SISTEM MODULASI ANALOG DAN DIGITAL
DASAR SISTEM KOMUNIKASI
PUTU RUSDI ARIAWAN
(0804405050)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2010
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belaka belakang ng Inovasi di dalam t eknologi 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 pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, menyebabkan sektor–sektor industri semakin banyak yang menggunakan fasilitas atau peralatan dengan teknologi yang canggih guna mendapatkan hasil yang yang optimal dan effisien. Aktifitas kehidupan sehari-hari banyak tergantung dari 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 informasi ke dalam bentuk sinyal listrik dan mentransmisikannya dalam jangkauan jarak tertentu menggunakan suatu media komunikasi. Modulasi adalah suatu proses dimana properti atau parameter dari suatu gelombang divariasikan secara proporsional terhadap gelombang yang lain. Parameter yang diubah t ergantung 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).
PUTU RUSDI ARIAWAN
2
1.2 Rumusan Rumusan Masalah Masalah Dari latar belakang diatas maka dapat dirumuskan masalahnya adalah bagaiaman bagaiamana a sistem modulasi modulasi analog analog dan digital digital serta apa saja keuntung keuntungan an dan kekurangan dari sistem tersebut.
1.3 Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan tugas ini adalah untuk untuk memahami sistem modulasi analog dan digital, beserta keuntungan dan kerugiannya.
1.4 Manfaat Penulisan Manfaat dari penulisan tugas ini diharapkan dapat dapat menjadi acuan acuan dalam perkembangan teknologi telekomunikasi khususnya teknologi modulasi dimasa depan.
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Dalam Dalam penulisan tugas tugas ini permasalaha permasalahan n hanya dibatasi dibatasi pada sistem sistem modulasi analog dan digital, beserta keuntungan dan kerugiannya.
1.6 Sistematika Sistematika Pembahas Pembahasan an Pada penulisan laporan kerja praktek 1 ini sistematika pembahasan dibagi menjadi beberapa bab, yaitu sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN 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 teori-teori pendukungnya pendukungnya BAB III PENUTUP Bab ini berisikan kesimpulan dan saran.
PUTU RUSDI ARIAWAN
3
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. 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, 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 dikatakan “ 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 komunikasi analog. analog. Pesan yang yang disampaikan disampaikan dapat dapat tidak terbatas, terbatas, karena karena
PUTU RUSDI ARIAWAN
4
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, s ekitar 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 k e sistem komunikasi data lanjutan berkecepatan tinggi. Dan hingga saat ini, perkembangan perkembangan teknologi masih belum berakhir.
2.2 Modulasi Modulasi adalah suatu proses dimana properti atau parameter dari suatu gelombang divariasikan secara proporsional terhadap gelombang yang lain. Parameter yang diubah t ergantung 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)
PUTU RUSDI ARIAWAN
5
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 Amp Ampli litu tude de Shif Shiftt Keyin Keying g (ASK), (ASK), Phas Phase e Shif Shiftt Keyi Keying ng (PSK), (PSK), dan Freque Frequency ncy Shift Shift Keying Keying (FSK). (FSK).
Sumber Informasi
Tujuan
Source
Channel
Encoder
Encoder
Modulator
Noise
Kanal
Source
Channel
Decoder
Encoder
Demodulator
Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Transmisi
Tujuan dilakukannya proses modulasi antara lain : 1. untuk untuk memud memudah ahkan kan pros proses es radia radiasi si a. Pada kanal kanal komunikasi komunikasi berupa berupa udara, udara, diperlukan diperlukan antena antena untuk untuk proses proses pemancaran/radiasi dan penerimaan sinyal. b. Dimensi Dimensi antena adalah adalah berband berbanding ing terbalik terbalik dengan dengan frekwensi frekwensi sinyal sinyal yang dipancarkan/diterimanya.. Secara metematis dapat dipancarkan/diterimanya dapat dituliskan sbb: sbb:
d
λ
2 c 2f
2. untuk untuk memung memungkin kinkan kan multi multipl plexi exing ng 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.
