Pertemuan 4 Modulasi Digital Matakuliah : H0122/Dasar Telekomunikasi Tahun : 2005 Versi : 5 Pertemuan 4 Modulasi Digital

Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : Mahasiswa dapat Menyebutkan jenis-jenis modulasi digital dan bagaimana pembentukannya

Jenis-jenis Modulasi Digital Outline Materi Modulasi Digital Jenis-jenis Modulasi Digital PAM PWM PPM PCM Delta Modulation

Modulasi Digital bit rate didefinisikan sebagai kecepatan informasi yang dikirimkan. baud (atau signaling) rate didefinisikan sebagai jumlah simbol per detik. Setiap simbol mewakili sejumlah n bit, dan memiliki kondisi sinyal M, dimana M = 2n. Hal ini disebut dengan M-ary signaling. Kecepatan maksimum informasi yang dikirim melalui kanal baseband dinyatakan dalam persamaan berikut: Kapasitas fb = 2 W log2M bit per detik (bps) Dimana W = bandwidth sinyal baseband pemodulasi

Jenis-jenis modulasi digital: Pulse Amplitude Modulation (PAM) Pulse Width Modulation (PWM) Pulse Position Modulation (PPM) Pulse Code Modulation (PCM) Delta Modulation

Pulse Amplitude Modulation (PAM) w(t) t Information Signal Signal carrier Modulated signal carrier

PWM and PPM Sampling Analog signal PWM PPM

Proses Digitalisasi data analog

Pulse Code Modulation (PCM) Bila sinyal disampling pada interval tetap pada laju yang lebih besar dari 2 kali frekuensi sinyal yang paling tinggi, sampel-sampel sinyal berisi semua informasi dari sinyal aslinya (Pembuktian – lihat Stallings bab appendix 4A) Data percakapan dibatasi tidak lebih dari 4000Hz Memerlukan 8000 sampel per detik Sampel-sampel analog (Pulse Amplitude Modulation, PAM) Tiap sampel menandakan sebuah nilai digital

Pulse Code Modulation (PCM) 4 bit sistem memberikan 16 level Kuantisasi Kuantisasi ‘error’ atau noise Approksimasi berarti dimungkinkan untuk mendapatkan aslinya secara tepat 8 bit sampel memberikan 256 level Kualitasnya dapat dibandingkan dengan transmisi analog 8000 sampel per detik untuk 8 bit masing-masing memberikan 64 kbps

Contoh Proses PCM

Block Diagram PCM

Pengkodean tak linier Level-level kuantisasi jaraknya tidak tetap Mengurangi keseluruhan distorsi sinyal Dapat juga dilakukan dengan companding

Pengaruh dari pengkodean tak linier

Karakteristik fungsi-fungsi companding

Input analog didekati dengan fungsi tangga (staircase) Delta Modulation Input analog didekati dengan fungsi tangga (staircase) Bergerak keatas atau kebawah satu level () setiap interval sampel Perilaku Biner Fungsi bergerak keatas atau kebawah pada setiap interval sampel

Contoh Delta Modulation

Cara kerja Delta Modulation

Kinerja - Delta Modulation Menghasilkan laju percakapan yang baik PCM - 128 level (7 bit) Bandwidth percakapan 4khz Laju bitnya menjadi 8000 x 7 = 56kbps untuk PCM Dapat meningkatkan kompresi data Misal, teknik-teknik pengkodean interframe untuk video

Amplitude Shift Keying (ASK) Pulse shaping dapat dilakukan untuk menghilangkan penyebaran spektrum. ASK menunjukkan kinerja yang buruk, yang disebabkan oleh noise dan interferensi.

Frequency Shift keying (FSK) Pendusukan Bandwidth FSK tergantung pada jarak antara 2 simbol. Biasanya dipakai jarak frekuensi 0.5 kali dari periode simbol. FSK dapat ditingkatkan dalam skema M-ary, dengan menerapkan beberapa frekuensi sebagai kondisi yang berbeda.

Phase Shift Keying (PSK) Binary Phase Shift Keying (BPSK) memperlihatkan kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan ASK dan FSK. PSK dapat ditingkatkan menjadi skema M-ary , engan menerapkan beberapa fasa dan amplitudo sebagai kondisi yang berbeda. Pemfilteran dapat diterapkan untuk menghindari penyebaran spektrum.

Bandwidth Minimum Nyquist Bandwidth Nyquist merupakan bandwidth minimum yang dapat dipakai untuk merepresentasikan sebuah sinyal. Perlu untuk membatasi pendudukan spektrum suatu sinyal untuk meningkatkan efisiensi bandwidth dan menghilangkan interferensi kanal yang berdekatan. Filter root raised cosine memungkinkan suatu pendekatan untuk bandwith minimum.

Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying merupakan dua sistem BPSK yang independen (I and Q), oleh karena itu memperlihatkan kinerja yang sama tapi menjadikan efisiensi bandwidth dua kali. Quadrature Phase Shift Keying dapat difilter dengan memakai filter raised cosine untuk mendapatkan out of band suppression yang bagus. Variasi envelope yang besar terjadi selama fase transisi, karena itu memerlukan penguatan linier.

Jenis-jenis QPSK QPSK biasa memiliki transisi melalui nol (yaitu. 180o transisi fasa). Pada Offset QPSK, transisi pada kanal I dan Q di-stagger. Karena itu transisi fasanya dibatasi menjadi 90o. Pada π/4-QPSK sejumlah titik constellation dibuat loop tiap simbolnya, sehingga transisi melalui nol tidak terjadi. Skema ini menghasilkan variasi envelope yang paling rendah. Semua skema QPSK memerlukan penguat daya linier.

Multi-level (M-ary) Phase and Amplitudo Modulation ASK dan PSK dapat dikombinasikan untuk mengirimkan beberapa bit per simbol (dalam hal ini M=4). Skema modulasi ini kadang ditunjukkan sebagai linear, sebagaimana memerlukan penguatan linier. 16QAM memiliki jarak terbesar diantara titik-titiknya, tapi memerlukan penguatan yang sangat linier. 16PSK memiliki persyaratan linieritas yang kurang ketat, tapi memiliki jarak sedikit diantara titi-titik constellation, oleh karena itu mudah dipengaruhi oleh noise. Skema M-ary lebih efisien dalam bandwidthnya tapi lebih mudah dipengaruhi oleh noise.

Perbandingan skema-skema modulasi Grafik memperlihatkan efisiensi bandwidth terhadap efisiensi daya . MFSK, efisien dalam daya tapi tidak dalam bandwidth . MPSK dan QAM, efisien dalam bandwith tapi tidak dalam daya. Sistem radio bergerak terbatas bandwidthnya maka yang paling cocok adalah PSK.

Perbandingan jenis-jensi modulasi Modulation Format Bandwidth Efficiency (C/B) Log2 (C/B) Error Free Eb/No 16 PSK 4 2 18 dB 16 QAM 15 dB 8 PSK 3 1.585 14.5 dB 4 PSK 1 10.1 dB 4 QAM BFSK 13 dB BPSK 10.5 dB

Summary Phase Shift Keying jarang dipakai, sebagaimana menyediakan skema modulasi yang sangat efisien dalam bandwidthnya. QPSK, modulasinya sangat robust, tapi perlu penguatan linier. OQPSK dan p/4-QPSK dapat diterapkan dan mengurangi variasi envelope sinyal. Skema M-ary level tinggi (seperti 64-QAM) sangat efisien bandwidthnya tapi lebih mudah terpengaruh terhadap noise dan perlu penguatan linier.