MODULASI ANALOG & DIGITAL Edited by SGT

Apa itu Modulasi ? Modulasi adalah pengaturan parameter dari sinyal pembawa (carrier) yang berfrequency tinggi sesuai sinyal informasi (pemodulasi) yang frequencynya lebih rendah, sehingga informasi tadi dapat disampaikan.

Mengapa Perlu Modulasi ? Meminimalisasi interferensi sinyal pada pengiriman informasi yang menggunakan frequency sama atau berdekatan Dimensi antenna menjadi lebih mudah diwujudkan Sinyal termodulasi dapat dimultiplexing dan ditransmisikan via sebuah saluran transmisi

Jenis Modulasi Modulasi Analog Modulasi Sinyal Continue (continues wave) : Amplitude Modulation (AM) Modulasi Sudut (Angle Modulation) : Phase Modulation (PM) Frequency Modulation (FM) Modulsi Pulsa Pulse Amplitude Modulation (PAM) Pulse Wide Modulation (PWM)

Modulasi Digital : Pulse Code Modulation (PCM) Delta Modulation (DM) Amplitude Shift Keying (ASK) Frequency Shift Keying (FSK) Phase Shift Keying (PSK) Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Quaternary PSK (QPSK) Continous Phase FSK (CPFSK) dll

Modulasi Amplitude AM baku: DSBFC VAM (t) = [Ac + m(t)] sin (ct) Pembawa : Vc(t) = Ac sin (ct) Pemodulasi : m(t)=Am sin ( mt) Termodulasi : VAM (t) = A(m) sin (ct) AM baku: DSBFC VAM (t) = [Ac + m(t)] sin (ct) m(t) VAM(t) Vc(t)

Modulasi Amplitude (lanj.) Untuk m(t) = Am sin (mt) maka VAM (t) = [Ac + Am sin (mt)] sin (ct) = Ac [1 + sin (mt)] sin (ct) VAM (t) = Ac [1 + m sin (mt)] sin (ct) VAM(t) = Acsin (ct) + mAc sin (mt) sin (ct) = Acsin (ct) + Accos (c + m)t – Ac cos(c - m)t

Amplitude Modulated Carrier

Modulasi Frekuensi Deviasi frekuensi = f Kepekaan (sensitivitas) = MODULATOR FM em(t) eFM(t) Pembawa ec(t) = Ec cos (2 f ct) Frekuensi sesaat fi = fc + k.eM(t)

Persamaan Isyarat FM eFM (t) = Ec cos i ; i = sudut sesaat (radian) = Ec cos [  i.dt] ; i = kecepatan sudut sesaat (rad/dt) = Ec cos [  2 fi.dt] = Ec cos [2  (fc + k.em)dt] = Ec cos [2 fc.t + 2k emdt] eFM (t) = Ec cos [2 fc.t + k’ emdt] ; k’ = 2k Jika pemodulasi berupa frekuensi (nada) tunggal em (t) = EM cos [2 fmt] maka eFM (t) = Ec cos [2 fc.t + k’  Em cos (2fmt)dt]

Persamaan Isyarat FM (lanj.) eFM (t) = Ec cos [2 fc.t + k’  EM cos (2fmt)dt] = Ec cos [2 fc.t + sin (2fmt)] eFM (t) = Ec cos [2 fc.t +  sin (2fmt)]  = indeks modulasi =

Frequency Modulation Sinyal pemodulasi pembawa Gelombang pembawa yang telah dimodulasi, semakin tinggi amplitudo sinyal semakin kecil perioda pembawa. ‘ fm  F   F fm BW=2(F+fm) -fm 2 f fm fc-f-fm fc fc-f-fm

