Modulasi Amplitudo

Posted by : Unknown 28 Jun 2013

I. PENGERTIAN MODULASI AMPLITUDO

Modulasi adalah proses yang dilakukan terhadap sinyal informasi untuk dapat dikirimkan melalui media transmisi yang diinginkan dengan cara mengubah suatu karakteristik sinyal pembawa menurut sinyal informasi. Proses tersebut melibatkan sinyal informasi sebagai sinyal pemodulasi (modulating signal) dan sinyal pembawa (carrier) yang dimodulasi menjadi bentuk sinyal termodulasi (modulated signal). Mulanya modulasi yang digunakan adalah modulasi analog, akan tetapi dengan adanya perkembangan dan kemajuan dalam teknologi digital maka teknik modulasi digital juga ikut dan terus berkembang sebagai teknik modulasi masa depan. Keuntungan dari teknik modulasi digital dibandingkan modulasi analog tidak terlepas dari kelebihan yang dimiliki sistem digital secara keseluruhan dengan sifat bawaan dari isyarat digital seperti:

a) Lebih kebal noise.

b) Pengolahan yang fleksibel meliputi:

- enkripsi atau dalam hal pengacakan demi keamanan.

- pemampatan untuk penghematan.

- kemampuan untuk disandikan.

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 amplitudo sesaat sinyal pemodulasi, sedangkan frekuensinya tetap selama proses modulasi.

Pada modulasi digital, sinyal informasinya merupakan data biner atau pengkodean M-ary atas data biner. Pengkodean M-ary menunjukkan dimana tiap simbol merepresentasikan n bit dan mempunyai M keadaan sinyal dimana dan hal ini disebut pensinyalan M-ary. Pada pembawa biasanya digunakan gelombang sinus, kemudian salah satu karakteristik pembawa sinus yaitu amplitudo, frekuensi, atau fase akan diubah-ubah menurut sinyal pemodulasi yang dalam hal ini adalah data biner sehingga menghasilkan sinyal termodulasi sebagaimana digambarkan pada gambar 1. Karena perubahan (shift) tersebut terbatas atau terkunci (keying) hanya mengikuti dua logika biner yaitu ‘1’ dan ‘0’ maka modulasi digital juga dikenal dengan istilah shift keying (SK).

Bentuk Sinyal Modulasi Amplitudo (AM)

Sinyal pembawa berupa gelombang sinus dengan persamaan matematisnya:

$e_{c}=E_{c}sin\omega _{c}t$

Sinyal pemodulasi, untuk memudahkan analisa, diasumsikan sebagai gelombang sinusoidal juga, dengan persamaan matematisnya:

$e_{m}=E_{m}sin\omega _{m}t$

dimana,

E_c = amplitudo maksimum sinyal pembawa

ω_c = 2π fc dengan fc adalah frekuensi sinyal pembawa

E_m = amplitudo maksimum sinyal pemodulasi

ω_m = 2π fm dengan fm adalah frekuensi sinyal pemodulasi

Sinyal AM, yakni sinyal hasil proses modulasi amplitudo, diturunkan dari :

$e_{s}=(E_{c}+e_{m})sin\omega _{c}t$

menjadi,

$e_{s}=E_{c}(1+msin\omega _{m}t)sin\omega _{c}t$

$e_{s}=E_{c}sin\omega _{c}t+\frac{mE_{c}}{2}cos(\omega _{c}-\omega _{m})t-\frac{mE_{c}}{2}cos(\omega _{c}+\omega _{m})t$

sehingga index modulasi (m) :