PUTU RUSDI ARIAWAN
6
3. Untuk mengatasi mengatasi keterbatasan keterbatasan peralatan peralatan a. Pembuatan Pembuatan peralatan peralatan pengolahan pengolahan sinyal sinyal (signal ( signal processing devices) devices) seperti filter dan amplifier memiliki tingkat kesulitan yang berbeda untuk spektrum frekwensi tertentu. b. Untuk itu modulasi modulasi dapat dapat digunak digunakan an untuk menempa menempatkan tkan sinyal sinyal informasi informasi ke wilayah spektrum tertentu, dimana pembuatan peralatan pengolahan sinyalnya menjadi paling mudah. 4. Untuk memungkin memungkinkan kan pembagia pembagian n frekwensi frekwensi a. Modulasi Modulasi
memungkin memungkinkan kan
beberapa beberapa
stasiun stasiun
radio radio
dan
televisi televisi
untuk untuk
melakukan siaran secara bersamaan menggunakan frekwensi sinyal pembawa yang berbeda. sehingga tidak akan terjadi interferensi antar stasiun. b. Di sisi penerima, penerima, dengan dengan adanya adanya modulasi modulasi,, maka dapat dilakuk dilakukan an pemilihan pemilihan terhadap
stasiun
siaran
yang
memang
ingin
didengarkan/ditonton.
contohnya: siaran radio dan televisi. 5. Untuk mengu mengurangi rangi peng pengaruh aruh noise noise dan dan interfe interferen rensi si a. Pengaruh Pengaruh noise noise dan interferen interferensi si tidak dapat dapat seluruhnya seluruhnya dihilan dihilangkan gkan dari dari sistem komunikasi. b. Namun dimungki dimungkinkan nkan untuk untuk menekan menekan pengaruh pengaruh gangguan gangguan tersebu tersebutt dengan menggunakan teknik modulasi tertentu. c. Sehingga Sehingga penggu penggunaan naan teknik teknik modulasi modulasi secara secara umum umum akan menyebabka menyebabkan n 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. Modula Modulasi si Lini Linier er (Line (Linear ar Modu Modulat lation ion)) 2. Modula Modulasi si Sudu Sudutt (Angle (Angle Modula Modulatio tion) n) 2.2.1.1 2.2.1.1 Modulasi 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 :
PUTU RUSDI ARIAWAN
7
1. Ampl Amplit itud ude e Modu Modula lati tion on (AM) (AM) 2. Double Double-Si -Side deban band d Modul Modulati ation on (DSB) (DSB) 3. Single Single-Si -Sideb deband and Modul Modulatio ation n (SSB) (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 ct 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 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 mt) sin ct
V o eenv = E c maks + em E cmaks
0 t E cmaks
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). m =
Em maks Ec maks
sehingga,
PUTU RUSDI ARIAWAN
8
e = E cmaks cmaks (1 + m sin
mt) sin ct
Spektrum menunjukkan 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 ct = sin ct + m sin mt sin ct = sin ct + m/ 2[cos( 2[cos(c - m)t – cos( cos(c + m)t] Transmisi gelombang Amplitudo Modulasi Modulasi (AM) dapat dilakukan dalam 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 gelombang pembawa (Suppress Carrier). Carr ier). 2. Double Side Band (DSB) a. Double Double-Si -Sideb deband and - Suppr Suppress essed ed Carr Carrie ierr (DSB (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 (t) adalah sudut phase. phase . (t) bisa ditulis dalam bentuk
t + (t) sehingga : (t) = c c t +
a(t) cos [ c (t) = a(t) c t + (t) ] a(t) adalah selubung (envelope) dari sinyal (t) fc (Hz) c c adalah frekuensi gelombang carrier (rad/detik) = 2 f c (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). f(t). (t) = f(t) cos c c t
PUTU RUSDI ARIAWAN
9
cos c 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 (t) diperoleh dengan transformasi Fourier. ) = ( )
1 2
F( + c c ) +
1 2
F( - c c )
Persamaan ini berarti bahwa modulasi amplitudo menggeser spektrum frekuensi sinyal sejauh
c 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 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
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). carrier (DSB-SC).
