguat
Limiter
Mixer
RF
Detektor
De-
FM
Emphasis
OSC
Dekoder Stereo
AFC Penguat Audio
Blok Diagram Penerima FM stereo Fungsi Masing-masing Blok : Antena : berfungsi menangkap sinyalsinyal bermodulasi yang bersal dari antenna pemancar. Penguat RF : berfungsi unutk menguatkan sinyal yang ditangkap oleh antena sebelum diteruskan ke blok Mixer (pencampur). OSC (Osilator Lokal) : berfungsi unutk mebangkitkan getaran frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi sinyal keluaran RF. Dimana hasilnya akan diteruskan ke blok Mixer. Mixer (pencampur) : Berperan untuk mencampurkan kedua frekuensi yang berasal dari RF Amplifier dan Osilator Lokal. Hasil dari olahan mixer adalah Intermediate Frequency (IF) dengan besar 10,7 MHz. Penguat IF : digunakan untuk menguatkan Frekuensi Intermediet (IF) sebelum diteruskan ke blok limiter. Limiter (pembatas) : berfungsi unutk meredam amplitudo gelombang yang sudah termodulasi (sinyal yang dikirim pemancar) agar terbentuk sinyal FM murni (beramplitudo rata). Detektor FM : digunakan untuk mendeteksi perubahan frekuensi bermodulasi, menjadi sinyal informasi (Audio). Deemphasis : berfungsi untuk menekan frekuensi audio yang besarnya berlebihan (tinggi) yang dikirim oleh pemancar. AFC (Automatic Frequency Control / Pengendali Frekuensi Otomatis) : berfungsi unutk mengatur frekuensi osilator local secara otomatis agar tetap stabil. Dekoder Stereo : digunakan unutk memproses sinyal Stereo, sehingga hasilnya diteruskan pada 2 buah penguat AF (FM Stereo). Penguat Audio : digunakan untuk menyearahkan getaran/ 28
sinyal AF serta meningkatkan level sinyal audio dan kemudian diteruskan penguat AF ke suatu pengeras suara. Speaker (pengeras suara) digunakan untuk mengubah sinyal atau getaran listrik berfrekuensi AF menjadi getaran suara yang dapat didengar oleh telinga manusia. Bentuk sinyal Modulasi Frekuensi
Modulasi FM adalah proses modulasi dimana sinyal informasi dapat digunakan untuk mengubah frekuensi pembawa. Modulasi frekuensi memiliki beberapa kelebihan tertentu yaitu perbandingan S/N dapat ditingkatkan tanpa harus menambah daya yang dipancarkan. Bentuk interferensi tertentu pada penerimaan lebih mudah untuk ditekan dan proses modulasi dapat dilakukan pada tingkat daya lebih rendah pada pemancar, sehingga dengan demikian tidak diperlukan daya modulasi yang terlalu besar. AM (Amplitudo Modulation) dan FM (Frekuensi Modulation) merupakan dua alternatif yang dapat digunakan dalam mentransferkan data suara via gelombang. Parameter yang membedakan antara gelombang AM dengan FM adalah cara memodulasi suaranya. AM memodulasi gelombang masukan dan gelombang karier dengan mengikuti sifat-sifat amplitudonya. Sedangkan FM memodulasi gelombang masukan dan gelombang karier dengan mengikuti karakteristik perubahan frekuensi yang terjadi ataupun panjang gelombangnya. Masing-masing dari kedua jenis modulasi ini memiliki kelebihan dan kelemahan. Akan tetapi, akhir-akhir ini modulasi gelombang FM lebih banyak digunakan dari pada AM. Hal ini disebabkan gelombang FM memiliki lebih banyak kelebihan yang tidak dimiliki gelombang AM. Gelombang AM (Amplitudo Modulation) memiliki range jangkauan yang lebih luas daripada 29