$m=\frac{E_{m}}{E_{c}}=\frac{E_{max}-E_{min}}{E_{max}+E_{min}}$

II. INDEKS MODULASI

Index modulasi merupakan ukuran seberapa dalam sinyal informasi memodulasi sinyal pembawa. Apabila index modulasi terlalu besar (m>1) maka hasil sinyal termodulasi AM akan cacat dan apabila index modulasi terlalu rendah (m<1) maka daya sinyal termodulasi tidak maksimal. Untuk menghindari keadaan overmodulasi yaitu keadaan dimana gelombang pembawa termodulasi lebih dari 100 %, maka kita harus dapat membatasi besar-kecilnya modulasi yang terjadi. Hal ini dapat diatasi dengan cara menentukan nilai index modulasi (m). Pengaruh indeks modulasi terhadap proses modulasi sinyal pembawa dapat di pahami dari gambar berikut:

Pengaruh Indeks Modulasi

Kondisi index modulasi m = 1 adalah kondisi ideal, dimana proses modulasi amplitudo menghasilkan output terbesar di penerima tanpa distorsi. Spektrum sinyal AM dapat digambarkan sebagai berikut:

Spektrum Sinyal AM

Dari gambar diatas terlihat, modulasi amplitudo memerlukan bandwidth 2x bandwidth sinyal pemodulasi (= 2fm). Daya total sinyal AM dapat dituliskan dalam persamaan matematik sebagai berikut :

$P_{t}=P_{c}(1+\frac{m^2}{2})=P_{c}+\frac{P_{c}m^2}{2}$

dimana Pc adalah daya sinyal pembawa

$\frac{P_{c}m^2}{2}$ adalah daya total sideband (LSB +USB)

Dari persamaan-persamaan tersebut di atas dapat kita diketahui bahwa lebar pita frekuensi (band width) dalam sebuah proses modulasi amplitudo (AM) adalah dua kali frekuensi sinyal informasi.

III. TUJUAN MODULASI

– Transmisi menjadi efisien atau memudahkan pemancaran.

– Masalah perangkat keras menjadi lebih mudah, jika f / fc ~ 1 – 10 %

– Menekan derau atau interferensi.

– Untuk memudahkan pengaturan alokasi frekuensi radio ( diterbitkan oleh ITUT ).

– Untuk multiplexing : proses penggabungan beberapa sinyal informasi untuk disalurkan secara bersamasama melalui satu kanal transmisi.

IV. MODULASI DIGITAL

Perbedaan utama antara modulasi digital dan modulasi analog adalah bahwa pesan yang ditransmisikan untuk system modulasi digital mewakili seperangkat simbol-simbol abstrak. (Misalnya 0 s dan l s untuk sistem transmisi biner), sedangkan dalam sistem modulasi analog, sinyal pesan adalah gelombang kontinyu. Untuk mengirim pesan digital, modulasi digital mengalokasikan sepotong waktu yang disebut interval sinyal dan menghasilkan fungsi kontinyu yang mewakili simbol.

Ada 6 macam modulasi digital yaitu :

a) Amplitude Shift Keying (ASK)

Modulasi digital dengan mengubah amplitudo sinyal pembawa.

Jadi jika sebuah sinyal digital, yang hanya mengandung 0 dan 1, dimodulasikan dengan BASK, maka kita hanya akan mengalihkan sinyal pembawa dengan nilai 0 atau 1. Gambar 5.2 memperlihatkan modulasi BASK untuk sinyal digital yang diberikan 0 1 0 1 0 0 1 0. Seperti terlihat di gambar 5.2 sinyal – sinyal BASK bisa didapat dengan cara menyalakan dan mematikan sinyal pembawa, tergantung apakah sinyal informasi (pemodulasi) bernilai 1 atau 0. BASK disebut juga on-off keying (OOK)

b) 4-ary-ASK (4 ASK)

Seperti halnya pada BASK, sinyal yang dikatakan termodulasi secara 4ASK .

c) Frequency Shift Keying (FSK)

Binary frequency Shift Keying / BFSK

Jadi sinyal termodulasi BFSK memiliki amplitudo yang konstan, tetapi memiliki dua buah frekuensi sinyal pembawa. Jika datang bit 0, maka digunakan osilator dengan frekuensi fo, jika datang bit 1, maka digunakan osilator dengan frekuensi f1.

d) Phase Shift Keying (PSK)

Binary Phase Shift Keying / BPSK

e) Phase Shift Keying / 4 –PSK

f) Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

QAM mengkombinasikan antara ASK dan PSK. Jadi konstelasi sinyalnya berubah berdasarkan amplitudo (jarak dari titik asal ke titik konstelasi) juga berdasarkan phasa (titik konstelasi tersebar di bidang kompleks).