Spektrum Frekuensi FM

BESSEL FUNCTION OF THE FIRST KIND OF ORDER n AND ARGUMENT β

Aplikasi modulasi di sekitar kita

Frequency Shift Keying (FSK) Merupakan modulasi digital yang paling sederhana. Merupakan modulasi sudut yang mempunyai bentuk selubung (envelope) konstan yang mirip dengan modulasi frekuensi. Sinyal pemodulasinya berupa deretan pulsa biner 0 dan 1. PEMANCAR (Modulator) FSK Modulator (VCO) Binary Input Analog Output Logic 1 Logic 0 +V 0V Mark frequency Space frequency Note : Frek. “rest” VCO di set diantara frek. “mark” & “space”

Frequency Shift Keying Time Sequence tb tb tb tb tb tb tb tb tb tb tb tb tb tb tb F=Fb/2 T1 Binary Input (bps) 1 Fm Analog Output (baud) Fs FS FM 2T1 F=Fb/4

Frek. Fundamental sinyal Index modulasi FSK Karena FSK berbentuk modulasi frekuensi, maka rumus index modulasi sama dengan yang digunakan pada FM yaitu : Deviasi frek. puncak Dimana: mFSK = index modulasi FSK F = deviasi frekuensi (Hz) = selisih antara Frest dengan Fmark dan Fspace Fa = frekuensi pemodulasi (Hz) Frek. Fundamental sinyal input biner Note : - Index modulasi pada kondisi terjelek adalah index modulasi yang menghasilkan bandwidth output terlebar, yang disebut ratio deviasi. Keadaan terjelek dengan bandwidth terlebar terjadi jika deviasi frekuensi dan frekuensi pemodulasi keduanya berada pada harga maksimum - Deviasi frekuensi puncak tergantung pada amplitudo sinyal pemodulasi.

Contoh Modulator FSK Sebuah modulator FSK mempunyai frekuensi-frekuensi rest, mark dan space sebesar 70, 80 dan 60 MHz dan kecepatan bit input 20 Mbps. Tentukan (1) index modulasi, (2) bandwidth minimum yang diperlukan dan (3) kecepatan baud output. PENYELESAIAN (1) Index Modulasi FSK (2) - Dari grafik Bessel, index modulasi 1,0 menghasilkan 3 set frekuensi yang mempunyai selisih sebesar frekuensi pemodulasi dalam contoh ini 10MHz (Fb/2). - Bandwidth minimum yang diperlukan adalah 2x3x10=60MHz (3) Kecepatan baud-nya adalah 20 Megabaud, sama dengan kecepatan bit.

Spektrum untuk FSK 70 80 90 100 60 50 40 F (MHz) Minimum bandwidth = 60MHz 0,02Vc 0,11Vc 0,44Vc 0,77Vc Vc, unmodulated carrier voltage

Frequency Shift Keying PENERIMA (Demodulator) - Rangkaian yang paling umum digunakan adalah phase locked loop (PLL) PRINSIP KERJA Phase Komparator Amp. Voltage Controlled Oscillator PLL Dc error voltage Binary data out Analog FSK in

Bentuk Gelombang Input & Output Fm +V Analog input -V 0 V Binary output Fs

Phase Shift Keying (PSK) Merupakan modulasi sudut yang mempunyai bentuk selubung (envelope) konstan yang mirip dengan modulasi phase konvensional. Sinyal pemodulasinya berupa deretan pulsa biner 0 dan 1. Outputnya mempunyai sejumlah phase tertentu Binary Phase Shift Keying Frekuensi carrier yang merupakan outputnya mempunyai kemungkinan 2 phase (“binary” berarti “2”) Phase outputnya yang satu mewakili logic “1” dan yang lain logic “0” Mempunyai dua sudut yang berbeda phase 1800.