gelombang FM (Frekuensi Modulation). Hal tersebut dikarenakan gelombang AM memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dibanding gelombang FM. Akan tetapi dalam perjalanannya mencapai penerima, gelombang akan mengalami redaman (fading) oleh udara, mendapat interferensi dari frekuensifrekuensi lain, noise, atau bentuk-bentuk gangguan lainnya. Gangguangangguan itu umumnya berupa variasi amplitudo sehingga mau tidak mau akan mempengaruhi amplitudo gelombang yang terkirim. Akibatnya, informasi yang terkirim pun akan berubah dan mengurangi mutu informasi yang diterima. Berbeda dengan gelombang AM, gelombang FM bebas dari pengaruh gangguan udara,bandwidth (lebar pita) yang lebih besar. Frekuensi yang dialokasikan untuk siaran FM berada diantara 88 – 108 MHz, dimana pada wilayah frekuensi ini secara relatif bebas dari gangguan baik atmosfir maupun interferensi yang tidak diharapkan. Selain itu, Saluran siar FM standar menduduki lebih dari sepuluh kali lebar bandwidth (lebar pita) saluran siar AM. Hal ini disebabkan oleh struktur sideband nonlinear yang lebih kompleks dengan adanya efek-efek (deviasi) sehingga memerlukan bandwidth yang lebih lebar dibanding distribusi linear yang sederhana dari sideband-sideband dalam sistem AM. Jika pada gelombang AM audio yang terdengar hanya berkarakteristik mono, tidak demikian dengan FM. Alokasi saluran yang lebar dan kemampuan FM untuk menyatukan dengan harmonis beberapa saluran audio pada satu gelombang pembawa, memungkinkan pengembangan sistem penyiaran stereo yang praktis. Ini merupakan sebuah cara bagi industri penyiaran untuk memberikan kualitas reproduksi sebaik atau bahkan lebih baik daripada yang tersedia pada rekaman atau pita stereo. Sehingga jelas, bahwa gelombang FM lebih banyak kelebihannya dari pada AM. Setelah melihat hasil analisa komparasi antara gelombang FM dan AM yang menunjukkan bahwa walaupun gelombang AM dapat menembus jangkauan yang lebih luas akan tetapi tidak seperti gelombang FM yang lebih tahan terhadap nois, maka gelombang FM dengan banyak karakteristik yang tidak dimiliki gelombang AM merupakan jenis modulasi yang lebih baik untuk digunakan dalam transfer data audio dari pada gelombang AM. 30
Pada modulasi ini sudut fase dari gelombang pembawa berubah menurut pola perubahan gelombang modulasi. Karena itu modulasi ini tidak bersifat linier, dan tidak dapat diuraikan dengan prinsip superposisi. Misalkan gelombang pembawa dinyatakan dengan :
Maka hasil modulasinya dinyatakan dengan : ..............(31)
Dari definisi frekuensi sudut dapat dinyatakan dengan :
Dengan :
.....................(32)
Definisikan :
..............(33)
Dengan K = konstanta deviasi frekuensi. Dari persamaan (32) dan persamaan (33), maka diperoleh:
Dengan :
..............(34) disebut dengan insdek modulasi FM
Jadi hasil modulasi persamaan (31) menjadi: .................(35) atau dalam bentuk kompleks : ......................(36) sedangkan :
...............(37)
dengan :
31
, dimana
merupakan fungsi bessel jenis satu orde n.
Sehingga persamaan (37) menjadi: ........................(38) Subtitusikan persamaan (38) kedalam persamaan (36), diperoleh:
...................(39) dalam domain frekuensi :
.............(40) Dari persamaan (39) dan (40) tampak bahwa : 1) Hasil frekuensi modulasi dengan sinyal nada tunggal mengandung komponen pembawa dan frekuensi side band yang tak terhingga banyaknya. , dengan n = 1, 2, 3, ........ 2) Amplitude masing-masing komponen bergantung pada pada karakteristik informasi
atau bergantung
.
3) Untuk pita sempit (narrow band),
, maka :
untuk n > 1 Jadi pada kasus ini, spektrum frekuensi hanya mengandung komponen dan
, seperti pada hsil modulasi AM.