PUTU RUSDI ARIAWAN
10
Penerimaan kembali sinyal DSB-SC (t) untuk memperoleh sinyal informasi f(t) memerlukan translasi frekuensi lain untuk memindahkan spektrum sinyal ke posisi aslinya. Pr oses ini disebut demodulasi atau deteksi dan dilakukan dengan mengalikan sinyal (t) dengan sinyal carrier c. c. 2 (t) cos c ct = f(t). cos c c t
=
1 2
f(t) +
1 2
f(t) cos 2 c c t
Bagian frekuensi tinggi 2 c c dihilangkan dengan menggunakan Low Pass Filter (LPF), s ehingga yang tersisa hanya sinyal informasi f (t ). ).
PUTU RUSDI ARIAWAN
11
Prinsip yang dijelaskan di atas berlaku untuk semua sinyal selama frekuensi sinyal 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-Larg Band-Large e Carr Carrier ier (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 c c t pada sinyal DSB-SC.
PUTU RUSDI ARIAWAN
12
t + A cos c AM AM(t) = f(t) cos c c t + c t Kerapatan spektrum dari sinyal AM adalah ) = 1/2 F( + c ) AM ( A ( - c c ) c ) + 1/2 F( - c c ) + A ( + c c )+ Spektrum frekuensi dari sinyal AM adalah sama dengan sinyal DSB-SC f(t) cos c dengan tambahan tambahan impuls impuls pada pada frekuensi frekuensi c t ; dengan
c.c. Hal ini dijelaskan
pada gambar di bawah.
Spektrum frekuensi frekuensi dari sinyal AM
Sinyal termodulasi amplitudo bisa ditulis dalam bentuk : AM AM(t) = [ A + f(t) ] cos c c t
Dengan demikian sinyal AM dapat dinyatakan sebagai sinyal dengan frekuensi c c dan amplitudo [ A + f(t) ]. Jika amplitudo carrier cukup besar, maka selubung dari sinyal termodulasi akan proporsional dengan f(t). 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
13
cukup besar, selubung dari AM AM(t) tidak akan selalu proporsional dengan sinyal f(t). Amplitudo carrier A harus harus cukup besar sehingga : [ A + f(t) ]
0 ; untuk semua t
atau
A min { f(t) } Jika kondisi di atas tidak dipenuhi akan muncul distorsi selubung karena overmodulasi. Tinjau sinyal frekuensi tunggal t unggal f(t) = E cos mt sebagai t sebagai sinyal pemodulasi. Sinyal termodulasi amplitudo akan berbentuk : AM AM(t) = [ A + f(t) ] cos c c t
= [ A + E cos mt ] cos c c t Suatu faktor tanpa dimensi m didefinisikan sebagai indeks modulasi, yang berguna untuk menentukan ratio dari sideband terhadap carrier.
m
E A
atau m
Amplitudo _ Puncak _ DSB SC Amplitudo _ Puncak _ Carrier
Persamaan sinyal AM ditulis dalam menjadi : AM AM(t) = A cos c c t + mA cos mt . cos c c t AM AM(t) = A [ 1 + m cos mt ] cos c c t
Bentuk sinyal AM untuk beberapa nilai m dapat dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 2.4 Bentuk sinyal AM untuk beberapa nilai m
Amplitudo maksimum dari sinyal termodulasi AM adalah A [ 1 + m ] ; sedangkan sedangkan amplitud amplitudo o minimum minimum adalah A [ 1 - m ]. Indeks Indeks modulasi modulasi m bisa dinyatakan dalam persen (%) dan bisa dicari dengan membandingkan antara amplitudo maksimum dengan minimum.
PUTU RUSDI ARIAWAN
14
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 m1 m1t + E 2 2 cos m2 m2 t digunakan untuk memodulasi sinyal carrier A A cos c t , maka sinyal termodulasi menjadi : c t , AM AM(t) = A [ 1 + m1 cos m1 m1t + m2 cos m2 m2 t ] cos c c t
Indeks Indeks modulasi modulasi efektif efektif :
meff
m12 m2 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. .