Dengan 16-QAM, maka dibuat kelompok bit (word) yang terdiri dari 4 bit. Dan tergantung dari kombinasi 0 dan 1 pada setiap word, maka bisa dikorespondensikan setiap word ke setiap titik konstelasi pada gambar 5.10

V. KLASIFIKASI TEKNIK MODULASI DIGITAL

Klasifikasi teknik modulasi digital dapat didasarkan pada dua hal, yaitu:

g) Berdasarkan Variabel yang Tervariasikan

Ø Modulasi Amplitudo : - Quadrature Amplitude Modulation (QAM/ QASK)

Ø Modulasi Fase :

- Phase Shift Keying (PSK)

- Differential Phase Shift Keying (DPSK)

- Offset Phase Shift Keying (OPSK)

Ø Modulasi Frekuensi :

- Frequency Shift Keying (FSK)

Ø Modulasi Fase Kontinyu :

- Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK)

- Minimum Shift Keying (MSK)

- Continuous Phase Frequency Shift Keying (CPFSK).

h) Berdasarkan Kelinearan

Amplitudo sinyal modulasi dijadikan dasar klasifikasi ini dimana teknik modulasi digital disebut linear jika amplitudo pembawa tervariasi secara linear terhadap perubahan sinyal digital.

Ø Linear :

- Binary Phase Shift Keying (BPSK)

- Differential Phase Shift Keying (DPSK)

- Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)

Ø Non-linear (Constant Envelope Modulation), yaitu amplitude pembawa konstan :

- Binary Frequency Shift Keying (BFSK)

- Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK)

- Minimum Shift Keying (MSK)

Ø Kombinasi linear non-linear :

- Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

- Minimum Phase Shift Keying (MPSK)

Sistem komunikasi radio bergerak mulanya berkembang dengan sistem analog, sehingga teknik modulasi yang awal berkembang adalah teknik modulasi analog, tepatnya pada masa generasi pertama (1-rst G) sekitar tahun 1970-1980. Namun seiring dengan semakin maju dan berkembangnya penggunaan teknologi digital pada komunikasi radio bergerak, maka teknik modulasi digital juga ikut berkembang. Dengan perkembangan tersebut, saat ini telah terdapat banyak jenis metode atau teknik dari modulasi digital dan telah banyak pula sistem komunikasi radio bergerak yang menggunakannya seperti MIRS dengan QAM, GSM dengan GMSK, komunikasi satelit dengan PSK, IS-95 dengan BPSK dan lain-lain.

VI. BASK, BFSK dan BPSK

Binary Amplitude Shift Keying (BASK)

Sinyal di representasikan dalam dua kondisi perubahan amlitudo gelombang pembawa

– Sinyal "1" > direpresentasikan dengan status "ON" (ada gelombang pembawa)

– Sinyal "0" > direpresentasikan dengan status "OFF" (tidak ada gelombang pembawa)

Binary Frequency Shift Keying (BFSK)

Sinyal di representasikan dalam perubahan frekuensi gelombang pembawa

– Sinyal "1" > direpresentasikan dengan frekuensi tinggi

– Sinyal "0" > direpresentasikan dengan frekuensi rendah

Binary Phase Shift Keying (BPSK)

Sinyal di representasikan dalam perubahan phase gelombang pembawa

– Sinyal "1" > Phase gelombang pembawa tidak bergeser (pergeseran phase 0 derajat)