Berlainan dengan modulasi DSB dan Am, modulasi sudut merupakan proses pengubahan sudut fase dari gelombang pembawa menurut pola perubahan gelombang modulasi, oleh sebab itu bersifat non linier dan tidak dapat diuraikan dengan superposisi linier. Secara teknis kerjanya lebihsulit dan memerlukan lebar pita transmisi yang lebih lebar. Keuntungan modulasi 32
frekuensi adalah mutu sinyal lebih baik yaitu perbandingan S/N makin besar. Perumusan modulasi sudut dalam domain waktu. p(t) = po cos (ωpt + ) ditinjau dari gelombang pembawa Modulasi sudut berarti mengubah konstanta menjadi fungsi (t) sesuai dengan karakteristik gelombang modulasi. Hubungan (t) dengan sinyal modulasi adalah (t) = po cos [ωpt + (t)] (t) = po cos ((t) Dengan (t) = wct + (t) w(t) =
d (t ) d (t ) wP dt dt
w(t) = wp + w1(t) w1
= Deviasi frekuensi sudut Memenuhi hubungan
(t) = deviasi fase w1(t)
d (t ) dt
=
Ditinjau dari gelombang modulasi dengan m (t) ,maka modulasi sudut ada 2 macam: -
Modulasi fase (PM)
-
Modulasi frekuensi (FM)
a. Modulasi fase Sudut fase yang dimodulasikan dapat dinyatakan dengan : (t) = kpm(t) dengan kp = konstanta deviasi fase ( b. Modulasi frekuensi (FM) w1(t)
d (t ) kFm(t) dt
= t
(t) = k F m (t 1 )dt 1 (t o ) to
dengan kF = konstanta deviasi frekuensi. 33
m (t ) )
Sesuai dengan asumsi (0) = 0, maka to = 0, sehingga: t
(t) = k F m (t 1 ) dt 1 o
Dengan demikian, hasil modulasi sudut 0 (t) oleh m(t) adalah: PM(t) = p0 cos [ wpt + kpm(t) ] FM(t) = p0 cos [ wpt + kF
t
m (t1) dt1 ]
o
PM(t) dengan FM(t) Cukup berdekatan. PM(t) Memiliki kemampuan yang lebih besar untuk meningkatkan ratio S/N. Lebar pita transmisi pada hakekatnya adalah ukuran frekuensi minimum dalam sinyal FM yamg harus direruskan untuk menjamin keutuhan sinyal yang diterima distori sinyal tapi berarti apabila paling sedikit 98% daya sinyal FM sudah terkandung dalam pita transmisi.Untuk ini dibahas pada nada tunggal (single tone). Analisis modulasi FM tunggal(single tone) : Sinyal informasi nada tunggal berbentuk sinusoida murni: Gelombang modulasi: m(t) = mo cos (Wmt) Sebelumnya diketahui: (t) =
k F mo sin (wmt) wm
w' (t) = kF mo cos (wmt) w' (t) = w‟ cos (wmt) dengan : w‟ = kF mo = kF [m (t)] max Indeks modulasi FM 34
k F mo w' = [ (t)] max = wm wm
=
Hasil modulasi FM untuk m (t) nada tunggal adalah: (t) = Po cos [wPot + sin (Wmt) Karakteristik spektral fungsi (t) dengan deret Fourier adalah : (t) = Pt Re (ei [wPt + sin
(Wmt)]
Fungsi eksponensial kompleks bersifat periodik
e
i sin wmt
e
2 i sin wm t wm
Tm =
2 wm
Deret Fourier fungsi tersebut adalah : ~
c e
ei sinwmt
n~
inwmt
n
Dengan
cn
Tm
1 Tm
2
e
Tm
e
dt
2
1 2
i sin wmt inwmt
e
i sin n
d
Dengan :
2 Tm
wmt
t fungsi Bessel jenis I orde ke n yang bersifat real
Dengan kata lain :
cn
1 2
e
i sin n
d J n
35
Sehingga : n2m
1m 2 e i w t m!n m ! m
Untuk n bulat memenuhi : J-n () = (-1)n Jn () Jn () = (-1)n Jn (-) ~
J 1
n~
2
n
Karakteristik kelakuan fungsi Bessel Jn () 1,0
J0 ()
0,8 J1 ()
0,6
J2 () J3 ()
0,4
J4 ()
0,2
0,2
2
6
4
10
8
Uraian deret Fouriernya
~
t Po Re J n e n~
i nwmt w p t
P o J n cos wpo nwm t
36
12
14
16
Transformasi fourier untuk persamaan ini menghasilkan gelombang FM. G (v) =
Po 2
J v v ~
n
n~
po
nvm v v p nvm