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,
PUTU RUSDI ARIAWAN
15
Icom, Kenwood dan lain lain yang kebanyakan merupakan transceiver all band (bekerja pada band 160 160 meter sampai 10 meter), biasanya pesawat semacam semacam ini dilengkapi juga dengan “general coverage receiver” dengan frekuensi antara 100KHz sampai 30 MHz, hal ini membuat transceiver tersebut semakin menyenangkan karena karena bisa dipakai memantau frekuensi di luar 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 untuk membangkitkan membangkitkan sinyal DSBSC (Double Side 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.
Gambar 2.6 Blok diagram pemancar SSBSC
Metoda Pergeseran Fasa Metoda Pergeseran Fasa memakai prinsip pergeseran fasa dan
penghapu penghapusanny sannya a untuk menghilang menghilangkan kan pembawa pembawa dan jalur sisi yang tidak tidak dikehendaki. Dengan menggunakan penurunan persamaan trigonometri standar, rumus untuk frekuensi sisi bawah tunggal dapat diuraikan menjadi
PUTU RUSDI ARIAWAN
16
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 fasany fasanya a sebesa sebesarr 900. modulator pertama menghasilkan dua jalur sisi yaitu jalur sisi atas dan jalur sisi bawah tetapi masing- masing digeser fasanya dengan dengan +900. 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 180 0 satu sama lainsehingga akan saling meniadakan bila dijumlahkan. Jalur sisi yang tertinggal diperkuat oleh oleh penguatpenguat- penguat daya linear pada pada tingkat-tingkat 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.
PUTU RUSDI ARIAWAN
17
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 pembawa fo. SinyalSinyalsinyal ini kemudian dimasukkan kemodulator 3 dan 4, yang didorong berturutturut oleh frekuensi pembawa RF langsung, dan pembawa RF yang digeser fasanya 900. Keluaran dari modulator 3 mengandung suatu kelompok jalur sisi(fc + fo – fm) yang digese digeserr dengan +90 +900 dan suatu kelompok jalur sisi yang kedua(fc – fo + fm) yang yang digeser digeser dengan dengan -90 -900. modulator modulator 4menghasi 4menghasilkan lkan (fc (fc + fo – fm) yang digeser dengan +90 0, adalah sefasa dengan komponen pertama dari modulator 3 dan dapat di jumlahkan langsung dengannya, modulator yang sama
PUTU RUSDI ARIAWAN
18
juga mengha menghasilk silkan an (fc + fo – fm) yang digese digeserr dengan +90 +900 yang adalah berselisih fasa 180 0 dengan komponen yang sesuai dari modulator 3, sehingga akan saling menghapus. Keluaran yang diperoleh dari rangkaian penjumlahan adalah komponen(fc komponen(fc + fo – fm) yang sesuai dengan 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 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 2.2.1.2 Modulasi Modulasi Sudut 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 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
19
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 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). 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 (modulasi amplitudo). 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
mt
frekuensi pembawa menjadi:
i = c + k E m maks sin mt
PUTU RUSDI ARIAWAN
20
tegangan sianyal pemodulasi
+
sinyal pemodulasi sinusoidal
0 waktu
-
tegangan sinyal termodulasi frekuensi
+
0 waktu
-
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 = C + sin mt (t) = 2 ( f C f sin m t )dt =
ct -
f f m
e = sin (ct Berbeda
cos m t
f f m
cos m t )
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); mf =
f f m
sehingga persamaan untuk pembawa yang dimodulasi menjadi; e = sin (
ct – mf cos mt)
PUTU RUSDI ARIAWAN
21
pada modulasi frekuensi, spektrum terdiri dari sebuah komponen pembawa, dan frekuensi-frekuensi sisi pada harmonisa. Amplitudo-amplitudo Amplitudo-amplitudo dari berbagai komponen spektral diberikan oleh suatu Fungsi Bessel dari jenis pertama, yang menyatakan dengan J n(mf ); mf adalah indeks modulasi, n adalah orde dari frekuensi sisi. Komponen spektrum pada pada frekuensi pembawa berkurang 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 f rekuensi 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). Pn =
E 2 n 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); ec = sin (ct + jika dimodulasi fasa,
c)
c diganti dengan (t), dimana
(t) = c + Kem K adalah konstanta deviasi fasa (analog dengan k untuk modulasi frekuensi ) dan em seperti yang sudah-sudah adalah sinyal modulasi. Biasanya
PUTU RUSDI ARIAWAN
c
22