Binary Phase Shift Keying (BPSK) PEMANCAR (Modulator) Balanced Modulator Analog BPSK output Binary Data in Reference Carrier oscillator Bandpass Filter BPF

Prinsip Modulator Ballance Reference Carrier input Modulated output Binary (a) Circuit D1(on) D2(on) D3 & D4 (off) T2 T1 Carrier input output +V(Binary 1) (b) Logic 1 input 00 - + D1(off) D2(off) D3 & D4 (on) T2 T1 Carrier input output -V(Binary 0) (c) Logic 0 input 00 - + 1800

Perhitungan Matematik Modulator BPSK Frekuensi fundamental sinyal pemodulasi (biner) Sinyal carrier Karenanya bandwidth minimum double side Nyquist (fn) adalah: 2a Karena :

Diagram phasor & konstelasi cos ct(+900) -cos ct(-900) sin ct logic 1 (00) -sin ct logic 0 (1800) -cos ct logic 1 1800 logic 0 cos ct 00 Diagram phasor Diagram konstelasi Binary input Output phase Logic 0 1800 Logic 1 00

Bentuk gelombang output modulator BPSK tb 1 Binary input BPSK output 1 baud Sin ct -Sin ct 00 1800  Degrees Radian Spektrum output sebuah modulator BPSK merupakan sinyal DSB-SC USB dan LSB terpisah dengan frekensi carrier sebesar setengah kecepatan bit Bandwidth minimum yang dibutuhkan agar kondisi sinyal output BPSK terjelek adalah = kecepatan bit input

Contoh Modulator BPSK Sebuah modulator BPSK dengan frekuensi carrier 70MHz dan kecepatan bit input 10Mbps. (1) Tentukan frekuensi sisi atas dan bawah maksimum, (2) Gambarlah spektrum outputnya, (3) Tentukan bandwidth Nyquist minimum dan (4) Hitung baud. Penyelesaian Output = (sin at) (sin ct) = [sin 2(5 MHz)t] [sin 2(70 MHz)t] Frekuensi sisi bawah minimum (LSF) : LSF = 70 MHz – 5 MHz = 65 MHz Frekuensi sisi atas minimum (USF) : USF = 70 MHz + 5 MHz = 75 MHz Lower side frequency upper side frequency

Contoh Modulator BPSK Penyelesaian (2) Spektrum output untuk kondisi input biner terjelek B=10 MHz 65 MHz 70 MHz 75 MHz (suppressed) (3) Bandwidth minimum Nyquist (fn) adalah : fn = 75 MHz – 65 MHz = 10 MHz (4) Baud = fb atau 10 Megabaud

Penerima (Demodulator) BPSK Input Ballans Modulator Coherent carrier recovery LPF cosct sinct Binary Data out Untuk logic 1 (+sinct) : Di filter Bila bagian kedua dari persamaan tersebut di filter, maka:

Penerima (Demodulator) BPSK Untuk logic 0 (-sinct) : Di filter Bila bagian kedua dari persamaan tersebut di filter, maka:

Quatenary Phase Shift Keying (QPSK) Merupakan teknik pengkodean M-ary dimana M=4 M berarti digit yang mewakili banyaknya kondisi yang mungkin Mempunyai 4 phase output yang berbeda, maka harus mempunyai 4 kondisi input yang berbeda Menggunakan 2 bit, maka ada 4 kondisi yang mungkin (00 01 10 11) Setiap kode dibit membangkitkan salah satu dari fase output yang mungkin Kecepatan perubahan output (baud) adalah setengah kecepatan bit input

Pemancar QPSK Blok diagram modulator QPSK : Q I 900 phase shift Input Buffer I Qr Ballanced Modulator Reference Carrier Oscillator (sinct) Linear summer BPF 2 Binary input Data fb Bit clock I-channel fb/2 Logic 1=+1V Logic 0=-1V Q-channel fb/2 sinct sinct cosct QPSK output cosct Output penjumlah linear : Q I 0 0 : - 1 cosct – 1sinct = 2 sin(ct-1350) 0 1 : - 1 cosct + 1sinct = 2 sin(ct-450) 0 : 1 cosct – 1sinct = 2 sin(ct+1350) 1 1 : 1 cosct + 1sinct = 2 sin(ct+450)

Tugas kuliah Gambar sinyal AM DSB FC Gambar spektrum frekuensi Tentukan persen modulasinya.