Dari sini dapat disimpulkan: a. Sinyal FM dengan sinyal nada tunggal mengandung komponen pembawa dan komponen frekuensi pada sisi yang tidak terhingga jumlahnya. v = vp + n vm, n = 1, 2, 3, ....... b. Amplitude masing-masimg komponen frekuensi bergantung pada ,yang selanjutnya bergantung pula pada karakteristik informasi m. c. Untuk kasus pita sempit (narrow band), << 1 maka: Jo ()
= 1
J1 ()
=
Jn ()
= 0
2 n>1
Jadi, dalam kasus << 1 spektrum frekuensi hanya mengandung komponen-komponen Wp, dan Wp + Wm seperti halnya dengan gelombang A/M sesuai dengan sebutan (narrow band). Untuk wide band >> 1, (t) , jelas mengandung jumlah komponen “side band” yang cukup besar, dengan lebar pita yang cukup besar namun tetap terbatas. Daya dan lebar pita transmisi, nisbah S/N. Lebar pita transmisi pada hakekatnya adalah ukuran frekuensi minimum dalam sinyal FM yang harus diteruskan untuk menjamin keutuhan sinyal yang diterima. Distori akan kecil apabila minimal 98% daya sinyal yang ditransmisikan. Pita transmisi merupakan perbandingan harga rata-rata daya total yang ditransmisikan (Nt dan daya Nn untuk pita transmisi yang mengandung n komponen frekuensi paling rendah. an =
Nn NT
dengan : T
Nn =
lim T
1 2 2 n t dt T T 2
37
n (t) = P
n
J cos w
l n
l
P
nwm t
Sehingga : Nn =
1 2 n 2 P J l 2 l n
Karena suku-suku selang dalam penjumlahan n2 (t) menghasilkan harga ratarata nol, sehingga: NT =
1 2 2 1 P J l = P 2 2 2 l
Dari hasil NT =
1 2 P terlihat bahwa amplitude sinyal FM adalah konstan, 2
sehingga: n
an =
J
l n
2
l
Untuk sinyal Fm yang modulasi nada tunggal: an > 0,98, untuk n + 1 Jadi lebar pita transmisi adalah: B = 2 ( + 1) wm = 2 (w‟ + wm) Untuk kasus FM pita sempit(NBFM) yaitu B<<1 berlaku: B = 2 wm Untuk sinyal FM bukan sinusoida, indeks modulasi tidak dapat didefenisikan, untuk berlaku kaedah Carson. B = 2 (D + 1) wm = 2 (w‟max + wm) Dengan : D =
k F m t max w ' max = s wm wm
Keunggulan modulasi sudut bahwa perbandingan S/N berbanding lurus dengan (kF)2 untuk sinyal FM.S/N dapat ditingkatkan dengan memperbesar sensitivitas modulator kF, akibatnya terjadi pelebaran B karena D kF. Kapasitas saluran sinyal FM ditentukan oleh parameter B,S/N menurut rumus Shannon-Hartley untuk system ideal: C = B log 2 (1 + S/N) bits/det 38
Demodulasi sinyal FM ada 2 jenis yaitu: a. Demodulasi dengan system diskriminator frekuensi merupakan konversi FM-AM dan disusul dengan deteksi “selubung”. b. Demodulasi umpan balik, menggunakan phase-lock loop (PPL) yang terdiri dari komparator dan VCO ( Voltage Controlled Orcillator). Perbandingan modulasi AM, FM, dan PM dalam bentuk sinyal analo g dan digital adalah:
Analog
Digital t
t
AM
t
t FM
t
t PM
t
t
2.6 Modulasi Pulsa (PM) Modulasi pulsa bertujuan untuk mengirim pita sempit dalam bentuk sinyal analog melalui channel analog baseband sebagai dua tingkat sinyal modulasi gelombang pulsa. Beberapa sinyal analog pada pulsa modulasi juga diubah menjadi sinyal digital. 1. Modulasi Pulsa Amplitudo (PAM) Modulasi pulsa amplitude (PAM) merupakan bentuk sinyal modulasi dimana sinyal informasi diubah dalam bentuk kode dalam deret amplitudo dan
39
sinyal pulsa. Dalam bentuk grafik amplitudo pulsa modulasi dinyatakan dalam gambar berikut :
Modulasi
dan
dinyatakan sebagai berikut :
Apabila lebar pulsa t<<, maka :
Maka
Atau
Dimana dan
= frekuensi maksimum dari sinyal modulasi
= frekuensi normal.