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 deviasi fasa puncak puncak dinamakan dinamakan indeks indeks modulasi modulasi fasa dengan dengan lambing lambing m p, sehingga menjadi e = sin [ct + mp sinm t ] 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
t
f
f c
t
c
t
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. 2.2.2 2
Modu Modula lasi si Digi Digita tall 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
24
digunakan untuk mengkomunikasi kan lebih dari satu sumber (source), maka sebuah
source
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 ( signal (s(t)) 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 k emungkinan 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 sebuah sinyal digital dapat dapat ditransmisikan dalam dalam bentuk 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 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
25
sinyal analog. Proses ini memiliki keuntungan tahan terhadap lingkungan noise maupun distorsi dibandingkan sistim analog langsung. Kembali ke Carrier Modulator , tujuan pemakaian peralatan ini adalah untuk menghasilkan bentuk bentuk gelombang analog sesuai dengan simbol simbol diskrit pada inputnya. Pada awal pembahasan, encryptor bertugas 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, spectrum, yang bertujuan menghindari dari pendengar tidak resmi. Bagian kedua dari blok diagram Gambar 2.11 adalah sistim penerima digital. 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
26
sedemikian hingga didapatkan
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 f dan
memiliki hubungan ω = 2πf. memiliki
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
PUTU RUSDI ARIAWAN
27
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 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), 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 m vm((t )]cos(2 )]cos(2ωct ) (2-1) dimana: Vc= amplitudo sinyal carrier v m = sinyal pemodulasi yang bernilai 1 atau 0 m = indek modulasi 2pf c = frekuensi carrier dalam nilai radiant ωc = 2pf
PUTU RUSDI ARIAWAN
28
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 (turn on) on) untuk selang waktu pengiriman informasi ‘1’ dan mempertahankan untuk kondisi off selama selang waktu pengiriman informasi 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
29
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.
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
PUTU RUSDI ARIAWAN
30
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).
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 , heterodyning , antara gelombang ASK yang datang dengan suatu osilator lokal yang di-match di-match-kan -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) (t) = (Vc + v m(t))cos2 m(t))cos2ωct .
PUTU RUSDI ARIAWAN
31
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 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 gelombang FSK biner biner Vc = puncak amplitudo amplitudo carrier tanpa tanpa termodulasi wc = carrier frekuensi (dalam radian) fm(t) = frekuensi fr ekuensi sinyal digital biner pemodulasi Dw = beda 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 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 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
32
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 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. sama. Suatu FSK biner secara sederhana 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
memberikan ilustrasi sebuah diagram blok pemancar FSK.
PUTU RUSDI ARIAWAN
analog.
Gambar2.18
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. space. Sebuah kondisi logika 1 menggeser VCO dari kondisi frekuensi rest menjadi rest menjadi frekuensi mark , dan logika 0 menggeser frekuensi VCO dari rest menjadi space. space. Sebagai konsekuensinya perubahan keadaan input 1/0 secara berurutan menyebabkan deviasi frekuensi dari mark ke space. space. Dalam modulator FSK biner, Df D f 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. 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
34
konsekuensinya pada system FSK memiliki frekuensi deviasi yang konstan dan selalu pada nilai maksimum.
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 keduanya memiliki pengaruh pengaruh yang sama pada sinyal 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) keying (PSK) nilai q(t) adalah 2pf 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. pemodulasinya. Dalam binary phase shift keying (BPSK), keying (BPSK), dua output fase yang mungkin akan keluar dan membawa informasi (“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.
