Nyoman Suryadipta, ST, CCNA, CCNP Chapter II Modulation Nyoman Suryadipta, ST, CCNA, CCNP

Modulated Signal

Spektrum frekuensi di alam

What is Modulation Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu informasi. Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekuensi rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu gelombang pembawa, biasanya berupa gelombang sinus berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusiuodal yaitu : amplitudo, fasedan frekuensi.

What is Modulation Peralatan untuk melaksanakan proses modulasi disebut modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi informasi awal (kebalikan dari dari proses modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua proses tersebut disebut modem.

Modulasi Analog Modulasi berdasarkan sudut Modulasi Fase (Phase Modulation – PM) Modulasi Frekuensi (Frequency Modulatio – FM) Modulasi Amplitudo (Amplitudo Modulation – AM) Double-sideband modulation with unsuppressed carrier (used on the radio AM band) Double-sideband suppressed-carrier transmission (DSB-SC) Double-sideband reduced carrier transmission (DSB-RC) Single-sideband modulation (SSB, or SSB-AM), very similar to single-sideband suppressed carrier modulation (SSB-SC) Vestigial-sideband modulation (VSB, or VSB-AM) Quadrature amplitude modulation (QAM)

Modulasi Digital Amplitudo Shift Keying (ASK FSK Frequency shift keying PSK Phase shift keying MSK Minimum shift keying (a form of FSK) GMSK Minimum shift keying using Gaussian filtered data BFSK Binary frequency shift keying BPSK Binary phase shift keying QPSK Quadrature PSK OQPSK Offset QPSK SOQPSK Shaped Offset QPSK SBPSK Shaped BPSK FOQPSK Feher Offset QPSK 8PSK 8-state phase shift keying 3π/8-8PSK 3 π/8, 8-state phase shift keying 16PSK 16-state phase shift keying QAM Quadrature amplitude modulation OFDM

Panjang gelombang

Benefit Modulasi 1. Modulasi untuk efisiensi transmisi Efisiensi  tergantung pada frekuensi sinyal efisien line-of-sight propagasi radio membutuhkan antena dengan dimensi fisik 1/10 dari panjang gelombang sinyal (signal wavelength). contoh : transmisi sinyal audio 100 Hz yang tdk dimodulasi membutuhkan antenna sepanjang 300 km, dan apabila sinyal dimodulasi pada gel carrier 100 MHz membutuhkan panjang antena sekitar 1 m.   panjang gelombang (m) f  frekuensi (Hz) v  cepat rambat gelombang (m/s)

Benefit Modulasi 2 Modulasi untuk penunjukkan/alokasi frekuensi masing-masing stasiun radio/TV mempunyai alokasi frekuensi yang telah ditentukan oleh suatu badan/regulator yang mengatur alokasi frekuensi. Alokasi frekuensi juga menggunakan filtering. Frekuensi Radio dialokasikan sesuai dengan perjanjian dunia (WRC / world radio conference dibawah ITU / international telecommunication Union, utk Indonesia  dept. postel)

Benefit Modulasi 3. Multipleksing penggabungan beberapa sinyal yang dilewatkan dalam satu kanal jika frek. Pembawa (carrier) berlainan (frequency division multiplexing/FDM). 4. Modulasi juga bisa mengatasi keterbatasan hardware Perancangan suatu sistem komunikasi memungkinkan dibatasi oleh biaya dan ketersediaan hardware, kinerja perangkat sering tergantung pada frekwensi yang teribat. Modulasi memungkinkan perancangan sistem komunikasi menempatkan sinyal tertentu pada suatu range frekuensi untuk menghindari keterbatasan hardware.

Signal Attenuation (Pelemahan Sinyal) Radio frequencies are radiated into the air by antennas that create radio waves. When radio waves are propagated through objects, they might be absorbed, scattered, or reflected. This absorption, scattering, and reflection can cause areas of low signal strength or low signal quality.

The transmission of radio waves is influenced by the following factors: Reflection: Occurs when RF waves bounce off objects (for example, metal or glass surfaces) Scattering: Occurs when RF waves strike an uneven surface (for example, a rough surface) and are reflected in many directions Absorption: Occurs when RF waves are absorbed by objects (for example, walls, Rain drop)

Modulation for Wireless Media Carrier The 3 essential parameters Amplitude value A(t) ― Amplitude Modulation Frequency value f(t) ― Frequency Modulation Phase value φ(t) ― Phase Modulation V(t) = A cos(2πfc t + Φ) All modulation consists of information that is placed on a carrier wave. There are three things you can do to a signal. You can change its amplitude, its frequency or its phase.

ASK + = Amplitude shift keying 1’s or 0’s represented by different amplitudes Could be accomplished with an AM system + The first example of that is ASK. Here, the signal is either high, or low. So, we’re just directly translating amplitude changes in the information, to amplitude changes in the carrier wave. Other implementations exist. For example, think of a signal light used to transmit Morse code at sea. The light is either high amplitude or low (actually, off), and the bits represent letters in the transmission. =

FSK + = Frequency shift keying Select frequency based on each bit, 0 or 1 Could be done with simple FM system + = Here, the information is coded into the changing frequency of the carrier wave. By combining the information (bits) with a rule, such as a 1=F1, and 0=F2, we can transmit 1’s and 0’s represented by 2 frequencies. This could easily be done with existing FM systems.

PSK = + Phase shift keying At the bit transitions invert the phase by 180° = + Now on to the third term of the modulation equation, phase. Here we’ll apply a simple rule. If a zero is to be transmitted, do nothing to the signal. However, if a 1 is sent, change the phase of the transmitted signal by 180 degrees. The receiver on the other end compares the phase of this signal to a reference signal, and generates 1’s or 0s as a result.