40
,
2. Modulasi Kode Pulsa (PCM) Modulasi kode pulsa (PCM) merupakan metode yang digunakan untuk mempresentasikan sinyal analog ke dalam sinyal digital. Bentuk standar dari sinyal audio digital dalam computer. PCM stream memiliki dua komponen dasar berdasarkan keaslian dari sinyal analog.
Sampling dan kuantisasidari sinyal (merah) untuk 4-bit PCM Dalam diagram gelombang sinus dan dikuantisasikan dalam bentuk modulasi kode pulsa. Untuk gelombang sinus dapat dilihat dari gambar dari nilai sampling 7, 9, 11, 12, 13, 14, 14, 15, 15, 15, 14, etc. Pengubahan nilai dalam bentuk bilangan biner akan menghasilkan 0111, 1001, 1011, 1100, 1110, 1110, 1111, 1111, 1111, 1110, etc. Modulasi kode pulsa dapat dituliskan : PCM = footage+quantization+codling. 2.7 Aplikasi Modulasi Gelombang Pada Modulasi digital : ASK - Amplitude Shift Keying (ASK) adalah modulasi yang menyatakan sinyal digital 1 sebagai suatu nilai tegangan tertentu (misalnya 1 Volt) dan sinyal digital 0 sebagai sinyal digital dengan tegangan 0 Volt. Sinyal ini yang kemudian digunakan untuk menyala-mati-kan pemancar, kira-kira mirip sinyal morse. “Infrared Remote Control Extender dengan menggunakan Modul IR-8510, TLP916A dan RLP916A” merupakan salah satu alat yang menggunakan aplikasi dari modulasi digital ASK (Amplitude Shift Keying). Untuk lebih jelasnya berikut uraiannya : Teknologi 41
nfrared dalam aplikasi remote control saat ini sudah banyak dijumpai pada berbagai macam perangkat elektronik. Prinsip kerja dari Infrared Remote Control Extender ini adalah mengubah sinyal infrared menjadi gelombang radio dengan frekwensi UHF sehingga transmisi data dapat dilakukan pada jarak yang cukup jauh dan diterima dengan penerima UHF. Frekwensi UHF 916 MHz digunakan untuk menghindari adanya noise-noise dari frekwensi radio lainnya. Sensor infrared pada modul IR-8510 mengubah pancaran cahaya infrared menjadi sinyal data seperti tampak pada bagian RXD gambar 2. Kemudian data diteruskan secara serial ke Modul TLP916 yang berlaku sebagai UHF Transmitter dan diterima oleh Modul RLP916 yang berlaku sebagai UHF Receiver. Amplitudo Shift Keying yaitu suatu modulasi di mana logika 1 diwakili dengan adanya sinyal frekwensi 916 MHz dan logika 0 diwakili dengan adanya kondisi tanpa sinyal. Pancaran gelombang UHF dalam modulasi ASK tersebut selanjutnya diterima oleh RLP916 dan diubah menjadi data serial (TXD gambar 2) yang kemudian diteruskan ke TXD dari Modul IR-8510. Agar dapat ditransmisikan menjadi sinyal-sinyal infrared standard remote control, maka data tersebut terlebih dahulu dimodulasikan dengan frekwensi carrier sebesar 40 KHz sebelum dipancarkan oleh LED Infrared. Proses ini dilakukan pada bagian modulator dari Modul IR-8510. Dan aplikasi lainnya dalam kehidupan seharihari dapat di lihat dalam tabel dibawah ini : No
Tipe Modulasi
Aplikasi
1
AM
AM Broadcast Radio
2
AM