PUTU RUSDI ARIAWAN
35
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
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 180o 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 sinyal-sinyal analog – yaitu time signal yang yang berada pada 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 ditransmi ditransmisikan. sikan. Daftar Daftar nilai ini masih berupa berupa nilai analog analog – yang bisa bernilai tak berhingga. Sistim ini belum digital. Kita katakan itu sebagai sistim diskrit terhadap waktu (discrete (discrete time) time) atau sistim ter-sampel (sampled (sampled system). 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
PUTU RUSDI ARIAWAN
36
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 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 dibandingkan dengan sistim analog. Keuntungan Keuntungan Komunikas Komunikasii Digital : 1. Error Error hampir hampir selal selalu u dapat dapat diko dikorek reksi. si. 2. Mudah mena menampilkan mpilkan manipulas manipulasii sinyal (seperti (seperti encrypt encryption) ion).. 3. Range dinamis dinamis yang yang lebih besar besar (perbedaan (perbedaan nilai nilai terendah terendah terhadap terhadap tertinggi tertinggi dapat dimungkinkan Kerugian Komunikasi Digital : 1. Biasanya Biasanya memerlu memerlukan kan bandwid bandwidth th yang yang lebih lebih besar. besar. 2. Memerl Memerluka ukan n sinkro sinkronis nisasi asi.. Gambar Gambar 2.22 menunjukka menunjukkan n kekontrasan kekontrasan hubun hubungan gan antara antara sistim 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 repeater harus memutuskan, memutuskan, mana dari kedua kemungkinan tersebut yang boleh ditampilkan pada interval waktu tertentu, untuk menjadi nilai sesungguhnya di sisi terima.
PUTU RUSDI ARIAWAN
37
Gambar 2.22 Perbandingan komunikasi Analog dan Digital
Keuntungan kedua dari sistim komunikasi digital adalah bahwa kita berhubungan dengan nilai-nilai, bukan dengan bentuk gelombang. Nilai-nilai bisa dimanipulasi dengan rangkaiant rangkaian t rangkaian logika , atau jika perlu, dengan mikroprosesor. Operasi-operasi matematika yang runit bisa secara mudah ditampilkan untuk mendapatkan fungsi-fungsi pemrosesan sinyal atau k eamanan 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 sangat keras memerlukan memerlukan variasi bentuk 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 menggunakan urutan sinyal terbatas yang sama. 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 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.
PUTU RUSDI ARIAWAN
38
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
39
BAB III PENUTUP
3.1 Simpulan
Beradasarkan uraian tentang system system modulasi analog dan dan digital yang telah tersebut di atas, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Modulasi Modulasi adalah adalah suatu suatu proses proses dimana dimana properti properti atau parame parameter ter dari suatu 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 Modulasi memiliki memiliki dua dua macam macam jenis, yaitu yaitu modulasi modulasi sinyal sinyal analog 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 Error hampir hampir selalu selalu dapat dapat diko dikorek reksi. si. b) Mudah Mudah menampilka menampilkan n manipulas manipulasii sinyal sinyal (seperti encrypti encryption). on). c) Range dinami dinamis s yang lebih lebih besar (perbed (perbedaan aan nilai nilai terendah terendah terhadap terhadap tertinggi dapat dimungkinkan 4. Kerugian Komunikasi Digital : a) Biasanya Biasanya memerluk memerlukan an bandwi bandwidth dth yang yang lebih lebih besar. besar. b) Memerl Memerluk ukan an sinkro sinkronis nisasi asi..
PUTU RUSDI ARIAWAN
40
DAFTAR PUSTAKA
Bostian , Charles.W., Krauss, Herbert.L.1990.Teknik Herbert.L.1990.Teknik Radio Benda Padat. Dodd, AZ. 2002. The Essential Guide
to Telecommunications Telecommunications (Panduan
Pokok untuk Telekomunikasi) Telekomunikasi).. Yogyakarta: Andi. Idris, Kamal., Roddy, Dennis., Coolen, John.1992.Komunikasi John.1992. Komunikasi Elektronika. Jakarta : Erlangga K. Sham Shanmugam, Digital And Analog Communication System, System, John wiley & Sons.1994 Roger L.Freeman, 1984. Telecomunication Transmission Hand Book, 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
Nama TTL
: Putu Rusdi Ariawan : Denpasar. 19 April 1990
Alamat Rumah : Jln. Jln. Dukuh Dukuh Sari Gg. Gg. Kaliasem No. 5a, DenpasarBali Agama
: Hindu
Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana Email :
[email protected] www.facebook.com/turusdi
PUTU RUSDI ARIAWAN