Digital Modulation Block Diagram Raw Data Compression, Error Correction, Encryption 011010100101 Convert to Symbols 01 10 10 10 01 01 110101 I - Signal 01 00 Low Pass Filter To IQ Modulator Q - Signal 10 11 Low Pass Filter Modulation Mapping Raw data may come from a microphone, a modem, or a webcam: in any case, it is a string of digital bits. Modern systems can compress these bits to reduce the amount of data to be transmitted, making for more efficient transmission. Think of converting a .bmp file to a JPEG file, or a computer document to a ZIP file, and you have an example of data compression. Error correction techniques are applied for data reliability. This increases the number of bits to be transmitted, but increases the chances of good data being received. Encryption provides data security. Finally, I - Signal Q - Signal Modulation, Upconversion RF Amplifier

Raw Data Conversion Raw data comes from the user Compression, Error Correction, Interleaving, Encryption Raw Data 110101 011010100101 Convert to Symbols Raw data comes from the user Digitized voice, keystrokes, jpegs… Compression is employed for efficiency Error correction is applied for transmission quality Interleaving creates signal-dropout resistance Encryption is applied for security

Structure of Tx/Rx Encode Scrambling Error correction encoding Interleaving 1st Interleaving 2nd Data stream IQ mapping IQ modulation IQ demodulation IQ de-mapping De-interleaving 2nd De-interleaving 1st Error correction decoding Scrambling Data stream

Kapasitas Maksimum Kanal Transmisi Noise menurunkan kualitas komunikasi analog dan memunculkan error pada komunikasi digital Ukuran noise relatif terhadap sinyal dinyatakan oleh S/N S/N biasanya dinyatakan dalam decibel: (S/N)dB = 10 log (S/N) [dB]

Kapasitas Maksimum Kanal Transmisi Pada tahun 1948, Claude Shannon mempublikasikan suatu kajian mengenai data rate maksimum teoritis pada kanal komunikasi yang terganggu noise

Kapasitas Maksimum Kanal Transmisi Pada transmisi jarak jauh, daya sinyal akan teredam sehingga daya yang sampai di penerima bisa jadi sudah sedemikian lemah sehingga tidak dapat dideteksi lagi Pada sistem transmisi analog, digunakan amplifier/repeater untuk menguatkan sinyal yang sudah lemah Amplifier/repeater selain menguatkan input yang berupa sinyal informasi juga akan menguatkan sinyal noise Pada penggunaan amplifier/repeater yang berulangkali, efek noise akan terakumulasikan sehingga perbandingan Sinyal dengan Noise (S/N) akan semakin mengecil

Kapasitas Maksimum Kanal Transmisi Pada sistem transmisi digital, penguatan sinyal dilakukan menggunakan perangkat yang disebut regenerator (digital amplifier) Suatu regenerator terdiri dari equalizing amplifier, yang mengkompensasi distorsi dan menapis (mem-filter) out-of-band noise, serta sebuah komparator Sinyal hasil regenerasi akan bebas dari noise dan siap ditransmisikan lagi

Diagram blok siskom radio RF power amp info RF amp Demodulator info Modulator IF amp Mixer Carrier (oscillator) Local Oscillator Oscillator membangkitkan gelombang sinusoidal dengan frekuensi yang di-set sesuai keinginan/rancangan Informasi dikirim dengan cara “menitipkan”-nya pada suatu gelombang pembawa (carrier). Proses ini disebut Modulasi

Multiplexing - Demultiplexing MOD RF amp Carrier N info MUX DEM Local Osc DEMUX IF Mix Multiplexing: mengirim lebih dari satu informasi melalui satu carrier (pembawa) Informasi yang dikirim bisa ratusan atau ribuan; secara bersama-sama memo- dulasi carrier. Disisi penerima dilakukan proses sebaliknya. Contoh: jaringan transmisi telepon menggunakan teknik ini.

Aplikasi modulasi di sekitar kita

DECIBELS dB = 10 Log10 (Pout/Pin) Bell diambil sebagai suatu satuan ( decibell = 0,1 bell ) menyatakan suatu perbandingan.Tidak spt biasa kalau kita menyatakan perbandingan dengan satuan "sekian kali", dalam satuan deciBell/dB menyatakan per bandingan tsb dengan menambahkan operator "logaritma" dalam bilangan dasar 10. Positive dBs mean multiply (or gain). Negative dBs mean divide (or attenuate).

Example : Pada sebuah penguatan : Dengan input 1 watt diperoleh output 1000 watt, berarti sistem mempunyai penguatan 1000 kali Gain=10 log (output/input) = 10 log  1000/1 = 10log (1000) = 10 (3) = +30dB.

SNR SNR ialah Perbandingan (ratio) antara kekuatan Sinyal (signal strength) dengan kekuatan Derau (noise level). Nilai SNR dipakai untuk menunjukkan kualitas jalur (medium) koneksi. Makin besar nilai SNR, makin tinggi kualitas jalur tersebut. Artinya, makin besar pula kemungkinan jalur itu dipakai untuk lalu-lintas komunikasi data & sinyal dalam kecepatan tinggi. Nilai SNR suatu jalur dapat dikatakan pada umumnya tetap, berapapun kecepatan data yang melalui jalur tersebut. Satuan nilai SNR adalah DB (Decibells)

Reference WCA102 Fundamentals of Digital Modulation Textronik Dasar-dasar Komunikasi Radio (wireless) - Nonot Harsono Microwave and RF Design: A Systems Approach by Michael Steer © 2010 by SciTech Publishing. © 2009 by M. Steer. All rights reserved. Wikipedia