Aircraft Radio
3
FM
FM Broadcast Radio
4
FM
TV sound
5
FM
Mobile and handheld radio
6
FM
VCR
7
FM
Family Radio Service
8
AM (DSB) dan FM
FM Stereo Multiplex Sound
9
AM dan SSB (AM)
Citizens‟ band radio 42
No
Tipe Modulasi
Aplikasi
10
FM dan SSB (AM)
Amateur radio
11
FM and SSB (AM)
Marine Radio
12
AM, VSB
TV picture (video)
13
Quadrature DSB (AM)
TV color signal
14
FM, PSK
8 Cordless telephone
15
FM, QAM (AM plus PSK
Fax machine
16
FM, FSK, PSK
17
OOK
TV remote control
18
OOK
Garage door opener
19
FSK, PSK, QAM (AM plus Computer modems PSK)
43
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan 3.1.1
Modulasi adalah proses merubah parameter sinyal carrier (sinyal pembawa) menggunakan sinyal informasi
3.1.2
Double Side Band merupakan proses modulasi frekuensi pada gelombang, lebar pita transmisi sama dengan dua kali pita pada modulasi gelombang, dan demodulasi merupakan penguraian kembali informasi asli melalui sinyal dari gelombang pembawa atau pemisahan
3.1.3
Amplitudo Modulation (AM) adalah modulasi yang paling sederhana.
Gelombang
pembawa
(carrier
wave)
diubah
amplitudonya sesuai dengan signal informasi yang akan dikirimkan. 3.1.4
Modulasi Single Side Band atau Single-sideband suppressed-carrier (SSBSC) adalah modulasi amplitudo yang lebih baik dan lebih efisien dalam penggunaan daya listrik dan bandwidth.
3.1.5
Modulasi sudut dapat dibedakan menjadi dua, yaitu modulasi fase dan modulasi frekuensi.
3.1.6
Modulasi Pulsa merupakan modulasi yang bertujuan mengirim pita sempit dalam bentuk signal analog.
3.1.7
Aplikasi modulasi gelombang sangatlah banyak, salah satunya pada penggunaan radio dan televisi.
3.2 Saran Adapun saran yang hendak kami sampaikan adalah untuk memudahkan dalam pemahaman konsep modulasi gelombang, hendaknya memahami terlebih dahulu representasi modulasi gelombang yang sering dinyatakan dalam transformasi fourier. Sehingga dengan bantuan fisika matematika khususnya transformasi fourier akan mempercepat pemahaman dalam modulasi gelombang dan aplikasinya dalam kehidupan.
44
DAFTAR PUSTAKA
Handayani, Rif‟ati Dina. 2013. Gelombang. Jember : Universitas Jember Pambudi, A. 2012. Transformasi Fourier. PPT Ittekkom. Tersedia pada : http://afb.blog.ittelkom.ac.id/blog/files/downloads/2012/10/2.Transformasi
-
Fourier1.pptx diakses pada 27 November 2015 Santiary, P. 2009. Sistem Verifikasi Modul Modulasi FM (Frekuensi Modulasi) Menggunakan Bahasa Pemrograman Matlab. Jurnal Teknologi Elektro Vol.8 No.2
Politeknik
Negeri
Bali.
Tersedia
pada
:
http://ojs.unud.ac.id/index.php/JTE/article/download/1605/pdf diakses pada 27 November 2015 Sayuti.
Wicaksono
Putra.
2015.
Modulasi
Gelombang.
:http://ilmulistrik.com/frekuensi-amplitudo-dan-panjang
Tersedia
pada
gelombang.html
diakses pada 27 November 2015 Suardana, K. 2002. Diktat Kuliah Gelombang dan Optic (Bagian Gelombang Mekanik). Singaraja : IKIP Negeri Singaraja
45
